CN111628263A - 基于lcp的多层矩形三维微波导制造方法及微波导 - Google Patents

基于lcp的多层矩形三维微波导制造方法及微波导 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法及微波导，包括：对多层LCP电路板进行光刻后层压生成目标多层LCP电路板，目标多层LCP电路板中的第一层LCP电路板的上表面有第一金属层；对目标多层LCP电路板加工出沿厚度方向延伸的至少两沟槽，沟槽延伸至第一金属层；以第一金属层为阴极，沟槽为模具，对沟槽进行电铸填充至目标多层LCP电路板的上表面；在两沟槽对多层LCP电路板进行切割至第一金属层生成内腔体；将另一LCP电路板封盖内腔体后进行层压，另一LCP电路板封盖内腔体的下侧面具有第二金属层。本发明中两个金属侧壁，由层压后的LCP多层板激光加工沟槽后，精密电铸铜填充形成，减少了层压次数，解决了叠层周期长，工艺复杂的问题。

Description

基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法及微波导
技术领域
本发明涉及微波集成电路制造领域，具体地，涉及一种基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法及微波导。
背景技术
随着电子产品向轻薄化和多功能方向发展，对微波集成电路(MMIC)提出了高集成化的要求，传统的传输线如共面波导、微带线以及同轴线已广泛应用于微波系统，且在低频阶段具有良好的传输特性。但随着频率上升，传统的平面传输结构由于介质和辐射损耗以及高次模态激励的限制等问题，造成传输线性能大幅度降低。多层矩形三维微波导具有损耗低、功率容量大，电磁泄露小的特点，是实现MMIC高频化、集成化的关键。
传统的微波导多采用基于UV-LIGA技术的三维微结构加工工艺，需要多次厚胶光刻-溅射种子层-微电铸过程，并且高精度正性厚光刻胶胶模的制作难度较大。LCP作为一种新型微波/毫米波柔性基板材料，能在极宽的频率范围内保持较低的介电常数和正切损耗(31.5GHz～104.6GHz的微波毫米波频段，测得εr＝3.15±0.05，tanθ＜0.005)，是一种高性能的柔性基板材料。LCP材料还具有“自增强”的效应，强度达到200Mpa，因此LCP基板一般很薄，常见的厚度为25μm、50μm、100μm。但现有技术中并没有如何利用LCP电路板制备多层矩形三维微波导的方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法及微波导。
根据本发明提供的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板进行光刻后层压生成目标多层LCP电路板，所述目标多层LCP电路板中的第一层LCP电路板的上表面有第一金属层；
步骤S2：对所述目标多层LCP电路板加工出沿厚度方向延伸的至少两沟槽，所述沟槽延伸至所述第一金属层；
步骤S3：以所述第一金属层为阴极，所述沟槽为模具，对所述沟槽进行电铸填充至所述目标多层LCP电路板的上表面；
步骤S4：在所述两沟槽对所述多层LCP电路板进行切割至所述第一金属层生成内腔体；
步骤S5：将另一LCP电路板封盖所述内腔体后进行层压，所述另一LCP电路板封盖所述内腔体的下侧面具有第二金属层。
优选地，所述步骤S1具体为，第一层LCP电路板中制造波导导体区域的上表面覆铜保留，下表面覆铜去除，第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板中制造波导导体区域的双面覆铜去除；
层压具体为真空室中在300psi的压强下180℃下层压1h。
优选地，所述步骤S2具体为，在第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板上用波长为355nm的紫外激光切割至所述第一金属层切割出所述沟槽；所述沟槽的深度75微米，宽度60微米，长度为2.0mm。
优选地，所述步骤S3具体为，第一层LCP电路板的覆铜为阴极，磷铜板为阳极，镀液为硫酸铜体系，沟槽为模具，进行电铸，填充沟槽至第四层LCP电路板，填充时间8～10小时。
