LTCC基板及其制作方法与流程

本发明属于微电子封装技术领域，具体涉及一种ltcc基板及其制作方法。

背景技术：

低温共烧陶瓷(lowtemperatureco-firedceramic,简称ltcc)技术是20世纪80年代发展起来的实现高密度多层基板互连技术的新兴技术，由于其三维结构布线密度高、低介延迟低、高频损耗低、无源器件内埋集成度高和可靠性好等众多优点而被广泛应用于微波通信、航空航天和军事领域。随着电子整机向小型化、轻量化方向发展，ltcc基板封装一体化技术应用逐渐广泛。

ltcc基板一体化封装是将ltcc基板作为封装载体的一部分，与封装外壳进行焊接封装，同时可以在基板表面贴装ic和有源器件，形成无源/有源器件集成的功能模块，进一步提高电路的集成度，适用于高频通信领域。ltcc基板经高性能封装后形成具有特定功能、高频性能、可靠质量的射频电路小型化集成组件，其应用频段从微波射频低端直到毫米波段。

ltcc基板高性能封装的前提是ltcc基板焊盘具有良好的可焊性和焊接拉力。可焊性主要体现在金属膜层与焊料的润湿效果，影响ltcc金属膜层焊盘与焊料润湿效果的主要因素在于金属浆料中自身的玻璃相在共烧后在金属膜层表面析出，玻璃相使得焊料无法正常润湿焊盘，影响焊接效果和钎焊的钎透率，从而导致电路性能不稳定和变化，使得ltcc基板封装的一致性和可靠性得不到保障。

目前改善低温共烧陶瓷膜层可焊性的方式主要有：1)物理刮擦方式，去除金属膜层表面玻璃相；2)化学镀、电镀方式对金属膜层进行表面改性；3)降低共烧温度，减少金属膜层表面玻璃相含量；4)调节浆料组分，减少金属膜层中玻璃相上浮现象。

这些方式中，其中，物理刮擦方式去除膜层表面玻璃相后，可焊性会得到明显改善，但由于基板表面存在布线，实际操作过程费时费力；化学镀、电镀方法需要增加特殊工艺流程，虽然可焊性有所改善，但增加特殊工艺流程(化学镀、电镀有酸碱处理)，对基板表层布线会有限制；而降低共烧温度，可能会影响陶瓷基板的晶相组成，对基板介电常数、介电损耗等有一定影响；调节浆料组分的方式目前尚处于单一组分研制阶段，工程化应用尚有一定距离。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明有必要提供一种ltcc基板及其制作方法，通过在衬底基板和金属膜层之间增加过渡膜层，提高焊料与金属膜层的润湿性，改善了金属膜层可焊性的同时，不影响ltcc基板的整体性能，提高了ltcc基板封装的一致性和可靠性。

为了事项上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种ltcc基板，其包括：

衬底基板；

设于所述衬底基板表面的过渡膜层，且所述过渡膜层与所述衬底基板处于同一水平面，所述过渡膜层的材质与所述衬底基板的材质共烧匹配；

设于所述过渡膜层表面的金属膜层，所述金属膜层将所述过渡膜层完全覆盖且所述金属膜层与所述过渡膜层的边缘不重合。

进一步的，所述金属膜层含有第一金属成分和第二金属成分，所述第一金属成分选自金或银，所述第二金属成分选自铂、钯中的至少一种。

进一步的，所述金属膜层的烧结厚度在18-25μm。

进一步的，所述金属膜层和所述过渡膜层的中心重合。

优选的，所述过渡膜层的边缘相较于所述金属膜层的边缘内缩50μm～100μm。

本发明还提供了一种ltcc基板的制作方法，包括以下步骤：

提供生瓷片，对所述生瓷片冲孔、填孔，完成通孔金属化；

在其中一片生瓷片上印刷过渡膜层，并整平所述过渡膜层；

在所述过渡膜层表面焊接金属膜层；

将印刷过渡膜层的生瓷片置于顶层，与其他生瓷片依次叠压、烧结，得到如权利要求1-5任一项所述的ltcc基板。

进一步的，所述的在其中一片生瓷片上印刷过渡膜层的工序，其印刷采用丝网印刷的方式。

优选的，所述丝网印刷选用的网版参数为250～350目，纱厚35μm～40μm，乳胶厚度8μm～12μm；

所述丝网印刷的步骤，具体为：浆料粘度60pa·s～300pa·s，印刷速度10mm/s～25mm/s，印制压力30～45n，刮刀角度：45°～65°。

进一步的，所述的整平所述过渡膜层的步骤，具体为：对生瓷片进行一次整平后，将生瓷片翻转180°后进行二次整平，所述一次整平和所述二次整平的工艺参数均为：压力3t～5t，整平时间15～30s。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中的ltcc基板在衬底基板和金属膜层之间增加过渡膜层，减少焊盘表面玻璃化污染问题，改善焊料与焊盘润湿效果，提高焊接的可靠性。

