專利名稱：一種ltcc基板表面平整度控制工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面平整度控制工藝方法，特別是一種LTCC基板表面平整度控制工藝方法。
背景技術(shù)：
LTCC (低溫共燒陶瓷)工藝用于小型化MCM微波/毫米波模塊/組件的三維空間垂直布線的高密度多層電路基板制造。LTCC基板燒結(jié)成型后，其表面平整度會影響電路的微波特性，如接地性能、微波損耗、表層導(dǎo)體附著力以及后續(xù)組裝效果，特別是裸芯片的組裝和基板的釬焊，對平整度要求非常高，這是由于基板的不平整導(dǎo)致焊接空洞率大最終影響模塊的接地特性。LTCC基板的平整度影響因素涉及各層導(dǎo)體分布、生瓷漿料匹配以及填孔、印刷、疊壓以及燒結(jié)等各個工序的控制。
傳統(tǒng)的基板平整度控制工藝方法是通過優(yōu)化布線布局設(shè)計，生瓷和漿料按材料供應(yīng)商提供的方案進(jìn)行最優(yōu)匹配，同時在優(yōu)化和穩(wěn)定層壓參數(shù)、燒結(jié)曲線以及保證生產(chǎn)環(huán)境的情況下，將LTCC基板平整度控制在30 μ m，可以滿足基板手工釬焊和對精度要求不是很高的芯片貼裝的組裝要求，通過施加壓力和反復(fù)手工摩擦，使焊接界面基本無縫隙，達(dá)到空洞率低于10%。以下兩種情況對平整度要求非?？量挞俾裰眯酒膹?fù)雜腔體基板中，由于腔體結(jié)構(gòu)與芯片尺寸吻合，不易實施手工摩擦LTCC基板的批量微組裝中，采用半自動芯片組裝設(shè)備和基板批量共晶回流焊設(shè)備，僅施加了靜壓力而無摩擦。針對上述情況，為使空洞率低于10%，需要將基板焊接區(qū)域的局部平整度控制在< 15 μ m，傳統(tǒng)的方法較難達(dá)到這一要求，存在的主要問題是為防止生瓷片變形，生瓷片背面50 μ m厚的Mylar背模需要一直留到疊片時揭除，由此帶來填孔后生瓷片背面金屬孔柱高出近50 μ m,多層生瓷疊壓使生瓷變薄而金屬孔柱壓縮率相對較小，因此多層疊加繼續(xù)惡化孔高，層壓后其向不接觸層壓板的一面凸起，燒結(jié)后孔柱突起20 μ m左右，由此導(dǎo)致焊接區(qū)域凹凸不平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種LTCC基板表面平整度控制工藝方法，解決常規(guī)工藝方法中基板表面金屬孔柱凸起而導(dǎo)致焊接區(qū)域凹凸不平的問題。一種LTCC基板表面平整度控制工藝方法，其具體步驟為
第一步生瓷片沖孔
將LTCC基板制備需要的生瓷片準(zhǔn)備好，采用沖孔機(jī)沖制電路通孔。第二步揭開Mylar膜
將需要印孔的生瓷片翻轉(zhuǎn)到放有干凈Mylar膜的托盤上，將直尺沿著與Mylar膜對角線平行的方向按在Mylar膜的一角上,將該角揭起，隨著直尺平行地向?qū)且苿?，Mylar膜隨著直尺揭起，生瓷無變形。生瓷片傳遞過程中，采用一片100 μ m厚的塑料薄片來支撐和承載，防止變形。第三步通孔填充漿料采用絲網(wǎng)印刷機(jī)在生瓷片上填充LTCC工藝孔金屬漿料，工藝參數(shù)為漿料粘度35萬里泊 45萬里泊；印刷壓力:0.28 Mpa O. 32Mpa ;印刷速度4 mm/s 6mm/s。然后將生瓷片在70°C 90°C的溫度下，烘干15分鐘 20分鐘。第四步滾輪滾壓孔
將烘干孔的生瓷片置于工作臺上覆有干凈Mylar膜的托盤上，在生瓷片上再覆蓋一層干凈Mylar膜，用滾輪從靠近操作者的一邊向?qū)吘鶆驖L壓整張生瓷片兩次；將托盤順時針旋轉(zhuǎn)90度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次；順時針旋轉(zhuǎn)180度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次；順時針旋轉(zhuǎn)270度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次，使填充金屬漿料的孔凸起部分均勻壓平。第五步印刷導(dǎo)體
