CN112437542A - 多台阶腔体结构的ltcc基板制作方法及ltcc基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法及LTCC基板，该多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法包括：对单层生瓷片实施打孔、填孔、印刷工艺及开腔体制作，得到开腔体后的单层生瓷片；制作腔体结构的顶面保护板；制作嵌件塞，用于实现腔体结构中的底层腔体的保护和支撑；将多个开腔体后的单层生瓷片进行叠片，并将嵌件塞填充入腔体结构中的底层腔体中；按照预设的叠片工艺顺序对开腔体后的单层生瓷片在腔体结构中的上层腔体中进行叠片及工装组合，得到LTCC生瓷堆；将LTCC基板实施层压及共烧工艺，完成多台阶腔体结构的生瓷坯向熟瓷坯的转换，实现多台阶腔体结构的LTCC基板制作。

Description

多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法及LTCC基板
技术领域
本发明涉及LTCC基板领域，尤其涉及一种多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法和多台阶腔体结构的LTCC基板。
背景技术
LTCC(低温共烧陶瓷)技术是最近十年兴起的一种组件整合技术，并且已经成为主流的无源集成方案。该技术可以制成无源和有源集成的功能模块，从而进一步实现无线通信组件的小型化。此外，LTCC独有的腔体技术可以将芯片埋置在基板中，实现互连基板和封装外壳一体化，在提高封装密度、减小体积、减轻重量的同时，改善微波特性、提高可靠性。因此，LTCC技术为天线-芯片系统小型化的发展提供了有力的支持，成为了通信组件整合的最佳选择。
多台阶腔体结构在原有的单台阶腔体基础上进一步提升了组装密度，可以将芯片下沉，减少键合线长度，利于产品的高频性能。这种多台阶腔体结构为微波电路设计提供了一种思路，有利于天线-芯片系统小型化集成及封装。多台阶腔体的制造关键点是层压过程，如何保证等静压过程中腔体不易发生变形是工艺的难点。
目前，多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法主要有两种，第一种方法是使用碳带做牺牲层材料，将多层牺牲层层压后裁剪成与空腔大小一致的塞子，叠片时将碳带塞子填充入空腔内一起层压，阻止空腔变形，碳带塞在基板共烧时挥发。
在该方法中，不同尺寸与厚度的空腔需要单独制作，且腔体尺寸和厚度过大时，为使碳带牺牲层在基板共烧时完全挥发还需要调节烧结曲线；共烧时，碳带牺牲层很难完全挥发，共烧完成后会在LTCC基板空腔内残留些许残渣。该残渣在共烧过程中被LTCC生瓷片内玻璃包裹，烧结完成后很难去除，会对空腔内的粘片、键合等工序造成影响。
第二种方式是根据各阶台阶腔体结构分次叠片、层压成生瓷坯，最后各个构成台阶的生瓷坯依次叠加在基板底座的生瓷坯上，并覆盖软硅胶后层压成型。
在该方法中，台阶结构的层数不同时，层压的膨胀率有差异，若台阶结构厚度差异较大，分批层压的膨胀率不同会导致生瓷坯尺寸不同，使得叠片精度较差，影响基板的高频性能；而且需要分多次叠片及层压，工艺繁琐，速度慢，影响生产效率。
发明内容
有鉴于此，针对上述现有技术中存在的不足，为了避免多台阶腔体结构的LTCC生坯层压过程的塌陷，避免多台阶腔体结构的LTCC基板在层压过程中叠片精度差影响基板的高频性能且效率低的问题，本发明提出了一种多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法和多台阶腔体结构的LTCC基板。
