CN109905981B - 一种低温共烧陶瓷电路板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温共烧陶瓷电路板的制造方法，在对导带印刷后的低温共烧陶瓷生瓷片进行叠片前，对所述低温共烧陶瓷生瓷片进行热压预处理，对通孔浆料表面形貌进行修饰，可以将通孔浆料填充密实，改善层间浆料的扩散程度，从而防止低温共烧陶瓷电路板通孔层间界面微裂纹，从而保证低温共烧陶瓷电路板的可靠性。

Description

一种低温共烧陶瓷电路板的制造方法

技术领域

本发明属于混合微电子技术领域，具体涉及一种防止相邻通孔界面微裂纹的低温共烧陶瓷电路板的制造方法。

背景技术

现代电子信息技术对电子装备的体积、重量、性能和可靠性的要求越来越高，推动着电子元器件向高密度、高频化、高可靠、小型化等方向不断提升。低温共烧陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramic，英文简称LTCC) 多层布线电路板以其集成密度高和优良的高频特性成为高密度集成的重要技术方案，在***级封装（SiP）以及微波T/R组件小型化等领域发挥了重要作用。

LTCC多层布线电路板技术是将低温烧结陶瓷粉用流延工艺制成一定厚度的生瓷膜带，经裁片后作为生瓷基片，根据预先设计的布线图形、层数和结构，在生瓷基片上经过冲孔、导体浆料填孔、布线图形印制等工艺，在各层生瓷基片上分别制出所需要的电路图形以及电阻图形（适用时），然后把各层生瓷基片经叠片后热压在一起，将导体图形、无源元件、基板等在850℃～900℃下一次性烧成，形成LTCC多层布线电路板。这是一种可以实现3D(三维)高密度布线结构、高性能微波电路封装的技术。在高可靠LTCC多层布线电路板制作中一般采用金（Au）导体浆料作为导体浆料和通孔浆料。

在LTCC多层布线电路板上通过各层通孔实现多层布线垂直互连，这种垂直互连结构可以提高基板布线密度，进一步减小电子部件的体积。各层通孔之间的互连可靠性直接影响到布线电路板的可靠性。电路板共烧后相邻两层通孔接触界面的理想状态应该是致密连接，如果电路板共烧结后，在相邻两层通孔接触界面处局部有微小的非致密连接，呈现为微裂纹。带有通孔微裂纹的基板在经历后续的高低温温度循环或者机械冲击考核时，可能会出现电气互连开路失效，这种失效模式是高可靠LTCC多层布线电路板的隐患。

发明内容

基于此，本发明提供了一种防止相邻通孔界面微裂纹的低温共烧陶瓷电路板的制造方法，通过在对导带印刷后的低温共烧陶瓷生瓷片采用热压预处理的方法对通孔浆料的填充形貌进行修饰。通过修饰使得通孔浆料填充密实，改善各层通孔之间导体浆料的扩散程度，从而解决了在相邻通孔界面处由于存在非致密连接而出现的微裂纹现象，提高了LTCC多层布线电路板的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低温共烧陶瓷电路板的制造方法，所述低温共烧陶瓷电路板的制造工艺包括将低温共烧陶瓷生瓷片冲孔、填孔、导带印刷、叠片、热压和共烧，在所述导带印刷和所述叠片步骤之间，还包括热压预处理。常规工艺中，LTCC电路板的制造工艺为在LTCC 生瓷片上经过冲孔、填孔、导带印刷、叠片热压后共烧，此过程中容易出现相邻通孔接触界面的某一微小区域没有充分接触，在共烧后，界面处局部形成微小的非致密连接，导致在相邻通孔的界面处出现微裂纹的现象，在后续高低温温度循环或机械冲击考核时，出现电气互接开路失效，造成安全隐患。本发明创造性的在对LTCC生瓷片进行叠片前，采用热压预处理的方法，对LTCC生瓷片上的通孔浆料填充形貌进行修饰，使得通孔浆料填充密实，从而解决了LTCC电路板相邻通孔界面的微裂纹现象。