采用絲網(wǎng)印刷機(jī)在生瓷片上印刷LTCC工藝金屬導(dǎo)體漿料，形成電路圖形，工藝參數(shù) 為衆(zhòng)料粘度20萬里泊 30萬里泊，脫網(wǎng)距離1. I mm I. 4mm,印刷壓力0. 3 Mpa
O.34Mpa,印刷速度15mm/s 25mm/s。然后將生瓷片在70°C 90°C的溫度下,烘干15分鐘 20分鐘。第六步生瓷片雙板層壓
將各層生瓷片對位疊片，采用兩塊尺寸相同的層壓板將生瓷疊片夾在中間，保證生瓷疊層各邊超出層壓板部分寬度為2mm IOmm;將邊沿多出來的生瓷用刀片整齊削掉；用密封袋將生瓷疊層和層壓板密封在一起，放入層壓機(jī)中進(jìn)行等靜壓，層壓參數(shù)為溫度70°C、壓力2000 psi 3000psi、打壓時間10 min 20min。層壓結(jié)束后，取出壓實的大塊LTCC生瓷坯。第七步生瓷坯切割和壓片燒結(jié)
采用生瓷切割機(jī)將大塊的LTCC生瓷坯切割成小塊電路后，平放到燒結(jié)爐的支架上，并壓上一塊氧化鋁陶瓷片，最終燒結(jié)成致密而平整的LTCC電路基板。至此，實現(xiàn)了 LTCC基板表面平整度控制工藝。本方法采用揭掉背膜印孔，避免了背模帶來的50 μ m孔高，然后采用優(yōu)化的工藝參數(shù)，可將通孔柱凸起高度控制在IOym以內(nèi)，再通過滾孔的方式將其壓平，雙板層壓以及壓片燒結(jié)也有效地改善了生瓷燒結(jié)后基片的表面平整度。通過以上措施，可將燒結(jié)后的金導(dǎo)孔柱凸起高度控制在5 μ m以內(nèi)，銀導(dǎo)孔柱凸起高度控制在3 μ m以內(nèi)，基板整體平整度控制在15 μ m以內(nèi)。本發(fā)明的方法成本低、簡單有效，適合對表面平整度要求很高的埋置芯片復(fù)雜腔體結(jié)構(gòu)基板以及自動批量微組裝基板的研制和生產(chǎn)。
具體實施例方式一種LTCC基板表面平整度控制工藝方法，其具體步驟為
第一步生瓷片沖孔
將LTCC基板制備需要的生瓷片準(zhǔn)備好，采用沖孔機(jī)沖制電路通孔。第二步揭開Mylar膜
將需要印孔的生瓷片翻轉(zhuǎn)到放有干凈Mylar膜的托盤上，將直尺沿著與Mylar膜對角線平行的方向按在Mylar膜的一角上,將該角揭起，隨著直尺平行地向?qū)且苿樱琈ylar膜隨著直尺揭起，生瓷無變形。生瓷片傳遞過程中，采用一片100 μ m厚的塑料薄片來支撐和承載，防止變形。第三步通孔填充漿料
采用絲網(wǎng)印刷機(jī)在生瓷片上填充LTCC工藝孔金屬漿料，工藝參數(shù)為漿料粘度35萬里泊 45萬里泊；印刷壓力0. 3Mpa ;印刷速度5mm/s。然后將生瓷片在70°C的溫度下,烘干20分鐘。第四步滾輪滾壓孔 將烘干孔的生瓷片置于工作臺上覆有干凈Mylar膜的托盤上，在生瓷片上再覆蓋一層干凈Mylar膜，用滾輪從靠近操作者的一邊向?qū)吘鶆驖L壓整張生瓷片兩次；將托盤順時針旋轉(zhuǎn)90度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次；順時針旋轉(zhuǎn)180度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次；順時針旋轉(zhuǎn)270度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次，使填充金屬漿料的孔凸起部分均勻壓平。第五步印刷導(dǎo)體
采用絲網(wǎng)印刷機(jī)在生瓷片上印刷LTCC工藝金屬導(dǎo)體漿料，形成電路圖形，工藝參數(shù)為漿料粘度20萬里泊 30萬里泊，脫網(wǎng)距離1.3mm,印刷壓力0. 32Mpa，印刷速度20mm/s。然后將生瓷片在70°C的溫度下，烘干20分鐘。第六步生瓷片雙板層壓
將各層生瓷片對位疊片，采用兩塊尺寸相同的層壓板將生瓷疊片夾在中間，保證生瓷疊層各邊超出層壓板部分寬度為4_ ;將邊沿多出來的生瓷用刀片整齊削掉；用密封袋將生瓷疊層和層壓板密封在一起，放入層壓機(jī)中進(jìn)行等靜壓，層壓參數(shù)為溫度70°C、壓力3000psi、打壓時間lOmin。層壓結(jié)束后，取出壓實的大塊LTCC生瓷坯。第七步生瓷坯切割和壓片燒結(jié)
