CN111586965B - 基于lcp基材的高功率共形组件制备方法及共形组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于LCP基材的高功率共形组件制备方法及共形组件，包括LCP多层板、芯片以及壳体；所述壳体具有一凸台，所述LCP多层板设置有一与所述凸台相匹配的芯片埋置槽；所述LCP多层板通过所述芯片埋置槽套设在所述LCP多层板上；所述芯片设置在所述凸台的端面上，并通过键合引线与所述LCP多层板上侧面的金属层电连接。本发明通过高频稳定性好损耗低的LCP基板进行组件基板制备，可有效降低信号损耗，解决常用射频基板应用频率低且无法共形装配的问题，相比柔性基板吸湿率低，解决了柔性基板散热差，无法应用于贴装高功率芯片的问题，实现了共形组件、壳体一体化散热封装。

Description

基于LCP基材的高功率共形组件制备方法及共形组件
技术领域
本发明涉及电子封装技术领域，具体地，涉及一种基于LCP基材的高功率共形组件制备方法及共形组件。
背景技术
在制造业中，共形技术是指依据器件结构来布置电路，实现结构电路的一体化。此种技术能够极大地缩小组件的体积，特别是复杂组件的体积。共形技术将成为电子组件小型化的主要手段，引领未来电子组件制造的发展趋势。随着组件小型化的发展要求，需要对电路和结构一体化进行加工制造。
液晶聚合物（LCP）由于具有突出的介电性能、良好的尺寸稳定性、优良的低吸湿性和电绝缘性，特别适用于高频印制电路板。加之LCP的柔性特征，可实现与曲面壳体的完美共形，可实现高频组件的集成封装，获得小型化、轻量化的曲面高频组件。但由于有机基板散热性差，功率芯片结温高，存在烧损的风险，通过LCP基板与铝硅壳体的一体化封装能够实现组件的结构功能一体化、小型化、曲面化。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，以解决现有刚性射频基板不可共形，柔性射频基板对功率芯片散热性差、高频性能差等问题。
根据本发明提供的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板中第一层LCP基板、第二层LCP基板以及第三层LCP基板的两侧面刻蚀传输线图形并对所述传输线图形镀上金属层形成金属化布线；
步骤S2：在第二层LCP基板和第三层LCP基板相对两侧面之间贴装第二层连接层并顺次进行预固化和层压，然后打出沿厚度方向贯穿所述第二层LCP基板、第三层LCP基板、第二层连接层以及所述第二层LCP基板、第三层LCP基板、第二层连接层上金属层的通孔，进而对所述通孔进行金属化；
步骤S3：在第一层LCP基板上加工出与所述通孔位置相对应的金属凸点，在第一层连接层与所述金属凸点相对应的位置上加工连接层孔，将第一层连接层预固化在第二层LCP基板的下表面，然后将金属凸点穿过连接层孔进行层压；
步骤S4：打出沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板、第一层连接层、第二层LCP基板、第二层连接层以及第三层LCP基板的接地孔并对所述接地孔进行金属化，以电连接所述第一层LCP基板下侧面和所述第三层LCP基板上侧面的金属层；
步骤S5：在所述第三层LCP基板上侧面的金属层上贴装无源器件；
步骤S6：加工沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板、第二层LCP基板以及第三层连接层的芯片埋置槽；
步骤S7：将所述多层LCP电路板弯曲至预设置的弧度；
步骤S8：将所述多层LCP电路板通过芯片埋置槽套设于壳体的凸台上，并将芯片贴装在所述凸台上，并将所述芯片与所述第三层LCP基板的金属层通过键合引线电连接。
优选地，在步骤S1中，多层LCP电路板中每一LCP基板采用双面覆铜的LCP基板；
所述金属层为在所述第三层LCP基板上侧面依次重叠的Ni层、Pd层以及Au层。
优选地，在步骤S2中预固化时，具体为，在第三层LCP基板的下表面贴装第二层连接层时，在130~150℃的热台上加热30s，实现第二层连接层与第三层LCP基板的预固化。
优选地，在步骤S2和步骤S3中在层压时，具体为，在真空中进行层压，层压温度180~220℃，压强300psi。
优选地，在步骤S4中，在对所述接地孔进行金属化时，由所述第一层LCP基板的下侧面对所述接地孔朝上溅射Pd种子层，然后依次化学镀Cu，电镀Cu层、电镀Ni层和Au层。
优选地，所述芯片埋置槽的尺寸与所述壳体的凸台相匹配。
