CN113727528A - 一种薄壁连襟多级台阶腔体htcc电路板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板及其制备方法，属于多层陶瓷电路基板领域。电路板结构包括多层陶瓷电路基板本体、腔体、台面、台阶、台底、薄壁、无腔陶瓷底面；腔体位于多层陶瓷电路基板本体内；最底层为无腔陶瓷底面，往最外层方向依次形成台底、台阶、台面，在台底具有低于台面矮台面，在矮台面上具有薄壁；所述腔体、台底、台阶、台面、矮台面、薄壁的形状由需求设定。制备工艺包括生瓷片制备、堆叠、凝胶体制备、真空包封、等静压、热切、排胶烧结。解决了现有二维平面型基板组装密度低、不利于高密度集成化、三维立体集成化和微型化的问题。广泛应用于高集成度、微型化、高可靠等方面的电子元器件、集成电路或模块封装领域。

Description

一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板及其制备方法
技术领域
本发明属于多层陶瓷电路基板领域，具体来说，涉及一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板及其制备方法。
背景技术
多层高温共烧陶瓷技术(HTCC)因其结构强度高、化学稳定性好、电热性能优良、布线密度高、原材料丰富、价格低廉等优点，在电子工业、航空航天等领域得到了迅猛发展。近年来，随微电子技术、通讯技术等产业的高速发展，电子元器件的高集成、高密度、高可靠性、小型化越来越重要，使得HTCC电路板需要集成更多的有源无源电子元器件来实现更多的功能。对于高度集成的SIP产品以及射频/微波类产品而言，要求芯片与元器件间的互连路径尽可能的短，而常规结构只能将芯片组装在二维平面型基板表面，导致电路板尺寸无法缩小，互连引线之间与无法缩短，此外信号之间还会产生寄生干扰，进而影响电路的性能。同时高频信号传输对共面/共地、阻抗匹配、电磁屏蔽等方面的要求，现有的二维平面型基板已很难满足各种有源无源电子元器件装配要求，能够实现三维立体型装配的立体基板迫在眉睫。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是：解决现有二维平面型基板组装密度低、不利于高密度集成化、三维立体集成化和微型化的问题。
本发明采取的技术构思是：采用多层陶瓷电路基板HTCC高温共烧技术，在HTCC电路板上开出复杂结构且具有多级台阶腔体的电路基板，来实现各有源无源电子元器件三维立体集成封装。为防止制备过程中因各种应力可能导致HTCC多层陶瓷电路基板、腔体边缘或薄壁发生变形、出现裂纹等隐患。采用流动性良好的液体凝胶直接平铺在带有多级台阶腔体HTCC电路巴块上，待凝胶将巴块所有腔体灌满、经固化后压合，消除了对位精度差、填充嵌块滑移位错、开裂、翘曲变形等风险，以实现具有薄壁连襟多级台阶腔的HTCC电路板的高精度稳定加工。
为此，本发明提供一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板，示意图如图1所示。
包括：HTCC电路板生坯1(多层陶瓷电路基板本体)，腔体、台面101，台阶102，台底103，薄壁104，无腔陶瓷底面105。
腔体位于多层陶瓷电路基板本体内。
最底层为无腔陶瓷底面105，往最外层方向依次形成台底103、台阶102、台面101，在台底103具有低于台面101矮台面，在矮台面上具有薄壁104。可在台底103、台阶102、台面101、薄壁104上组装电子元器件。
腔体、台底103、台阶102、台面101、矮台面、薄壁104的形状由需求设定。
所述的一种具有薄壁连襟多级台阶腔的HTCC电路板制备方法，如图2～图4所示，包括以下步骤：
1、在生瓷片上打孔、填孔、导体线路印刷、印刷浆料烘干和开腔处理；
2、将印刷浆料烘干后的生瓷片按照图纸设计要求在叠片机上进行堆叠和预压，得到巴块；
3、将具有流动性的AB型液体食品级模具硅胶A和B按一定比例配置称量后于1000r/s～1500r/s的速度下真空搅拌脱泡30s～90s得到A+B混合液体硅胶；
4、将步骤2叠好的HTCC电路巴块从叠片机上取下，把步骤3中真空搅拌脱泡好的A+B混合液体硅胶直接平铺在巴块上，待凝胶将巴块所有腔体灌满后，采用刮刀将超过腔体的凝胶刮平，使得各个腔体之间连接成为一个整体，经60℃～80℃固化形成具有一定硬度的凝胶填充体；
5、将步骤4得到的表面固化有凝胶填充体的巴块的无腔底面置于不锈钢板上，钢板与巴块之间用PET膜隔开，防止压合后巴块与钢板粘接在一起，然后整体置于包封带中经真空包封、等静压处理，得到压成一体的具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板巴块；
6、将步骤5得到的HTCC电路板巴块从包封带中取出，取下固化的凝胶填充体，按照印刷好的切割线进行热切，得到所需HTCC电路板生坯；
7、将步骤6所得到的HTCC电路板生坯置于钨板上，于气氛炉中进行生瓷片排胶和烧结。
