CN114628135A - 一种电子元器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电子元器件的制造方法，涉及电子元器件制造技术，为了解决现有的电子元器件加工方式收缩变形大、应力损耗大以及多极化精度差的问题。本发明通过建立器件模型，确定基板设计层数、每层基板设计厚度、每层基板设计结构以及层间指定布线位置；选择适合厚度的介质材料或功能材料板，进行磨削以及抛光，完成基板处理；然后对处理后的基板进行逐层加工；按照确定的层间指定布线位置进行金属布线，实现层间布线或层间金属化；对完成层间布线或层间金属化的介质片进行布胶叠放；对布胶后的介质片进行粘结或烧结，得到固化器件；对得到固化器件的外层指定位置进行金属化，完成电子元器件的制造。有益效果为提高了器件制造精度。

Description

一种电子元器件的制造方法
技术领域
本发明涉及电子元器件制造技术。
背景技术
电子元器件是电子元件和小型的机器、仪器的组成部分，其本身常由若干零件构成；电子元器件指电器、无线电、仪表等工业的某些零件，是电容、晶体管、游丝、发条等电子器件的总称；它是一切电子信息系统和装备控制系统的基础，因此，其性能和可靠性直接影响整机装备的功能，是装备发展的基础。
以往的电子元器件采用人工插件装配以及波峰焊、回流焊等方式进行组装，将元器件进行贴装后采用加温、助焊等工序进行焊接制造；以上方法对时间、人力成本较高，且功能较为单一，易出现虚焊、短路不良率高等问题，且由于不同材料热膨胀率不匹配的问题，无法精确实现对多种材料的耦合加工。
现代的电子元器件加工方式包括LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷法)、SMT(Surface Mount Technology，表面组装技术)等；LTCC技术利用陶瓷粉末和树脂粘接剂流延形成生瓷带，再通过在生瓷带上印刷导电金属浆料实现电路布局，逐层将印有电路的多层生瓷带叠放，并在高温环境下烧结，形成带有内部线路的介质体器件；但其存在一定不足，其一，这种技术的生瓷带在烧结过程中收缩，造成器件尺寸误差；因此，现有的电子元器件加工方式收缩变形大、应力损耗大以及多极化精度差；此外，这种方案仅适用于低频情况，当频率升高，金属电路中的导电损耗大幅提高，会导致器件传输效率降低，性能严重恶化；SMT(Surface Mount Technology，表面组装技术)，SMT是指把片状结构的元器件或适合于表面组装的小型化元器件，按照电路的要求放置在印制板的表面上，用再流焊或波峰焊等焊接工艺装配起来，构成具有一定功能的电子部件的组装技术；其缺点主要是对焊接技术要求高，易出现虚焊、收锡等情况，导致虚焊及误差；焊接时要经受很高的温度，元器件和基板必须具有匹配的热膨胀系数，对于多材料耦合情况难以处理；微型化和众多的焊点种类使工艺和检查复杂化，易出现破损，检验难度高等。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的电子元器件加工方式收缩变形大、应力损耗大以及多极化精度差的问题，提出了一种电子元器件的制造方法。
本发明所述的一种电子元器件的制造方法包括以下步骤：
步骤一、建立器件模型，确定基板设计层数、每层基板设计厚度、每层基板设计结构以及层间指定布线位置；
步骤二、按照步骤一中确定的基板设计层数分别选择相应厚度的介质材料或功能材料板，进行磨削以及抛光，使材料厚度与步骤一中的每层基板设计厚度保持一致，完成基板处理；
步骤三、按照步骤一中确定的每层基板设计结构，对步骤二处理后的基板进行逐层加工；
步骤四、按照步骤一中确定的层间指定布线位置，在步骤三逐层加工后的各层介质片表面进行金属布线，实现层间布线或层间金属化；
步骤五、对步骤四中完成层间布线或层间金属化的介质片进行布胶叠放；
步骤六、对步骤五中布胶后的介质片进行粘结或烧结，得到固化器件；
步骤七、对步骤六中得到固化器件的外层指定位置进行金属化，完成电子元器件的制造。