为了达到上述目的，一方面，本发明提出了一种多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，包括：对单层生瓷片实施打孔、填孔、印刷工艺及开腔体制作，得到开腔体后的单层生瓷片；制作腔体结构的顶面保护板；制作嵌件塞；将多个开腔体后的单层生瓷片进行叠片，并将嵌件塞填充入腔体结构中的底层腔体中；按照预设的叠片工艺顺序对开腔体后的单层生瓷片在腔体结构中的上层腔体中进行叠片及工装组合，得到LTCC生瓷堆；将LTCC生瓷堆实施层压及共烧工艺，完成多台阶腔体结构的生瓷坯向熟瓷坯的转换，实现多台阶腔体结构的LTCC基板制作。
根据本发明的实施例，其中，将开腔体后的单层生瓷片进行叠片，并将嵌件塞填充入腔体结构中的底层腔体中包括：将第一聚酯薄膜挂套在叠片台的定位销钉上；将开腔体后的单层生瓷片按照预设方向依次挂套在叠片台的定位销上实施叠片；将嵌件塞填充入腔体结构中的底层腔体中。
根据本发明的实施例，其中，按照预设的叠片工艺顺序对开腔体后的单层生瓷片在腔体结构中的上层腔体中进行叠片及工装组合包括：将开腔体后的单层生瓷片挂套叠片台的定位销钉上；将第二聚酯薄膜覆盖在开腔体后的单层生瓷片的顶层生瓷片上并挂套与叠片台的定位销钉上；将顶面保护板挂套在叠片台的定位销钉上，将顶面保护板挂套在所述叠片台的定位销钉上，完成LTCC基板的叠片及工装组合，得到LTCC生瓷堆。
根据本发明的实施例，其中，腔体的顶面保护板带有开口，保护板开口的位置包括：根据产品的腔体位置进行打孔设置。
根据本发明的实施例，其中，嵌件塞的尺寸包括：根据腔体结构中的底层腔体的尺寸设置嵌件塞的尺寸。
根据本发明的实施例，其中，嵌件塞的尺寸还包括：嵌件塞的长度和宽度分别较腔体结构中的底层腔体的长度和宽度小于或等于0.05mm，嵌件塞的高度与底层腔体的高度一致。
根据本发明的实施例，其中，叠片台为预设尺寸的带有多个销钉的实心钢板。
根据本发明的实施例，其中，第一聚酯薄膜用于降低叠片台与开腔体后的单层生瓷片的粘结度；第二聚酯薄膜用于降低保护板与开腔体后的单层生瓷片的粘结度。
根据本发明的实施例，其中，嵌件塞用于支撑和保护LTCC基板在层压过程中的底层腔体不易变形。
另一面，本发明还提出了一种利用上述任一项的方法制作得到的多台阶腔体结构的LTCC基板。
从上述技术方案可以看出，本发明的一种多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法具有以下有益效果：
本发明通过嵌件塞和包裹工艺的共同作用，使台阶结构的LTCC生瓷片在层压过程中得到支撑，并对腔体侧壁起到了保护作用，避免层压过程腔体侧壁的变形，台阶空腔一次成型，组装成多台阶腔体结构的LTCC基板，工艺方法简单易行，可操作性强。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法的流程示意图；
图2示意性示出了本发明实施例的叠片台的示意图；
图3为图2沿A-A面的剖面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示意性示出了本发明实施例的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法的流程示意图。
如图1所示，该方法包括操作S101～S106。
在操作S101，对单层生瓷片实施打孔、填孔、印刷工艺及开腔体制作，得到开腔体后的单层生瓷片。
根据本发明的实施例，对单层生瓷片实施打孔、填孔、印刷工艺包括：根据LTCC生瓷片机械打孔或激光打孔的工艺规程，完成生瓷片的打孔操作；利用钢网填孔工艺对已打孔的生瓷片实施填孔并将填孔后的生瓷片在恒温恒湿环境下进行干燥；通过丝网印刷工艺对填孔后的生瓷片进行印刷工序，完成单层生瓷片的电路制作。
根据本发明的实施例，对单层生瓷片进行开腔体制作包括：根据基板的腔体的设计需求，在每一个单层生瓷片上设计不同尺寸的开口，以便于达到LTCC基板的多台阶腔体结构的需求。
根据本发明的实施例，在每一个单层生瓷片上设计不同尺寸的开口形状根据腔体设计需求包括以下至少之一：三角形、方形、圆形、多边形。
在操作S102，制作腔体结构的顶面保护板。