有益效果：
本发明与现有技术相比：采用一种具有流动性好的液体食品级模具硅胶A和B经过一定比例混合，真空搅拌脱泡后，直接平铺在巴块上，待A+B混合液体硅胶将巴块所有腔体灌满后，采用刮刀将超过腔体的凝胶刮平，将各个腔体之间连接成为一个整体，经固化后直接包封压合，使得成形得到的腔体具有更高的精度，消除了对位精度差、填充嵌块滑移位错、开裂、翘曲变形等隐患，实现了带有薄壁连襟的多级台阶腔体HTCC电路板高精度稳定加工，且该固化后的凝胶体对于同类产品可以重复多次使用，且对位精度高。同时，该凝胶体能将腔体全部填充满，保证在压合时各面受力均匀。此外，该液态硅凝胶可用于任意复杂形状腔体的制备，且加工简单、方便、快捷，保证任意形状腔体高精度的制备，从而保证多层陶瓷电路板结合强度以及气密性。
本发明所述的技术方案，广泛应用于高集成度、微型化、高可靠等方面的电子元器件、集成电路或模块封装领域。
附图说明
图1为具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板结构示意图。
图2为具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板以及层压保护结构示意图。
图3为具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板制备流程示意图。
图4为排胶烧结过程中各段温度曲线及H2/N2混合气体流量比例示意图。
附图中：1为HTCC电路板生坯，101为台面，102为台阶，103为台底，104为薄壁，105为无腔陶瓷底面，2为固化后凝胶体，3为PET膜，4为不锈钢板，5为包封袋。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步说明：
一种具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板制备具体流程如下：
1、生瓷片电路制备：在生瓷片上、打孔、填孔、导体线路印刷和开腔处理，打孔、填孔、导体线路印刷、印刷浆料经50℃～70℃烘干，时间为5min～15min，烘干后将生瓷带采用激光切割机进行开腔处理；
2、堆叠：将带有销钉孔的生瓷片采用叠片机按照设计图纸一层一层进行对位堆叠，堆叠过程中，平台的温度保持在25℃～30℃；预压压力为5T～10T，时间5s～30s，得到堆叠好的具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板待等静压巴块生坯；
3、凝胶体的制备：将具有流动性的AB型液体食品级模具硅胶A和B按照质量比1:1～4:1的配比称量得到A+B混合液体硅胶，置于真空脱泡机中(转速：1000r/s～1500r/s；真空度：20kPa～30kPa)真空搅拌脱泡60s～90s；在步骤2得到的具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板巴块取下，将真空脱泡好的A+B混合液体硅胶直接平铺在上面，待A+B混合液体硅胶将所有腔体填充满后，将多余的混合液体凝胶用刮刀刮平，使得所有腔体之间连接成为一个整体，静置5min～20min后将巴块于60℃～80℃固化15min～60min得到具有一定硬度的凝胶填充体，该A+B混合液体硅胶与生瓷带、烘干后印刷导体浆料之间均互不相溶，该固化得到的凝胶填充体不溶于水、酒精、丙酮、甲苯、二甲苯、乙酸丁酯等溶剂；
4、真空包封、等静压：将固化好的巴块生坯底面无腔一面置于不锈钢板上，不锈钢板与巴块之间用PET膜隔开，防止压合后巴块与不锈钢板粘接在一起，将巴块和不锈钢板一起置于包封带中进行真空包封(真空包封条件：真空压力为：-0.1MPa，包封时间为：60s)处理，将真空包装好的巴块置于等静压机中进行压合(压合条件：水温为65～75℃，压力为3000～4000psi，压合时间为20min)得到具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板巴块；
5、热切：将步骤4得到的具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板巴块生坯从包封带中取出，取下固化后的凝胶体，将巴块生坯放置于热切机切割平台上先预热10min～20min，预热温度为70℃～80℃，切割刀片也需要预热10min～20min，温度为70℃～80℃，预热结束后，切割平台和热切刀片继续保持原来温度将巴块按照印刷切割线进行热切得到所需产品；
6、烧结：将步骤5得到的产品整齐的放置于单面抛光且纯度为99.95％的钨板上，再将钨板和产品一气置于气氛钟罩炉中进行生瓷片排胶、烧结。如附图4所示，为HTCC电路板产品排胶烧结以及排胶烧结过程中各温度段H2/N2混合气体的流量比例曲线图。图中T0为室温，T1为产品出炉温度，温度范围为150℃～200℃，T2为第一阶段恒温排胶温度，温度范围为250℃～300℃，T3为第二阶段恒温排胶温度，温度范围为500℃～600℃，T4为恒温烧结温度，温度范围为1540℃～1600℃；M1为第一、第二排胶阶段混合气体流量比例，范围为5:95～20:80，M2为恒温阶段烧结混合气体流量比例，范围为20:80～75:25，M3为产品出炉前混合气体流量比例，范围为75:25～5:95。