优选地，所述步骤S4具体为，采用波长为355nm的全固态紫外激光在第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板上切割出内腔体，内腔体的宽度为240微米，长度为2.0mm，深度为75微米。
优选地，所述步骤S5具体为，将第五层LCP层电路板在真空室中在300psi的压强下180℃层压1h以将所述第五层LCP层电路板层压至所述第四层LCP电路板上。
优选地，每层LCP电路板的厚度在25μm～50μm之间。
优选地，所述内腔体可以半填充LCP介质或完全填充空气或真空。
根据本发明提供的微波导，采用所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法制造而成，包括层压键合的第一层LCP电路板、第二层LCP电路板、第三层LCP电路板、第四层LCP电路板以及第五层LCP电路板；
所述第一层LCP电路板的上侧面设置有第一金属层，所述第五层LCP电路板的下侧面设置有第二金属层；
所述第二层LCP电路板、所述第三层LCP电路板、所述第四层LCP电路板设置有沿厚度方向贯穿的第一沟槽和第二沟槽；所述第一沟槽和第二沟槽填充金属；
所述第一沟槽、第二沟槽、所述第一金属层以及所述第二金属层之间设置有一内腔体。
优选地，所述述第一沟槽和第二沟槽通过电铸填充金属铜。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中微波导的两个金属侧壁，由层压后的LCP多层板激光加工沟槽后，精密电铸铜填充形成，减少了层压次数，并且无需溅射种子层，解决了叠层周期长，工艺复杂的问题；
2、本发明中无需制作高精度正性厚光刻胶胶模，减小了工艺难度。
3、本发明中矩形微波导其中两个金属壁由LCP电路板的覆铜层提供，节约了加工成本和周期。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法的流程图；
图2为本发明实施例中多层矩形三维微波导的截面示意图；
图3为本发明实施例中形成目标多层LCP电路板的截面示意图；
图4为本发明实施例中切割出沟槽的一方面向的截面示意图；
图5为本发明实施例中切割出沟槽的另一方面向的截面示意图；
图6为本发明实施例中对沟槽进行电铸填充铜的截面示意图；
图7为本发明实施例中切割出内腔体的截面示意图；
图8为本发明实施例中将第五层LCP电路板与层压键合的截面示意图。
图中：100为第一层LCP电路，300为第二层LCP电路，400为第三层LCP电路，500为第四层LCP电路，200为第五层LCP电路，101为第一金属层，601为电镀铜层，201为第二金属层，001为内腔体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例中基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法的流程图，如图1所示，本发明提供的基于LCP的多层矩形微波导制造方法，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板进行光刻后层压生成目标多层LCP电路板，所述目标多层LCP电路板中的第一层LCP电路板的上表面有第一金属层；
步骤S2：对所述目标多层LCP电路板加工出沿厚度方向延伸的至少两沟槽，所述沟槽延伸至所述第一金属层；
步骤S3：以所述第一金属层为阴极，所述沟槽为模具，对所述沟槽进行电铸填充至所述目标多层LCP电路板的上表面；
步骤S4：在所述两沟槽对所述多层LCP电路板进行切割至所述第一金属层生成内腔体；
步骤S5：将另一LCP电路板封盖所述内腔体后进行层压，所述另一LCP电路板封盖所述内腔体的下侧面具有第二金属层。
本发明实施例中，不需要侧壁溅射和制作高精度正性厚光刻胶胶模，层压键合步骤不多于两次。所述微波导的结构尺寸与层数由计算仿真得出，构成微波导的LCP层数不限定五层。
图2为本发明实施例中多层矩形三维微波导的截面示意图，如图2所示，本发明提供微波导，采用所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法制造而成，包括层压键合的第一层LCP电路板、第二层LCP电路板、第三层LCP电路板、第四层LCP电路板以及第五层LCP电路板；
所述第一层LCP电路板的上侧面设置有第一金属层，所述第五层LCP电路板的下侧面设置有第二金属层；