根据本发明的实施例，腔体结构的顶面保护板为不锈钢材料，厚度为0.1mm～0.2mm。
根据本发明的实施例，腔体结构的顶面保护板的制作包括根据产品的腔体位置对顶面保护板进行开口位置的设置。顶面保护板的开口形状根据产品腔体的设计需求包括以下至少之一：三角形、方形、圆形、多边形。
根据本发明的实施例，使用顶面保护板用于保证上层腔体侧壁保持垂直结构。
在操作103，制作嵌件塞。
根据本发明的实施例，嵌件塞为使用硅胶制作的相应的硅胶嵌件塞，嵌件塞尺寸的大小包括根据底层腔体尺寸设置。
根据本发明的实施例，嵌件塞的长度和宽度分别较腔体结构中的底层腔体的长度和宽度小于或等于0.05mm，高度与底层腔体的高度一致。
根据本发明的实施例，嵌件塞用于LTCC生瓷片在实施叠片和层压工艺时对腔体结构中的底层腔体的实现保护和支撑。
在操作104，将多个开腔体后的单层生瓷片进行叠片，并将嵌件塞填充入腔体结构中的底层腔体中。
根据本发明的实施例，将多个开腔后的单层生瓷片进行叠片包括根据LTCC生瓷片的叠片工艺规程实施生瓷片的叠片。
根据本发明的实施例，上述操作104包括：将第一聚酯薄膜挂套在叠片台的定位销钉上；将多个开腔体后的单层生瓷片按照预设方向依次挂套在叠片台的定位销上实施叠片；将嵌件塞填充入腔体结构中的底层腔体中。
根据本发明的实施例，叠片台为带有多个销钉的实心钢板。
例如，图2示意性示出了本发明实施例的叠片台的示意图及图3为图2沿A-A面的剖面图。
如图2所示，叠片台上设置有多个销钉，用于LTCC生瓷片在实施生瓷片叠片工艺时定位每一个单层生瓷片以及其他工件，从图3可以看出，叠片台为一个实心的钢板。
根据本发明的实施例，其他工件包括第一聚酯薄膜、第二聚酯薄膜、嵌件塞、顶面保护板。
根据本发明的实施例，第一聚酯薄膜用于将叠片台与开腔体后的单层生瓷片隔离开，降低叠片台与开腔体后的单层生瓷片的粘结度。
根据本发明的实施例，按照预设方向包括沿着附图2中所示叠片台的从下往上的方向将多个开腔后的单个生瓷片进行叠片工艺。
在操作105，按照预设的叠片工艺顺序对开腔体后的单层生瓷片在腔体结构中的上层腔体中进行叠片及工装组合，得到LTCC生瓷堆。
根据本发明的实施例，预设的叠片工艺顺序包括在上述操作104中提到的将嵌件塞填充入腔体结构中的底层腔体中之后，按照将生瓷片、第二聚酯薄膜、顶面保护包的叠片工艺顺序依次叠片处理。
根据本发明的实施例，上述操作105具体包括：将开腔体后的单层生瓷片挂套叠片台的定位销钉上；将第二聚酯薄膜覆盖在开腔体后的单层生瓷片的顶层生瓷片上并挂套与叠片台的定位销钉上；将顶面保护板挂套在叠片台的定位销钉上，完成LTCC生瓷片的叠片及工装组合，得到LTCC生瓷堆。
根据本发明的实施例，腔体结构中的上层腔体的尺寸大于腔体结构中的底层腔体的尺寸。
根据本发明的实施例，开腔后的单层生瓷片在腔体结构中的上层腔体中实施叠片工艺，上层腔体的单层生瓷片的开腔尺寸大于底层腔体的单层生瓷片的开腔尺寸。
根据本发明的实施例，第二聚酯薄膜用于将顶面保护板与开腔体后的单层生瓷片隔离，降低顶面保护板与开腔体后的单层生瓷片的粘结度。
根据本发明的实施例，顶面保护板覆盖于第二聚酯薄膜上，并挂套于叠片台的定位销钉上，完成LTCC生瓷片的叠片及工装组合，得到LTCC生瓷堆。
在操作106，将LTCC生瓷堆实施层压及共烧工艺，完成多台阶腔体结构的生瓷坯向熟瓷坯的转换，实现多台阶腔体结构的LTCC基板制作。
根据本发明的实施例，将得到的LTCC生瓷堆使用混炼硅胶垫实施包裹，在层压过程中，混炼硅胶垫会对腔体结构中的上层腔体的开口进行填充，用于支撑上层腔体。
根据本发明的实施例，将包裹好的LTCC生瓷堆按照层压工艺规程实施层压工艺，完成LTCC生瓷堆的等静压层压过程，将包裹LTCC生瓷堆的混炼硅胶垫进行解封，并去除填充入底层腔体内的嵌件塞，得到叠压好的多台阶腔体结构的生瓷坯。
根据本发明的实施例，将多台阶腔体结构的生瓷坯实施共烧工艺规程，对生瓷坯实施共烧处理，完成多台阶腔体结构的生瓷坯向熟瓷坯的转换，完成多台阶腔体结构的LTCC基板的制作。