本发明的有益效果是：本发明很好的避免了现有技术中高温烧结所导致的各种问题，现有技术中低温共烧陶瓷(LTCC)需要800-900℃的温度进行烧结，本发明所述的制造方法避免了烧结或将烧结温度降低至300℃；免烧或低温烧结的方法有利于多种材料集成，避免因层间热膨胀系数不匹配而导致的层间脱粘与开裂的问题；同时本发明所述的制造方法根据需要在片层之间添加功能材料，从而起到电磁屏蔽的效果，提升器件整体性能；很好的避免了低温共烧陶瓷(LTCC)以及高温共烧陶瓷(HTCC)烧结后尺寸收缩的问题，提高了器件制造精度；极大的降低器件烧结所产生的内应力；并且易于器件的集成化制造。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种电子元器件的制造方法流程图；
图2为具体实施方式一中电感元器件的分层结构示意图；
图3为具体实施方式一中电感元器件外部馈电结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种电子元器件的制造方法包括以下步骤：
步骤一、建立器件模型，确定基板设计层数、每层基板设计厚度、每层基板设计结构以及层间指定布线位置；
步骤二、按照步骤一中确定的基板设计层数分别选择相应厚度的介质材料或功能材料板，进行磨削以及抛光，使材料厚度与步骤一中的每层基板设计厚度保持一致，完成基板处理；
步骤三、按照步骤一中确定的每层基板设计结构，对步骤二处理后的基板进行逐层加工；
步骤四、按照步骤一中确定的层间指定布线位置，在步骤三逐层加工后的各层介质片表面进行金属布线，实现层间布线或层间金属化；
步骤五、对步骤四中完成层间布线或层间金属化的介质片进行布胶叠放；
步骤六、对步骤五中布胶后的介质片进行粘结或烧结，得到固化器件；
步骤七、对步骤六中得到固化器件的外层指定位置进行金属化，完成电子元器件的制造。
在本实施方式中，步骤五中布胶叠放的过程中选用的粘合剂为光敏树脂胶，则各层叠放后，在一定压力下保持一定时间，然后在紫外光下曝光60s，使光敏树脂固化，将各层粘牢；如果骤五中布胶叠放的过程中选用的粘合剂为厌氧胶或者预混胶等，则各层叠放后，在一定压力下保持一定时间，使其自然固化。
以如图2所示的一个电感元件为例，阐述本实施方式所述的电子元器件制作方法。
器件模型按照如图2所示的结构进行建立，电感元件由不同材料的介质板叠合而成，介质板之间分布金属层，金属层间通过通孔连接；此电感元件共包括10层介质材料，1层功能材料层3-1以及8层金属布线层；其中，10层介质材料分别为：第一玻璃基板层1-1、第二玻璃基板层1-2、第三玻璃基板层1-3、第四玻璃基板层1-4、第一介质陶瓷层4-1、第二介质陶瓷层4-2、第三介质陶瓷层4-3、第四介质陶瓷层4-4、第一液晶聚合物层5-1和第二液晶聚合物层5-2；8层金属布线层分别为：第一金属布线层2-1、第二金属布线层2-2、第三金属布线层2-3、第四金属布线层2-4、第五金属布线层2-5、第六金属布线层2-6、第七金属布线层2-7和第八金属布线层2-8；所述功能材料层3-1采用铁氧体材料，用于屏蔽金属层之间不需要的互感，避免对于电感性能造成不利影响；8层金属布线层使用材料为银；
基板处理
电感元件各层介质厚度自下而上分别为10μm、33μm、38μm、34μm、10μm、10μm、33μm、38μm、34μm、10μm；选择相近厚度的介质材料基板，通过研磨、抛光等手段减薄至设计厚度，并且得到表面光滑无缺陷的介质材料基板；
逐层加工
本实施例选用材料分别为介质陶瓷，其介电常数为6.15，热膨胀系数为2.8×10-6℃，熔融石英玻璃其介电常数为3.8，热膨胀系数为5.5×10-7℃，液晶聚合物(LCP)其节点常数为2.9，热膨胀系数为1×10-6℃；
由基板处理得到厚度准确性与表面质量均良好的介质材料板，使用紫外皮秒激光器，按照各层剖分的二维形状，对各层介质陶瓷基板进行切割与打孔工作；
层间金属化
本实施例选用银浆对介质板各层间进行金属化处理，所使用银浆为AS9100低温烧结银浆，利用丝网印刷工艺将银浆印刷在逐层加工步骤加工出的介质陶瓷基板上；将印刷好的金属层放在在100℃烘干箱中10-40min进行烘干；
布胶叠放
本实施例所使用粘接剂为低温封接玻璃粉；将低温封接玻璃粉与低沸点有机溶剂(硅油、丙酮、乙醇等)以(0.01-1)：1的质量比混合，搅拌，使玻璃粉均匀分布在有机溶剂中，将混合后的玻璃粉溶液涂覆在各层介质陶瓷基板上，然后将各层介质陶瓷板按照顺序叠放起来，在0.5-20MPa的压力下压合1h-2h；
烧结
将叠层后的介质陶瓷板放入炉中烧结，在2℃/min的升温速率下升温至340℃，在340℃下保温60min，然后随炉冷却至室温，完成银浆的烧结与玻璃封接粉粘接工艺.