所述第二层LCP电路板、所述第三层LCP电路板、所述第四层LCP电路板设置有沿厚度方向贯穿的第一沟槽和第二沟槽；所述第一沟槽和第二沟槽填充金属；
所述第一沟槽、第二沟槽、所述第一金属层以及所述第二金属层之间设置有一内腔体。
在本发明实施例中，所述述第一沟槽和第二沟槽通过电铸填充金属铜形成铜面。所述内腔体001为中空结构，可填充空气或者真空。
在本发明实施例中。所述微波导尺寸可达几十微米至几毫米，电铸填充后金属内部不含有空洞等缺陷。
本发明实施例中，微波导的金属壁由两个LCP层电路板的覆铜与两个电铸铜面组成。通过精密电铸铜技术填充激光加工的沟槽，形成矩形微小型波导的两个金属侧壁，微波导的两个水平金属壁通过LCP电路板的覆铜层压形成。
图3为本发明实施例中形成目标多层LCP电路板的截面示意图，如图3所示，所述步骤S1具体为，第一层LCP电路板中制造波导导体区域的上表面覆铜保留，下表面覆铜去除，第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板中制造波导导体区域的双面覆铜去除；
层压具体为真空室中在300psi的压强下180℃下层压1h。
在本发明实施例中，每层LCP电路板的厚度在25μm～50μm之间。各层LCP基板腐蚀形成所需要的图案后进行层压键合。
将第一层LCP电路板至第四层LCP电路板光刻图形保护后，使用10％～20％的三氯化铁腐蚀铜层，形成所需要的图案后去胶、清洗、吹干，进行层压键合，形成目标多层LCP电路板。
图4为本发明实施例中切割出沟槽的一方面向的截面示意图，图5为本发明实施例中切割出沟槽的另一方面向的截面示意图，如图4、图5所示，
所述步骤S2具体为，在第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板上用波长为355nm的紫外激光切割至所述第一金属层切割出第一沟槽；所述第一沟槽的深度75微米，宽度60微米，长度为2.0mm。
在本发明实施例中，所述沟槽宽度在几十至几百微米之间，沟槽深度到达第一层LCP电路板的上表面铜层。
图6为本发明实施例中对沟槽进行电铸填充铜的截面示意图，如图6所示，所述步骤S3具体为，第一层LCP电路板的覆铜为阴极，磷铜板为阳极，镀液为硫酸铜体系，沟槽为模具，进行电铸，填充沟槽至第四层LCP电路板，填充时间8～10小时。
在本发明实施例中，采用真空局部微电铸铜，填充沟槽至第四层LCP电路板上表面，电铸铜时第一层LCP电路板的下表面覆铜大面积绝缘保护。
图7为本发明实施例中切割出内腔体的截面示意图，如图7所示，所述步骤S4具体为，采用波长为355nm的全固态紫外激光在第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板上切割出内腔体，内腔体的宽度为240微米，长度为2.0mm，深度为75微米。
所述内腔体的宽度为240微米，长度为2.0mm，深度为75微米。
在本发明实施例中，所述内腔体内填充空气或真空。激光加工内腔体时残余少量LCP层电路板，则形成空腔内部分填充介质的微波导。
在本发明实施例中，采用紫外激光无碳化烧蚀LCP电路板，形成电铸微模具与内腔体，保证微波导结构精度。所述沟槽和空腔对应的LCP电路板液晶聚合物层区域，在层压后基板的相应位置通过激光无碳化烧蚀形成，无需逐层光刻对准，保证了微波导的尺寸精度。所述微波导，激光加工沟槽和空腔时，该区域不含铜层，只对LCP层电路板进行烧蚀，减小激光加工难度。
激光器加工时控制光斑，通过振镜形成点状轨迹，根据所述轨迹半径，以预设沟槽和空腔位置为加工点，通过调整激光光斑功率和时间烧蚀LCP层电路板的液晶聚合物层，同时保留铜层。
图8为本发明实施例中将第五层LCP电路板与层压键合的截面示意图，如图8所示，所述步骤S5具体为，将第五层LCP层电路板在真空室中在300psi的压强下180℃层压1h以将所述第五层LCP层电路板层压至所述第四层LCP电路板上。从而完成矩形微波导的制造。
在本发明实施例中，根据矩形三维微波导的设计结构，先将部分LCP电路板进行层压键合，并根据需要进行激光切割，最后通过多层LCP电路板精密微电铸技术，实现多层矩形三维微波导的一体化成型。本发明主要解决了常规微波导制造中存在的机械加工微结构困难、逐层光刻-溅射-叠加步骤繁多难以控制、单层LCP波导高频性能不足等问题。本发明的多层LCP矩形三维微波导制造方法，具备加工精度高、工艺周期短、成本低、可实现弯曲叠层等优点，能够用于毫米波领域。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板进行光刻后层压生成目标多层LCP电路板，所述目标多层LCP电路板中的第一层LCP电路板的上表面有第一金属层；