根据本发明的实施例，通过设计了一种利用嵌件塞和混炼硅胶垫做腔体支撑的叠片、层压方式，避免层压过程腔体侧壁的变形，甚至台阶腔体结构的LTCC生坯层压过程的塌陷，使得台阶腔体结构的生瓷片在层压过程得到支撑，并对腔体侧壁起到了保护作用，工艺方法简单易行，台阶空腔一次成型，避免了碳带牺牲层的烧结残留，可操作性强，生产效率高。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，包括：
对单层生瓷片实施打孔、填孔、印刷工艺及开腔体制作，得到开腔体后的单层生瓷片；
制作所述腔体结构的顶面保护板；
制作嵌件塞；
将多个所述开腔体后的单层生瓷片进行叠片，并将所述嵌件塞填充入所述腔体结构中的底层腔体中；
按照预设的叠片工艺顺序对所述开腔体后的单层生瓷片在所述腔体结构中的上层腔体中进行叠片及工装组合，得到LTCC生瓷堆；
将所述LTCC生瓷堆实施层压及共烧工艺，完成所述多台阶腔体结构的生瓷坯向熟瓷坯的转换，实现所述多台阶腔体结构的LTCC基板制作。
2.根据权利要求1所述的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，其中，所述将所述开腔体后的单层生瓷片进行叠片，并将所述嵌件塞填充入所述腔体结构中的底层腔体中包括：
将第一聚酯薄膜挂套在叠片台底板的定位销钉上；
将多个所述开腔体后的单层生瓷片按照预设方向依次挂套在所述叠片台底板的定位销上实施叠片；
将所述嵌件塞填充入所述腔体结构中的底层腔体中。
3.根据权利要求2所述的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，其中，所述嵌件塞的尺寸还包括：所述嵌件塞的长度和宽度分别较所述腔体结构中的底层腔体的长度和宽度小于或等于0.05mm，所述嵌件塞的高度与所述底层腔体的高度一致。
4.根据权利要求2所述的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，其中，所述叠片台为预设尺寸的带有多个销钉的实心钢板。
5.根据权利要求2所述的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，其中，按照预设的叠片工艺顺序对所述开腔体后的单层生瓷片在所述腔体结构中的上层腔体中进行叠片及工装组合包括：
将所述开腔体后的单层生瓷片挂套所述叠片台的定位销钉上；
将第二聚酯薄膜覆盖在所述开腔体后的单层生瓷片的顶层生瓷片上并挂套与所述叠片台的定位销钉上；
将顶面保护板挂套在所述叠片台的定位销钉上，完成LTCC基板的叠片及工装组合，得到LTCC生瓷堆。
6.根据权利要求5所述的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，其中，所述第一聚酯薄膜用于降低所述叠片台与所述开腔体后的单层生瓷片的粘结度；所述第二聚酯薄膜用于降低所述顶面保护板与所述开腔体后的单层生瓷片的粘结度。
7.根据权利要求1所述的LTCC基板双面腔体结构的叠压方法，其中，所述腔体的顶面保护板带有开口，所述腔体的顶面保护板开口的位置包括：根据产品的腔体位置设置所述腔体的顶面保护板开口的位置。
8.根据权利要求1所述的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，其中，所述嵌件塞的尺寸包括：根据所述腔体结构中的底层腔体的尺寸设置所述嵌件塞的尺寸。
9.根据权利要求8所述的多台阶腔体结构的LTCC基板制作方法，其中，所述嵌件塞用于支撑和保护所述LTCC基板在层压过程中的所述腔体中底层空腔不易变形。
10.一种利用权利要求1～9任一项所述的方法制作得到的多台阶腔体结构的LTCC基板。
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