[發明專利]LTCC基板空腔結構缺陷的控制方法

有效

• 申請號: 201410289414.0
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104103525B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 林奈;謝義水;閻德勁;馮剛英
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;H05K3/00
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明涉及一種LTCC基板缺陷控制方法，特別是一種用于帶空腔結構的LTCC基板多種缺陷的綜合控制方法。

背景技術

LTCC技術是將低溫燒結陶瓷粉末制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用沖孔或激光打孔、微孔注漿、精密導體漿料印刷等工藝制作出所需要的電路圖形，并可將無源元件和功能電路埋人多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，在850～900℃下燒結，制成三維空間的高密度電路。低溫共燒陶瓷基板(LTCC)是實現三維立體組裝較為理想的多層基板材料。LTCC可以制作多種結構的空腔，也可在基板內部制作用于微流道、氣隙的空腔結構，實現散熱、冷卻、傳感等功能。并且內埋置元器件、無源功能元件，通過減少連接芯片導體的長度與接點數，能集成的元件種類多，易于實現多功能化和提高組裝密度。提高布線密度和元件集成度，減少了SIP外圍電路元器件數目，簡化了與SIP連接的外圍電路設計和降低了電路組裝難度和成本。帶腔體LTCC基板具有高密度布線、電阻、電容、電感的內埋以及芯片的埋置等特性。由于不同介質材料層間在燒結溫度，燒結致密化速率、燒結收縮率及熱膨脹率等方面的失配，會導致共燒體產生很大的內應力，易產生層裂、翹曲和裂紋等缺陷。通常對LTCC基板及其空腔結構和尺寸都有嚴格要求，然而LTCC基板在經過層壓和燒結兩道工序后，通常會產生收縮、翹曲和空腔變形等缺陷。為減小LTCC基板在燒結時的收縮變形，可在基板頂部和底部分別添加約束層，通過LTCC基板與約束層的摩擦力，限制基板在水平面的收縮；同時，通過頂部和底部約束層的對稱設置，可進一步限制基板的翹曲變形。但是，由于在基板兩面添加了約束層的限制，內部不能填充犧牲材料為空腔提供受力支撐，導致空腔在層壓時發生變形，因此這種方式并不適用于帶空腔結構的LTCC基板。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術制作帶空腔LTCC基板9工藝技術的不足，提出一種LTCC基板空腔結構缺陷的控制方法，以解決常規工藝流程中LTCC基板收縮、翹曲和空腔變形缺陷不能同時控制的問題。

為了實現上述目的，本發明提供的一種LTCC基板空腔結構缺陷的控制方法，其特征在于包括如下步驟：首先將帶空腔結構生瓷片通過自動疊層機或者銷釘定位與底層生瓷片疊層在一起，通過溫水等靜壓進行第一次層壓；層壓完成后在空腔內部填充碳基犧牲材料，再與頂層生瓷片和底部約束層疊層在一起，通過溫水等靜壓進行第二次層壓；隨后，放在燒結爐中的多孔板上進行共燒，將腔體內犧牲材料完全揮發后，再在頂部依次放上多孔板和壓力板，燒結至850～900℃，完成帶封閉空腔的LTCC基板制作。

本發明創造性地將壓力輔助約束燒結改進并應用于帶封閉腔體結構的LTCC基板制作中，利用空腔內填充的碳基犧牲材料防止腔體變形，利用底部約束層限制LTCC生瓷片在水平面的收縮，利用頂部壓力板施加壓力、防止由于生瓷片和底部約束層材料收縮失匹導致的基板翹曲。本方法可最大程度地防止帶空腔結構的LTCC基板在成型過程中存在的腔體變形、基板翹曲以及收縮導致的尺寸誤差，從而保證帶空腔LTCC基板的尺寸精度。

附圖說明

圖1是實現本發明LTCC基板空腔結構缺陷控制方法的原理示意圖。

圖2是圖1的三維流程圖。

圖中：1中間帶空腔層生瓷片，2底層生瓷片，3碳基犧牲材料，4是頂層生瓷片，5底部約束層，6、7是燒結時用于夾持生瓷片的多孔板，8是燒結時用于施加輔助壓力的壓力板，9是最終成型的帶空腔LTCC基板。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明,但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。

參閱圖1、圖2。根據本發明，可以采用以下步驟完成帶封閉空腔的LTCC基板制作：

1)在LTCC生瓷片上加工空腔結構、定位孔、電路通孔；

2)填充生瓷片通孔、在生瓷片表面印刷金屬導線；

3)將底層生瓷片2、中間帶空腔層生瓷片1精確定位疊層后，進行第一次等靜壓，第一次等靜壓層壓壓力為2MPa～3MPa、層壓溫度控制在30℃～35℃、層壓時間為5min～10min。

4)將碳基犧牲材料填充到生瓷片的空腔內，再與頂層生瓷片、底部約束層精確對位疊層，然后進行第二次等靜壓；第二次等靜壓層壓壓力為20MPa～25MPa，層壓溫度控制在70℃～80℃、層壓時間為10min～15min。層壓后的生瓷片放入燒結爐中，加熱至450℃，持續2h后，在生瓷片頂部依次放上多孔板和壓力板，再加熱至850～900℃完成生瓷片燒結；