外部金属化
针对图3所示外部第一馈电结构6-1、第二馈电结构6-2、第三馈电结构6-3、第四馈电结构6-4，对电感元件外部进行局部金属化；
1、将所制的的电感器件进行清洗，去除表面杂质，再风干
2、对器件外部不需要进行金属化的部位进行遮挡
3、电子器件放入离子磁控溅射仪中，再以金为靶材，在8A～10A的电流下溅射200s，得到镀金后的电子器件
4、将镀金后的电感器件与电镀设备的阴极相连接，再浸泡于电镀液中，电镀设备的阳极与纯铜板连接，在2A～4A的电流下电镀40min，得到镀铜后的电感器件；所述的电镀液为贝宸五金科技公司提供的电镀铜液；
至此，完成电感元件的制造。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电子元器件的制造方法进一步限定，在本实施方式中，步骤二中介质材料包括陶瓷、石英、玻璃、液晶聚合物以及其他高分子材料中的一种或多种。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电子元器件的制造方法进一步限定，在本实施方式中，步骤二中功能材料包括铁氧体或金属材料。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电子元器件的制造方法进一步限定，在本实施方式中，步骤四中实现层间布线或层间金属化的工艺包括：丝网印刷、激光布线以及光刻中的一种或多种；
其中激光布线包括激光诱导转移和激光熔覆。
在本实施方式中，如果步骤四中使用丝网印刷或步骤五使用热固性胶、材料膜或低温封接玻璃时，应对器件进行低温烧结，将各层叠放后，在一定压力下保持一定时间；放入加热炉中进行烧结，使金属烧结或胶层固化，从而使得各层粘结牢固。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电子元器件的制造方法进一步限定，在本实施方式中，步骤五中对介质片进行布胶叠放的过程中，选用低温、常温或者非热条件下进行固化的粘接剂；
所述粘接剂为固体胶膜、液体胶、树脂，有机硅胶、无机硅胶、厌氧胶水或者玻璃粉；其中，固体胶膜为预浸渍材料膜；液体胶为光敏树脂胶。
在本实施方式中，选用低温、常温或者非热条件下进行固化的粘接剂是为了避免由于不同介质之间热膨胀系数不匹配而导致的层间脱胶、开裂的问题；
所述粘接胶可以是固体胶膜，如线路板技术中的pp预浸渍材料膜；也可以是液体胶，如光敏树脂胶(应对透明介质片或介质板，如玻璃等)或其他热固性、热塑性树脂，有机或无机硅胶或厌氧胶水，还可以使用低温封接玻璃粉等无机材料进行封接；所述粘接胶，可以是以固体膜的形式直接铺放到步骤二加工后的介质片或功能材料片上，也可以使用旋胶机、点胶机、刮刀或丝网印刷机将液体胶层布置在介质片或介功能材料片上。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电子元器件的制造方法进一步限定，在本实施方式中，在所述粘接剂中加入介质微颗粒。
在本实施方式中，在粘接剂中加入介质微颗粒，一方面提高并调节胶层的介电常数，使其与前述介质片或介质板的介电常数相近；另一方面精密控制粘接胶层的厚度，从而提高器件的制造精度。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电子元器件的制造方法进一步限定，在本实施方式中，步骤六中烧结的温度为300℃至340℃。

Claims (7)

1.一种电子元器件的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：
步骤一、建立器件模型，确定基板设计层数、每层基板设计厚度、每层基板设计结构以及层间指定布线位置；
步骤二、按照步骤一中确定的基板设计层数分别选择相应厚度的介质材料或功能材料板，进行磨削以及抛光，使材料厚度与步骤一中的每层基板设计厚度保持一致，完成基板处理；
步骤三、按照步骤一中确定的每层基板设计结构，对步骤二处理后的基板进行逐层加工；
步骤四、按照步骤一中确定的层间指定布线位置，在步骤三逐层加工后的各层介质片表面进行金属布线，实现层间布线或层间金属化；
步骤五、对步骤四中完成层间布线或层间金属化的介质片进行布胶叠放；
步骤六、对步骤五中布胶后的介质片进行粘结或烧结，得到固化器件；
步骤七、对步骤六中得到固化器件的外层指定位置进行金属化，完成电子元器件的制造。
2.根据权利要求1所述的一种电子元器件的制造方法，其特征在于，步骤二中介质材料包括陶瓷、石英、玻璃、液晶聚合物以及其他高分子材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种电子元器件的制造方法，其特征在于，步骤二中功能材料包括铁氧体或金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种电子元器件的制造方法，其特征在于，步骤四中实现层间布线或层间金属化的工艺包括：丝网印刷、激光布线以及光刻中的一种或多种；
其中激光布线包括激光诱导转移和激光熔覆。
5.根据权利要求1所述的一种电子元器件的制造方法，其特征在于，步骤五中对介质片进行布胶叠放的过程中，选用低温、常温或者非热条件下进行固化的粘接剂；
所述粘接剂为固体胶膜、液体胶、树脂，有机硅胶、无机硅胶、厌氧胶水或者玻璃粉；其中，固体胶膜为预浸渍材料膜；液体胶为光敏树脂胶。
6.根据权利要求5所述的一种电子元器件的制造方法，其特征在于，在所述粘接剂中加入介质微颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种电子元器件的制造方法，其特征在于，步骤六中烧结的温度为300℃至340℃。
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