优选地，在步骤S7中将所述多层LCP电路板弯曲至预设置的弧度后，在80~100℃下退火0.5h~1h。
优选地，在步骤S8中将多层LCP基板通过环氧导电胶粘接在壳体上，并在100℃下固化1h。
根据本发明提供的高功率共形组件，采用所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法制备而成，包括LCP多层板、芯片以及壳体；
所述壳体具有一凸台，所述LCP多层板设置有一与所述凸台相匹配的芯片埋置槽；所述LCP多层板通过所述芯片埋置槽套设在所述壳体上；
所述芯片设置在所述凸台的端面上，并通过键合引线与所述LCP多层板上侧面的金属层电连接。
优选地，所述LCP多层板包括第一层LCP基板、第二层LCP基板以及第三层LCP基板；所述第一层LCP基板、所述第二层LCP基板以及所述第三层LCP基板的两侧面上设置有传输线图形，所述传输线图形镀有金属层；
所述第一层LCP基板和所述第二层LCP基板相对两侧面之间设置有第一层连接层；所述第二层LCP基板和所述第三层LCP基板相对两侧面之间设置有第二层连接层；
所述第二层LCP基板、所述第三层LCP基板以及所述第二层连接层上开有贯穿所述第二层LCP基板、所述第三层LCP基板、所述第二层连接层以及所述第二层LCP基板、所述第三层LCP基板、所述第二层连接层上金属层的通孔，所述通孔为金属化通孔；
所述第一层LCP基板上开有与所述通孔位置相对应的金属凸点，第一层连接层与所述金属凸点相对应的位置上开有连接层孔，所述金属凸点穿过连接层孔电连接所述通孔；
所述第三层LCP基板上侧面的金属层上贴装无源器件；
所述第一层LCP基板、第一层连接层、所述第二层LCP基板、第二层连接层以及所述第三层LCP基板上开有沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板、第一层连接层、所述第二层LCP基板、第二层连接层以及所述第三层LCP基板的接地孔并对所述接地孔进行金属化，以电连接所述第一层LCP基板下侧面和所述第三层LCP基板上侧面的金属层。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过高频稳定性好损耗低的LCP基板进行组件基板制备，可有效降低信号损耗，解决常用射频基板应用频率低且无法共形装配的问题，相比柔性基板吸湿率低，解决了柔性基板散热差，无法应用于贴装高功率芯片的问题，实现了共形组件、壳体一体化散热封装。
本发明通过LCP基板和铝硅壳体一体化封装实现共形曲面组件的制备，能够应用于共形平台。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中高功率共形组件的结构示意图；
图2为本发明实施例中基于LCP基材的高功率共形组件制备方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例中单层基板光刻图形的示意图；
图4为本发明实施例中部分基板层压的示意图；
图5为本发明实施例中盲孔成型层压的示意图；
图6为本发明实施例中接地孔金属化的示意图；
图7为本发明实施例中无源器件贴装的示意图；
图8为本发明实施例中芯片埋置槽激光加工的示意图；
图9为本发明实施例中多层基板弯曲预成型的示意图；
图10为本发明实施例中基板和壳体装配的示意图；
图11为本发明实施例中芯片贴装打线的示意图。
图中：101-壳体；102-第一层LCP基板；103-第一层连接层；104-第二层LCP基板；105-第二层连接层；106-第三层LCP基板；107-金属化布线；108-无源器件；109-芯片；110-键合引线；111-接地孔；112-盲孔；113-通孔；114-金属凸点；115-连接层孔；116-芯片埋置槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
图1为本发明实施例中高功率共形组件的结构示意图，如图1所示，本发明提供的高功率共形组件，采用所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法制备而成，包括LCP多层板、芯片109以及壳体101；
所述壳体101具有一凸台，所述LCP多层板设置有一与所述凸台相匹配的芯片埋置槽116；所述LCP多层板通过所述芯片埋置槽116套设在所述壳体101上；
所述芯片109设置在所述凸台的端面上，并通过键合引线110与所述LCP多层板上侧面的金属层电连接。