该ltcc基板的制作方法操作简单，过渡膜层制作的工艺均为低温共烧陶瓷常规生产工艺，工艺成熟，能够在有效改善焊料与焊盘润湿效果，提高金属膜层可焊性的同时，该制作方法可以很好的与ltcc生产工艺相兼容，从而在不增加工艺流程的前提下改善金属膜层的可焊性，可行性高。

附图说明

图1为实施例1中ltcc基板的制作工艺流程框图；

图2为实施例1中膜层附着力测试的示意图；

图3为实施例1和对比例1焊料层外观图片；

图4为实施例1中拉脱附着力测试简单测试示意图。

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。

本发明第一个方面公开了一种ltcc基板，其包括：

衬底基板；

设于所述衬底基板表面的过渡膜层，且所述过渡膜层与所述衬底基板处于同一水平面，所述过渡膜层的材质与所述衬底基板的材质共烧匹配；

设于所述过渡膜层表面的金属膜层，所述金属膜层将所述过渡膜层完全覆盖且所述金属膜层与所述过渡膜层的边缘不重合。

针对低温共烧陶瓷膜层可焊性的改善方式存在的问题，本发明创新性的提出一种ltcc基板，在衬底基板与可焊性金属膜层间增加过渡膜层，从而减少焊盘表面玻璃化污染现象，改善了焊料与焊盘润湿效果，提高了焊接可靠性。其中，过渡膜层和金属膜层的制作方式没有特别的限定，采用本领域中常规的方式均可，过渡膜层和金属膜层的形状同样没有特别的限定，根据原始焊盘的形状进行设计即可。为了保证焊盘膜层平整度，不影响焊接效果，增加过渡膜层后不影响焊盘的平整度，本发明中要求印制焊接金属膜层时，过渡膜层与基材处于同一水平面上。

进一步的，本发明中所述的衬底基板指的是由若干生瓷片经冲孔、填孔、层叠后烧结得到的基板，其中生瓷片的选择没有特别的限定，本领域中任何常规的可用于ltcc基板的生瓷片均可，生瓷片可以同通过市售获得也可以自行制备，在本发明的一些实施例中，采用ferroa6m生瓷片。

进一步的，本发明中过渡膜层材料的选择要求与衬底基板的材质能够共烧匹配，具体的说，就是保证过渡膜层与衬底基板本身烧结性能相匹配，避免由于共烧失配导致基板出现问题。因此，可以理解，过渡膜层材料的选择没有特别的限定，根据衬底基板中生瓷片材质进行调整，在本发明的一些实施例中，比如衬底基板选择ferroa6m生瓷片，则过渡膜层的材质选择与衬底基板共烧匹配的金浆cn30-080m浆料。

进一步方案，本发明中所述的金属膜层没有特别的限定，在ltcc基板领域常规采用的金属膜层均可用于本发明中，优选的，本发明一些具体的实施例中，采用的金属膜层含有第一金属成分和第二金属成分，所述第一金属成分选自金或银，所述第二金属成分选自铂、钯中的至少一种，具体可提及的实例有钯金膜层、铂银膜层、金钯铂膜层、铂银膜层，金属膜层通过选择对应的可焊接用金属浆料形成，比如ferro公司的fx31-014(pt/au)、fx31-017(pd/ag)、cn36-020(au/pt/pd)浆料，dupont公司的6146(pd/ag)、5739(pt/au)、4597(au/pt/pd)、7484(pd/ag)浆料等均可，优选的，采用cn36-020(au/pt/pd)浆料。此外，金属膜层的厚度根据行业内常规设计即可，没有特别的限定，在本发明一些具体的实施方式中，所述金属膜层的烧结厚度在18～25μm。

本发明中所述过渡膜层的位置根据金属膜层的位置进行设计，优选的，所述金属膜层和所述过渡膜层的中心重合。

过渡膜层的尺寸根据金属膜层尺寸确定，更优选的，所述过渡膜层的边缘相较于所述金属膜层的边缘内缩50μm～100μm，从而在满足过渡膜层减少玻璃化污染的同时保证ltcc基板外观满足设计要求。