进一步的，所述热压预处理的具体步骤为：将两面均夹有mylar膜的低温共烧陶瓷生瓷片置于两块硬质平板之间，然后将其置入热压机的工作区台面，实施热压，待热压完成后，取出热压预处理后的低温共烧陶瓷生瓷片即可。将低温共烧陶瓷生瓷片两面夹有mylar膜，防止低温共烧陶瓷生瓷片受热后粘在硬质平板上。Mylar膜可采用剥离下LTCC生瓷片后的mylar载带薄膜，优选的，mylar膜的厚度是0.04~0.05mm。更具体的，取出热压预处理后的LTCC生瓷片后，在放大倍数为10~20倍的显微镜下检查基片的上下两面，并用软刷清楚上下两面的外来异物，保证热压预处理后的LTCC生瓷片外观合格后，再进行后续的LTCC电路板制造工艺。

优选的，所述硬质平板为表面光滑的不锈钢平板，防止在热压预处理时LTCC生瓷片上出现凹坑，如果平板不光滑，在热压预处理时LTCC生瓷片上容易出现凹坑，优选的，其厚度为0.2~0.6mm。

进一步的，根据本发明的需要，对热压预处理的工艺参数进行优化，所述热压预处理的温度为30~50℃，所述热压预处理的压力为0.1~0.4kpsi，所述热压预处理的保压时间为1~15s。在这样的热压参数下，防止相邻通孔界面微裂纹的效果最好。

进一步的，所述热压预处理可在热压整平机或等静压机中进行。

本发明可优选的，所述热压预处理在等静压机中进行。这是由于在等静压机中进行所述的热压预处理，可一次同时实现对多张LTCC生瓷片的热压预处理，大幅度提高LTCC电路板的制造效率和产率。

与现有技术相比，本发明的制造方法在叠片前对通孔浆料表面形貌进行修饰，从而防止LTCC多层布线电路板相邻通孔层间微裂纹。对填充在通孔内的浆料表面进行热压预处理修饰后，可以将通孔浆料填充密实，使得后续叠片热压时上下相邻通孔浆料的界面紧密接触，有利于上下两层通孔界面处的浆料互相扩散，改善层间导体浆料的扩散程度，在界面形成致密结合，从而使得制得电路板可靠性得到保障。

附图说明

图1为实施例2中制得的LTCC陶瓷电路板制成的LTCC基板的剖面观察图片；

图2为对比例中制得的LTCC陶瓷电路板制成的LTCC基板的剖面观察图片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

本实施例中的LTCC陶瓷电路板按照冲孔、填孔、导带印刷、热压预处理、叠片、热压和共烧的步骤制造，其中热压预处理采用等静压机，热压预处理的具体步骤如下：

装片：从下至上依次按照不锈钢平板、mylar膜、第一片LTCC生瓷片、mylar膜、不锈钢平板、mylar膜、第二片LTCC生瓷片、mylar膜、不锈钢平板、mylar膜、第三片LTCC生瓷片、mylar膜……以此类推至不锈钢平板、mylar膜、第八片LTCC生瓷片、mylar膜、不锈钢平板，将8片生瓷片按照前述顺序装好片。

包封：将前述装好片的LTCC生瓷片用透明胶带固定后置入真空橡皮内，使真空橡皮完全包裹装好片的LTCC生瓷片；再将包裹物置入真空包封袋内形成真空包封件。

热压：将真空包封件置于温度为30℃，压力为0.3kpsi的等静压机中热压，保压时间为12s；热压完成后，取出真空包封件，冷却后取出热压预处理后的LTCC生瓷片。

在放大倍数为10~20倍的显微镜下检查热压预处理后的LTCC生瓷片的上下两面，并用软刷清除外来异物。

实施例2

本实施例中的LTCC陶瓷电路板按照冲孔、填孔、导带印刷、热压预处理、叠片、热压和共烧的步骤制造，其中热压预处理采用等静压机，热压预处理的具体步骤如下：

装片：从下至上依次按照不锈钢平板、mylar膜、第一片LTCC生瓷片、mylar膜、不锈钢平板、mylar膜、第二片LTCC生瓷片、mylar膜、不锈钢平板、mylar膜、第三片LTCC生瓷片、mylar膜……以此类推至不锈钢平板、mylar膜、第二十片LTCC生瓷片、mylar膜、不锈钢平板，将20片生瓷片按照前述顺序装好片。