在本发明实施例中，所述LCP多层板包括第一层LCP基板102、第二层LCP基板104以及第三层LCP基板106；所述第一层LCP基板102、所述第二层LCP基板104以及所述第三层LCP基板106的两侧面上设置有传输线图形，所述传输线图形镀有金属层；
所述第一层LCP基板102和所述第二层LCP基板104相对两侧面之间设置有第一层连接层103；所述第二层LCP基板104和所述第三层LCP基板106相对两侧面之间设置有第二层连接层105；
所述第二层LCP基板104、所述第三层LCP基板106以及所述第二层连接层105上开有贯穿所述第二层LCP基板104、所述第三层LCP基板106、所述第二层连接层105以及所述第二层LCP基板104、所述第三层LCP基板106、所述第二层连接层105上金属层的通孔113，所述通孔113为金属化通孔；
所述第一层LCP基板102上开有与所述通孔113位置相对应的金属凸点114，第一层连接层103与所述金属凸点114相对应的位置上开有连接层孔115，所述金属凸点114穿过连接层孔115电连接所述通孔113；
所述第三层LCP基板106上侧面的金属层上贴装无源器件；
所述第一层LCP基板102、第一层连接层103、所述第二层LCP基板104、第二层连接层105以及所述第三层LCP基板106上开有沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板102、第一层连接层103、所述第二层LCP基板104、第二层连接层105以及所述第三层LCP基板106的接地孔111并对所述接地孔111进行金属化，以电连接所述第一层LCP基板102下侧面和所述第三层LCP基板106上侧面的金属层。
图2为本发明实施例中基于LCP基材的高功率共形组件制备方法的步骤流程图，如图2所示，本发明提供的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板中第一层LCP基板102、第二层LCP基板104以及第三层LCP基板106的两侧面刻蚀传输线图形并对所述传输线图形镀上金属层形成金属化布线107；
步骤S2：在第二层LCP基板104和第三层LCP基板106相对两侧面之间贴装第二层连接层105并顺次进行预固化和层压，然后打出沿厚度方向贯穿所述第二层LCP基板104、第三层LCP基板106、第二层连接层105以及所述第二层LCP基板104、第三层LCP基板106、第二层连接层105上金属层的通孔113，进而对所述通孔113进行金属化；
步骤S3：在第一层LCP基板102上加工出与所述通孔113位置相对应的金属凸点114，在第一层连接层103与所述金属凸点114相对应的位置上加工连接层孔115，将第一层连接层103预固化在第二层LCP基板104的下表面，然后将金属凸点114穿过连接层孔115进行层压；
步骤S4：打出沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板102、第一层连接层103、第二层LCP基板104、第二层连接层105以及第三层LCP基板106的接地孔111并对所述接地孔111进行金属化，以电连接所述第一层LCP基板102下侧面和所述第三层LCP基板106上侧面的金属层；
步骤S5：在所述第三层LCP基板106上侧面的金属层上贴装无源器件；
步骤S6：加工沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板102、第二层LCP基板104以及第三层连接层的芯片埋置槽116；
步骤S7：将所述多层LCP电路板弯曲至预设置的弧度；
步骤S8：将所述多层LCP电路板通过芯片埋置槽116套设于壳体101的凸台上，并将芯片109贴装在所述凸台上，并将所述芯片109与所述第三层LCP基板106的金属层通过键合引线110电连接。
图3为本发明实施例中单层基板光刻图形的示意图，如图3所示，在步骤S1中，多层LCP电路板中每一LCP基板采用双面覆铜的LCP基板；
所述金属层为在所述第三层LCP基板106上侧面依次重叠的Ni层、Pd层以及Au层。
在本发明实施例中，第一层LCP基板102、第二层LCP基板104以及第三层LCP基板106的厚度为100μm，双面覆铜。将LCP基板可以根据层压工装尺寸裁剪成圆形，用化学方法对LCP基材进行清洗，去除表面油污和杂质。
所述金属层用于芯片109打线连接。
在本发明实施例中，所述金属化布线107，可在铜层上电镀金属层形成，也可将铜层腐蚀掉，通过溅射的方式溅射金属层形成，然后电镀加厚。