本发明第二个方面公开了一种如本发明第一个方面所述的ltcc基板的制作方法，包括以下步骤：

提供生瓷片，对所述生瓷片冲孔、填孔，完成通孔金属化；

在其中一片生瓷片上印刷过渡膜层，并整平所述过渡膜层；

在所述过渡膜层表面焊接金属膜层；

将印刷过渡膜层的生瓷片置于顶层，与其他生瓷片依次叠压、烧结，得到ltcc基板。

可以理解的是，本发明中生瓷片的制备、冲孔、填孔，以及通孔金属化等工艺没有特别的限定，均可采用本领域中的常规手段，由于生瓷片的制备属于现有技术，这里不再具体阐述。其中通孔的分布及大小，根据ltcc基板的设计需要进行调整，因此，不再具体限定。

进一步的，本发明中在其中一片生瓷片上印刷过渡膜层的工艺，可以采用本领域中常规膜层印刷工艺，优选的，在本发明的一些具体的实施例中，其印刷采用丝网印刷的方式。

进一步的，在丝网印刷时，共烧后膜层厚度较大，可能会影响焊盘平整度和焊接效果，因此，优选的，在本发明的一些具体的实施方式中，所述丝网印刷选用的网版参数为250～250目，纱厚35μm～40μm，乳胶厚度8μm～12μm；

进一步的，可通过调整合适的印刷工艺参数将过渡膜层厚度减薄，在本发明的一些具体的实施方式中，印刷工艺具体为：浆料粘度60pa·s～300pa·s，印刷速度10mm/s～25mm/s，印制压力30～45n，刮刀角度：45°～65°。可以理解的是，其印刷工艺的参数没有特别的限定，本领域技术人员可根据实际需要(比如生瓷片厚度、生瓷片材质、电路设计等)进行调整。

进一步的，本发明中为了保证过渡膜层与生瓷片位于同一水平面，在过渡膜层印刷烘干后，对过渡膜层进行整平处理，从而确保增加过渡膜层后不会影响焊接膜层的印刷和平整度。可以理解的是，其整平的方式没有特别的限定，只要能够保证过渡膜层和生瓷片不损坏即可，在本发明的一些具体的实施方式中，整平采用整平机进行，所述的整平所述过渡膜层的步骤，具体为：对生瓷片进行一次整平后，将生瓷片翻转180°后进行二次整平，所述一次整平和所述二次整平的工艺参数均为：压力3t～5t，整平时间15～30s。本发明中的过渡膜层一方面起到电连接的作用，另一方面起到机械互连的作用。

在过渡膜层制作完成后，进行正常焊接膜层印刷即可，其具体的方式没有特别的限定，采用本领域中常规手段即可。对于于生瓷片上焊盘较多或尺寸较小，需保证过渡膜层与焊接膜层使用同一对位标记，已保证良好的相对位置精度和工艺稳定性。

烧结得到ltcc基板后，根据需求对ltcc基板进行划片、检测。其中，烧结工艺可以采用本领域中的常规烧结程序，没有特别的限定，在本发明的一些具体的实施方式中，烧结曲线设计为：①升温段：25℃～500℃；时间：600min～700min；②保温段：500℃～520℃；时间：120min～150min；③升温段：520℃～850℃；时间：40min～70min；④保温段：850℃；时间：10min～15min；⑤降温段：850℃～500℃；时间：50min～80min。

由于本发明中ltcc基板的制作采用的工艺均是低温共烧陶瓷的正常生产工艺，因此本发明的制作方法可以很好的与ltcc生产工艺相兼容，在不增加工艺流程前提下改善金属膜层的可焊性。

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行更加清楚完整的说明。

实施例1

本实施例中采用的生瓷片为ferroa6m生瓷片，印刷过渡膜层采用的浆料为ferro公司提供金浆cn30-080m浆料，将其稀释至浆料黏度为100pa·s～250pa·s。

本实施例中ltcc基板的制作工艺流程如图1中所示的，具体步骤如下：

生瓷片打孔填孔：按照设计要求采用激光打孔机对生瓷片制作通孔，并填孔，完成通孔金属化；

过渡膜层印刷：将稀释后的cn30-080m浆料通过丝网印刷的方式在其中一片生瓷片表面按照设计要求进行印刷后烘干，其中，丝网印刷选用的网版参数为325目，纱厚38μm，乳胶厚度8μm，印刷工艺具体为：浆料粘度200pa·s，印刷速度10mm/s，印制压力45n，刮刀角度：60°；

过渡膜层整平：将印刷烘干后的印有过渡膜层的生瓷片放入整平机中，进行一次正平后，将生瓷片翻转180°进行二次整平，其中，一次整平和二次整平的参数为压力5t，整平时间30s；