采用生瓷切割機(jī)將大塊的LTCC生瓷坯切割成小塊電路后，平放到燒結(jié)爐的支架上，并壓上一塊氧化鋁陶瓷片，最終燒結(jié)成致密而平整的LTCC電路基板。至此，實現(xiàn)了 LTCC基板表面平整度控制工藝。
權(quán)利要求
1. 一種LTCC基板表面平整度控制工藝方法，其特征在于具體步驟為 第一步生瓷片沖孔 將LTCC基板制備需要的生瓷片準(zhǔn)備好，采用沖孔機(jī)沖制電路通孔； 第二步揭開Mylar膜 將需要印孔的生瓷片翻轉(zhuǎn)到放有干凈Mylar膜的托盤上，將直尺沿著與Mylar膜對角線平行的方向按在Mylar膜的一角上,將該角揭起，隨著直尺平行地向?qū)且苿?，Mylar膜隨著直尺揭起，生瓷無變形；生瓷片傳遞過程中，采用一片100 μ m厚的塑料薄片來支撐 和承載，防止變形； 第三步通孔填充漿料 采用絲網(wǎng)印刷機(jī)在生瓷片上填充LTCC工藝孔金屬漿料，工藝參數(shù)為漿料粘度35萬里泊 45萬里泊；印刷壓力0. 28 Mpa O. 32Mpa ;印刷速度-A mm/s 6mm/s ;然后將生瓷片在70°C 90°C的溫度下，烘干15分鐘 20分鐘； 第四步滾輪滾壓孔 將烘干孔的生瓷片置于工作臺上覆有干凈Mylar膜的托盤上，在生瓷片上再覆蓋一層干凈Mylar膜，用滾輪從靠近操作者的一邊向?qū)吘鶆驖L壓整張生瓷片兩次；將托盤順時針旋轉(zhuǎn)90度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次；順時針旋轉(zhuǎn)180度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次；順時針旋轉(zhuǎn)270度時，均勻滾壓整張生瓷片兩次，使填充金屬漿料的孔凸起部分均勻壓平； 第五步印刷導(dǎo)體 采用絲網(wǎng)印刷機(jī)在生瓷片上印刷LTCC工藝金屬導(dǎo)體漿料，形成電路圖形，工藝參數(shù)為衆(zhòng)料粘度20萬里泊 30萬里泊，脫網(wǎng)距離1. I mm I. 4mm,印刷壓力0. 3 Mpa O.34Mpa,印刷速度15mm/s 25mm/s ;然后將生瓷片在70°C 90°C的溫度下,烘干15分鐘 20分鐘； 第六步生瓷片雙板層壓 將各層生瓷片對位疊片，采用兩塊尺寸相同的層壓板將生瓷疊片夾在中間，保證生瓷疊層各邊超出層壓板部分寬度為2mm IOmm ;將邊沿多出來的生瓷用刀片整齊削掉；用密封袋將生瓷疊層和層壓板密封在一起，放入層壓機(jī)中進(jìn)行等靜壓，層壓參數(shù)為溫度70°C、壓力2000 psi 3000psi、打壓時間10 min 20min ;層壓結(jié)束后，取出壓實的大塊LTCC生瓷坯； 第七步生瓷坯切割和壓片燒結(jié) 采用生瓷切割機(jī)將大塊的LTCC生瓷坯切割成小塊電路后，平放到燒結(jié)爐的支架上，并壓上一塊氧化鋁陶瓷片，最終燒結(jié)成致密而平整的LTCC電路基板； 至此，實現(xiàn)了 LTCC基板表面平整度控制工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LTCC基板表面平整度控制工藝方法，其具體步驟為將LTCC基板制備需要的生瓷片準(zhǔn)備好，采用沖孔機(jī)沖制電路通孔；揭開Mylar膜；在生瓷片上填充LTCC工藝孔金屬漿料，滾輪滾壓孔，使填充金屬漿料的孔凸起部分均勻壓平，在生瓷片上印刷LTCC工藝金屬導(dǎo)體漿料，形成電路圖形；將各層生瓷片對位疊片，層壓后得到大塊LTCC生瓷坯；將大塊的LTCC生瓷坯切割成小塊電路后，燒結(jié)成致密而平整的LTCC電路基板。至此，實現(xiàn)了LTCC基板表面平整度控制的工藝過程。本方法成本低、簡單有效，適合對表面平整度要求很高的埋置芯片復(fù)雜腔體結(jié)構(gòu)基板以及自動批量微組裝基板的研制和生產(chǎn)。
文檔編號H05K3/46GK102724822SQ20121021016
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者周衛(wèi), 張芹, 方哲 申請人:中國航天科工集團(tuán)第二研究院二十三所