图4为本发明实施例中部分基板层压的示意图，如图4所示，在步骤S2中预固化时，具体为，在第三层LCP基板106的下表面贴装第二层连接层105时，在130~150℃的热台上加热30s，实现第二层连接层105与第三层LCP基板106的预固化。
在本发明实施例中，第三层LCP基板106、第二层连接层105与第二层LCP基板104在真空中180~220℃下进行层压，压强为300psi。
图5为本发明实施例中盲孔成型层压的示意图，如图5所示，在步骤S2和步骤S3中在层压时，具体为，在真空中进行层压，层压温度180~220℃，压强300psi。
在本发明实施例中，在第一层LCP基板102的盲孔112处通过引线键合球焊机在基板上加工金属凸点114，第一层连接层103在盲孔112相应的位置上加工连接层孔115，将第一层连接层103预固化在第二层LCP基板104的下表面，然后将金属凸点114穿过连接层孔115在真空中进行层压。
在本发明实施例中，所述金属凸点114为铜凸点。所述盲孔112由通孔113进行金属化且通过金属层封堵形成。
图6为本发明实施例中接地孔金属化的示意图，如图6所示，在步骤S4中，在对所述接地孔111进行金属化时，由所述第一层LCP基板102的下侧面对所述接地孔111朝上溅射Pd种子层，以防电路图形别Pd覆盖，然后依次化学镀Cu，电镀Cu层、电镀Ni层和Au层。
在本发明实施例中，采用激光打出接地孔111。
图7为本发明实施例中无源器件贴装的示意图，如图7所示，在本发明实施例中，采用导电环氧胶贴装无源器件108。
在本发明实施例中，可通过薄膜工艺制备所述无源器件，也可参考芯片埋置方法进行无源器件埋置，也可将无源器件进行表贴，具体方法根据电路设计布局来考量。
图8为本发明实施例中芯片埋置槽激光加工的示意图，如图8所示，所述芯片埋置槽116的尺寸与所述壳体101的凸台相匹配。
在本发明实施例中，通过激光加工的方式加工多层板的芯片埋置槽116。采用的激光器是激光波长为355nm的全固态紫外激光。
图9为本发明实施例中多层基板弯曲预成型的示意图，如图9所示，在步骤S7中将所述多层LCP电路板弯曲至预设置的弧度后，在80~100℃下退火0.5h~1h。
在本发明实施例中，采用工装将LCP多层基板进行预设置的弧度的弯曲。
图10为本发明实施例中基板和壳体装配的示意图，如图10所示，在步骤S8中将层LCP基板通过环氧导电胶粘接在壳体101上，并在100℃下固化1h。
图11为本发明实施例中芯片贴装打线的示意图，如图11所示，将芯片109贴装在壳体101的凸台上，与基板上的金属层通过键合引线110互连。
在本发明实施例中，所述壳体101的材料为高硅铝合金，此材料的热膨胀系数CTE与GaAs芯片109的CTE相近，同时散热性能好，还可为钼铜等。
贴装所述芯片109的垫块材料使用Cu、Mo、Cu复合材料，此材料的CTE与GaAs芯片109的CTE相近，同时散热性能好，垫块根据芯片109的材料进行选择，还可为钼铜、钼等。
在本发明实施例中，本发明选择低成本、低介电常数、低吸湿率的LCP材料作为组件的基板及气密材料，结合电镀、激光加工等方法实现组件的制备，通过芯片埋置槽进行芯片埋置，通过壳体进行芯片的散热，提高了组件的集成度，实现组件与曲面平台的共形。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板中第一层LCP基板、第二层LCP基板以及第三层LCP基板的两侧面刻蚀传输线图形并对所述传输线图形镀上金属层形成金属化布线；
步骤S2：在第二层LCP基板和第三层LCP基板相对两侧面之间贴装第二层连接层并顺次进行预固化和层压，然后打出沿厚度方向贯穿所述第二层LCP基板、第三层LCP基板、第二层连接层以及所述第二层LCP基板、第三层LCP基板、第二层连接层上金属层的通孔，进而对所述通孔进行金属化；
步骤S3：在第一层LCP基板上加工出与所述通孔位置相对应的金属凸点，在第一层连接层与所述金属凸点相对应的位置上加工连接层孔，将第一层连接层预固化在第二层LCP基板的下表面，然后将金属凸点穿过连接层孔进行层压；
步骤S4：打出沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板、第一层连接层、第二层LCP基板、第二层连接层以及第三层LCP基板的接地孔并对所述接地孔进行金属化，以电连接所述第一层LCP基板下侧面和所述第三层LCP基板上侧面的金属层；
步骤S5：在所述第三层LCP基板上侧面的金属层上贴装无源器件；