步骤S2：对所述目标多层LCP电路板加工出沿厚度方向延伸的至少两沟槽，所述沟槽延伸至所述第一金属层；
步骤S3：以所述第一金属层为阴极，所述沟槽为模具，对所述沟槽进行电铸填充至所述目标多层LCP电路板的上表面；
步骤S4：在所述两沟槽对所述多层LCP电路板进行切割至所述第一金属层生成内腔体；
步骤S5：将另一LCP电路板封盖所述内腔体后进行层压，所述另一LCP电路板封盖所述内腔体的下侧面具有第二金属层。
2.根据权利要求1所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，其特征在于，所述步骤S1具体为，第一层LCP电路板中制造波导导体区域的上表面覆铜保留，下表面覆铜去除，第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板中制造波导导体区域的双面覆铜去除；
层压具体为真空室中在300psi的压强下180℃下层压1h。
3.根据权利要求1所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，其特征在于，所述步骤S2具体为，在第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板上用波长为355nm的紫外激光切割至所述第一金属层切割出所述沟槽；所述沟槽的深度75微米，宽度60微米，长度为2.0mm。
4.根据权利要求1所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，其特征在于，所述步骤S3具体为，第一层LCP电路板的覆铜为阴极，磷铜板为阳极，镀液为硫酸铜体系，沟槽为模具，进行电铸，填充沟槽至第四层LCP电路板，填充时间8～10小时。
5.根据权利要求1所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，其特征在于，所述步骤S4具体为，采用波长为355nm的全固态紫外激光在第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板上切割出内腔体，内腔体的宽度为240微米，长度为2.0mm，深度为75微米。
6.根据权利要求2所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，其特征在于，所述步骤S5具体为，将第五层LCP层电路板在真空室中在300psi的压强下180℃层压1h以将所述第五层LCP层电路板层压至所述第四层LCP电路板上。
7.根据权利要求1所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，其特征在于，每层LCP电路板的厚度在25μm～50μm之间。
8.根据权利要求1所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法，其特征在于，所述内腔体可以半填充LCP介质或完全填充空气或真空。
9.一种微波导，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的基于LCP的多层矩形三维微波导制造方法制造而成，包括层压键合的第一层LCP电路板、第二层LCP电路板、第三层LCP电路板、第四层LCP电路板以及第五层LCP电路板；
所述第一层LCP电路板的上侧面设置有第一金属层，所述第五层LCP电路板的下侧面设置有第二金属层；
所述第二层LCP电路板、所述第三层LCP电路板、所述第四层LCP电路板设置有沿厚度方向贯穿的第一沟槽和第二沟槽；所述第一沟槽和第二沟槽填充金属；
所述第一沟槽、第二沟槽、所述第一金属层以及所述第二金属层之间设置有一内腔体。
10.根据权利要求9所述的微波导，其特征在于，所述述第一沟槽和第二沟槽通过电铸填充金属铜。
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