最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板，其特征在于，包括：多层陶瓷电路基板本体、腔体、台面、台阶、台底、薄壁、无腔陶瓷底面；
所述腔体位于多层陶瓷电路基板本体内；
最底层为无腔陶瓷底面，往最外层方向依次形成台底、台阶、台面，在台底具有低于台面矮台面，在矮台面上具有薄壁；
所述腔体、台底、台阶、台面、矮台面、薄壁的形状由需求设定。
2.如权利要求1所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在生瓷片上打孔、填孔、导体线路印刷、印刷浆料烘干和开腔处理；
(2)将印刷浆料烘干后的生瓷片按照图纸设计要求在叠片机上进行堆叠和预压，得到巴块；
(3)将具有流动性的液体食品级模具硅胶A和B按一定比例配置称量后于1000r/s～1500r/s的速度下真空搅拌脱泡30s～90s得到A+B混合液体硅胶；
(4)将步骤(2)叠好的HTCC电路巴块从叠片机上取下，把步骤(3)中真空搅拌脱泡好的A+B混合液体硅胶直接平铺在巴块上，待凝胶将巴块所有腔体灌满后，采用刮刀将超过腔体的凝胶刮平，使得各个腔体之间连接成为一个整体，经60℃～80℃固化形成具有一定硬度的凝胶填充体；
(5)将步骤(4)得到的表面固化有凝胶体的巴块的无腔底面置于不锈钢板上，钢板与巴块之间用隔离膜隔开，防止压合后巴块与钢板粘接在一起，然后整体置于包封带中经真空包封、等静压处理，得到压成一体的具有薄壁连襟多级台阶腔体的HTCC电路板巴块；
(6)将步骤(5)得到的HTCC电路板巴块从包封带中取出，取下固化的凝胶填充体，按照印刷好的切割线进行热切，得到所需HTCC电路板生坯；
(7)将步骤(6)所得到的HTCC电路板生坯置于钨板上，于气氛炉中进行生瓷片排胶和烧结。
3.如权利要求2所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，烘烤导体印刷浆料温度为50℃～70℃，时间为5min～15min。
4.如权利要求2所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，堆叠方式为按照设计图纸一层一层对位堆叠，堆叠时，平台温度设置为25℃～30℃；预压压力为5T～10T，时间为5s～30s。
5.如权利要求2所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述食品级模具硅胶A和B的重量比为1:1～4:1，真空搅拌的真空度为20kPa～30kPa，真空搅拌脱泡60s～120s。
6.如权利要求2所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，具有一定硬度的凝胶填充体，为均匀搅拌混合脱泡后静置5min～20min，再将巴块于60℃～80℃固化15min～60min得到具有一定硬度的凝胶填充体，该凝胶填充体不溶于水、酒精、丙酮、甲苯、二甲苯、乙酸丁酯等溶剂。
7.如权利要求2所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述隔离膜为PET膜；所述真空包封条件：真空压力为-0.1MPa，包封时间为60s，，所述等静压的压合条件：水温为65～75℃，压力为3000～4000psi，压合时间为20min。
8.如权利要求2所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述热切是将巴块生坯放置于热切机切割平台上先预热10min～20min，预热温度为70℃～80℃，切割刀片也需要预热10min～20min，温度为70℃～80℃。
9.如权利要求2所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，钨板为单面抛光且纯度为99.95％，排胶温度为250℃～450℃，烧结温度为1500℃～1600℃，气氛为H2/N2混合气，比例为：5:95～75:25。
10.如权利要求2所述的一种薄壁连襟多级台阶腔体HTCC电路板的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，所述生瓷片排胶和烧结的各温度段的工艺条件为：T0为室温，T1温度范围为150℃～200℃，T2温度范围为250℃～300℃，T3温度范围为500℃～600℃，T4温度范围为1540℃～1600℃；M1范围为5:95～20:80，M2范围为20:80～75:25，M3范围为75:25～5:95。
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