步骤S6：加工沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板、第二层LCP基板以及第三层连接层的芯片埋置槽；
步骤S7：将所述多层LCP电路板弯曲至预设置的弧度；
步骤S8：将所述多层LCP电路板通过芯片埋置槽套设于壳体的凸台上，并将芯片贴装在所述凸台上，并将所述芯片与所述第三层LCP基板的金属层通过键合引线电连接。
2.根据权利要求1所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，其特征在于，在步骤S1中，多层LCP电路板中每一LCP基板采用双面覆铜的LCP基板；
所述金属层为在所述第三层LCP基板上侧面依次重叠的Ni层、Pd层以及Au层。
3.根据权利要求1所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，其特征在于，在步骤S2中预固化时，具体为，在第三层LCP基板的下表面贴装第二层连接层时，在130～150℃的热台上加热30s，实现第二层连接层与第三层LCP基板的预固化。
4.根据权利要求1所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，其特征在于，在步骤S2和步骤S3中在层压时，具体为，在真空中进行层压，层压温度180～220℃，压强300psi。
5.根据权利要求1所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，其特征在于，在步骤S4中，在对所述接地孔进行金属化时，由所述第一层LCP基板的下侧面对所述接地孔朝上溅射Pd种子层，然后依次化学镀Cu，电镀Cu层、电镀Ni层和Au层。
6.根据权利要求1所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，其特征在于，所述芯片埋置槽的尺寸与所述壳体的凸台相匹配。
7.根据权利要求1所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，其特征在于，在步骤S7中将所述多层LCP电路板弯曲至预设置的弧度后，在80～100℃下退火0.5h～1h。
8.根据权利要求1所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法，其特征在于，在步骤S8中将多层LCP基板通过环氧导电胶粘接在壳体上，并在100℃下固化1h。
9.一种高功率共形组件，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的基于LCP基材的高功率共形组件制备方法制备而成，包括LCP多层板、芯片以及壳体；
所述壳体具有一凸台，所述LCP多层板设置有一与所述凸台相匹配的芯片埋置槽；所述LCP多层板通过所述芯片埋置槽套设在所述壳体上；
所述芯片设置在所述凸台的端面上，并通过键合引线与所述LCP多层板上侧面的金属层电连接。
10.根据权利要求9所述的高功率共形组件，其特征在于，所述LCP多层板包括第一层LCP基板、第二层LCP基板以及第三层LCP基板；所述第一层LCP基板、所述第二层LCP基板以及所述第三层LCP基板的两侧面上设置有传输线图形，所述传输线图形镀有金属层；
所述第一层LCP基板和所述第二层LCP基板相对两侧面之间设置有第一层连接层；所述第二层LCP基板和所述第三层LCP基板相对两侧面之间设置有第二层连接层；
所述第二层LCP基板、所述第三层LCP基板以及所述第二层连接层上开有贯穿所述第二层LCP基板、所述第三层LCP基板、所述第二层连接层以及所述第二层LCP基板、所述第三层LCP基板、所述第二层连接层上金属层的通孔，所述通孔为金属化通孔；
所述第一层LCP基板上开有与所述通孔位置相对应的金属凸点，第一层连接层与所述金属凸点相对应的位置上开有连接层孔，所述金属凸点穿过连接层孔电连接所述通孔；
所述第三层LCP基板上侧面的金属层上贴装无源器件；
所述第一层LCP基板、第一层连接层、所述第二层LCP基板、第二层连接层以及所述第三层LCP基板上开有沿厚度方向贯穿所述第一层LCP基板、第一层连接层、所述第二层LCP基板、第二层连接层以及所述第三层LCP基板的接地孔并对所述接地孔进行金属化，以电连接所述第一层LCP基板下侧面和所述第三层LCP基板上侧面的金属层。
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