包封：将前述装好片的LTCC生瓷片用透明胶带固定后置入真空橡皮内，使真空橡皮完全包裹装好片的LTCC生瓷片；再将包裹物置入真空包封袋内形成真空包封件。

热压：将真空包封件置于温度为50℃，压力为0.1kpsi的等静压机中热压，保压时间为15s；热压完成后，取出真空包封件，冷却后取出热压预处理后的LTCC生瓷片。

在放大倍数为10~20倍的显微镜下检查热压预处理后的LTCC生瓷片的上下两面，并用软刷清除外来异物。

实施例3

本实施例中的LTCC陶瓷电路板按照冲孔、填孔、导带印刷、热压预处理、叠片、热压和共烧的步骤制造，其中热压预处理采用等静压机，热压预处理的具体步骤如下：

装片：从下至上依次按照不锈钢平板、2张mylar膜、第一片LTCC生瓷片、2张mylar膜、不锈钢平板的顺序装好片。

热压预处理：将装好片的LTCC生瓷片置入温度为40℃，压力为0.4kpsi的热压整平机中热压，保压时间为10s；热压完成后，取出真空包封件，冷却后取出热压预处理后的LTCC生瓷片。

在放大倍数为10~20倍的显微镜下检查热压预处理后的LTCC生瓷片的上下两面，并用软刷清除外来异物。

按照前述步骤依次处理其余7片的LTCC生瓷片。

将实施例1~3中的热压预处理后且外观检查合格的LTCC生瓷片依次进行叠片热压、排胶共烧后，对共烧后的LTCC电路板通孔进行剖面制样分析。同时，将实施例2中未进行热压预处理的LTCC生瓷片依次进行叠片热压、排胶共烧后作为对比例，对共烧后的LTCC电路板通孔进行剖面制样分析，剖面制样分析的方法是：将LTCC电路板样品放置在模具内用固化剂浇注并固化；将已固化试样从模具中取出进行切割，并对剖面研磨抛光，露出通孔剖面；在王水中腐蚀1~4min，用去离子水清洗后，再用滤纸擦拭干；最后在放大倍数200~500的显微镜下观察通孔剖面表面形貌。

图1为本发明实施例2的电路板的剖面表面形貌，图2为对比例中电路板的剖面表面形貌，从图1和图2可以看出，本发明实施例2制得的电路板相邻通孔致密结合且无微裂纹，而对比例中相邻通孔界面不致密且有微裂纹，说明通过本发明的方法可以很有效地防止低温共烧陶瓷电路板相邻通孔界面产生微裂纹。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种低温共烧陶瓷电路板的制造方法，所述低温共烧陶瓷电路板的制造方法包括将低温共烧陶瓷生瓷片冲孔、填孔、导带印刷、叠片、热压和共烧，其特征在于，在所述导带印刷和所述叠片步骤之间，还包括热压预处理；

所述热压预处理的具体步骤为：将导带印刷后的两面均夹有mylar膜的低温共烧陶瓷生瓷片置于两块硬质平板之间，实施热压，待热压完成后，取出即可。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述硬质平板为表面光滑的不锈钢平板，其厚度为0.2~0.6mm。

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述热压预处理的温度为30~50℃，所述热压预处理的压力为0.1~0.4kpsi，所述热压预处理的保压时间为1~15s。

4.如权利要求1~3任一项所述的制造方法，其特征在于，所述热压预处理在热压整平机或等静压机中进行。

5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述热压预处理在等静压机中进行。

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