金属膜层印刷：采用cn36-020共烧金铂钯浆料，在过渡膜层的表面焊接金铂钯膜层，烘干膜厚为25μm；

将印刷有过渡膜层和金属膜层的生瓷片作为顶层生瓷片，与其他生瓷片依次叠压后，烧结、划片，得到ltcc基板。

对比例1

采用与实施例1相同的实施方式，不同之处在于：对比例1中未印刷过渡膜层。

测试例

将实施例1中制得的ltcc基板进行如下性能测试。

(1)可焊性试验：参照gjb548b方法2003.1。

(2)膜层附着力：参考规范ipc-tm-6502.4.21.1c：1991附着力测试，如图2中所示的；gb/t17473.4-2008微电子技术用贵金属浆料测试方法。

(3)拉脱附着力测试：采用ipc的测试方法，如图3中所示的，首先使用铅锡焊料pb37sn63将引线垂直焊接在ltcc基板金铂钯焊盘上，引线的直径为0.8mm，须保证焊料饱满，覆盖全部焊盘。把焊好引线的ltcc基板置于万能材料试验机上，以均匀的速度从基片上垂直拉脱引线，拉脱附着力计算方法和脱落方式按照gb/t17473.4-2008的第6、7章的规定。

通过测试，通过图4中可以看出实施例1中由于增加了过渡膜层，金属膜层auptpd膜层与焊料的浸润效果明显改善，焊盘95％以上面积覆盖有连续的新焊料层。并且通过拉脱附着力测试，得到实施例1中auptpd膜层最小拉脱附着力>60n，明显优于对比例1。

实施例2

本实施例中采用的生瓷片为ferroa6m生瓷片，印刷过渡膜层采用的浆料为ferro公司提供金浆cn30-080m浆料，将其稀释至浆料黏度为100pa·s～250pa·s。

本实施例中ltcc基板的制作工艺，具体步骤如下：

生瓷片打孔填孔：按照设计要求采用激光打孔机对生瓷片制作通孔，并填孔，完成通孔金属化；

过渡膜层印刷：将稀释后的cn30-080m浆料通过丝网印刷的方式在其中一片生瓷片表面按照设计要求进行印刷后烘干，其中，丝网印刷选用的网版参数为250目，纱厚35μm，乳胶厚度10μm，印刷工艺具体为：浆料粘度60pa·s，印刷速度15mm/s，印制压力30n，刮刀角度：45°；

过渡膜层整平：将印刷烘干后的印有过渡膜层的生瓷片放入整平机中，进行一次正平后，将生瓷片翻转180°进行二次整平，其中，一次整平和二次整平的参数为压力4t，整平时间15s；

金属膜层印刷：采用fx31-014铂金浆料在过渡膜层的表面焊接铂金膜层，烘干膜厚为18μm；

将印刷有过渡膜层和金属膜层的生瓷片作为顶层生瓷片，与其他生瓷片依次叠压后，烧结、划片，得到ltcc基板。

实施例3

本实施例中采用的生瓷片为ferroa6m生瓷片，印刷过渡膜层采用的浆料为ferro公司提供金浆cn30-080m浆料，将其稀释至浆料黏度为100pa·s～250pa·s。

本实施例中ltcc基板的制作工艺，具体步骤如下：

生瓷片打孔填孔：按照设计要求采用激光打孔机对生瓷片制作通孔，并填孔，完成通孔金属化；

过渡膜层印刷：将稀释后的cn30-080m浆料通过丝网印刷的方式在其中一片生瓷片表面按照设计要求进行印刷后烘干，其中，丝网印刷选用的网版参数为350目，纱厚40μm，乳胶厚度12μm，印刷工艺具体为：浆料粘度300pa·s，印刷速度25mm/s，印制压力40n，刮刀角度：50°；

过渡膜层整平：将印刷烘干后的印有过渡膜层的生瓷片放入整平机中，进行一次正平后，将生瓷片翻转180°进行二次整平，其中，一次整平和二次整平的参数为压力3t，整平时间20s；

金属膜层印刷：采用dupont公司的5739(pt/au)在过渡膜层的表面焊接铂金膜层，烘干膜厚为20μm；

将印刷有过渡膜层和金属膜层的生瓷片作为顶层生瓷片，与其他生瓷片依次叠压后，烧结、划片，得到ltcc基板。

上述实施例经与实施例1相同的测试方式进行测试，均可获得类似的技术效果，这说明本发明中的ltcc基板可减少焊盘表面玻璃化污染问题，改善焊料与焊盘润湿效果，提高焊接的可靠性。且制作方法操作简单，过渡膜层制作的工艺均为低温共烧陶瓷常规生产工艺，工艺成熟，能够在有效改善焊料与焊盘润湿效果，提高金属膜层可焊性的同时，该制作方法可以很好的与ltcc生产工艺相兼容，从而在不增加工艺流程的前提下改善金属膜层的可焊性，可行性高。

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。