一种具有新型叠层结构的LTCC基板制造技术

本发明专利技术提供了一种具有新型叠层结构的LTCC基板，由多层生瓷片叠层烧结而成，相邻的生瓷片之间印刷有金属印刷层，金属印刷层的边沿均向内缩进。底下的三层金属印刷层的边沿向内缩进0.3毫米；第四层金属印刷层为下部射频地层，下部射频地层的边沿有一部分凸起，凸起部分的前部边沿向内缩进0.05毫米，下部射频地层的其他边沿向内缩进0.3毫米。本发明专利技术提供的LTCC基板，在射频地的设计经过仿真计算做“凸”字形处理，叠层环节外形尺寸不同的两层生瓷片，大面积铺地设计时，在边缘连接处做金属印刷层开孔处理，开孔需要避开LTCC层与层之间互联的金属化孔。此种基板结构制成的LTCC模块具有尺寸小、质量轻的优点，在不增加重量和尺寸的基础上，提高了LTCC模块的气密性。

LTCC substrate with novel laminated structure

The invention provides a LTCC substrate with a new laminated structure, composed of multilayer laminated ceramic raw sintered metal printing printing layer between adjacent raw tiles, edge metal printing layer are indented. The edge of the three layer metal printing layer underneath the indented 0.3 mm; fourth layer metal printing layer is lower RF formation, lower edge of RF formation are part of the front edge of the convex part of the convex, indented 0.05 mm, the other edge of lower strata inward into the RF 0.3 mm. The LTCC substrate provided by the invention, in the design of RF simulation for convex processing, two layers of different laminated link size different, a large area of pavement design, metal printing layer holes in the joint edges, holes need to avoid hole metallization interconnection between LTCC layer and layer. The LTCC module made of the base plate has the advantages of small size and light weight, and improves the airtightness of the LTCC module without increasing the weight and size.

【技术实现步骤摘要】
一种具有新型叠层结构的LTCC基板
本专利技术涉及LTCC基板领域，具体涉及一种具有新型叠层结构的LTCC基板。
技术介绍
随着通信技术及现代高新技术水平的不断发展，对电子系统的体积、重量和性能的要求越来越高，特别是星载、弹载、机载以及单兵使用的各类武器系统所需要的电子组件、部件，更是向着短、小、轻、薄和高可靠、高性能、低成本的方向快速发展。目前在微波毫米波频段，单一的MMIC芯片尚无法实现复杂系统级集成，而原有的微波混合集成电路已经不能满足高密度系统集成的需要，90年代发展起来的多芯片组件技术是解决该问题的新方法，该技术将多个集成电路芯片和其它片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上，成为一个独立的系统级组件，解决了系统发展的矛盾，是目前能最大限度的发挥高集成度，高速单片IC性能，实现整机小型化、高可靠、高性能的最有效的途径之一。低温共烧陶瓷(LTCC，LowTemperatureCo-firedCeramic)技术是一种新型的多芯片组件技术工艺。将低温烧结陶瓷粉制成生瓷带，切片成型，在成型的生瓷带上打孔，孔注浆，导体、电阻印刷等工艺制出所需要的电路图形，并且可以将多个无源元件埋入其中，然后多层叠压在一起，在900℃下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。基于此技术的模块具有尺寸小、重量轻、损耗低和大规模制造成本低等众多优点，该技术在现代无线通信及军事应用等众多领域的应用得到迅猛发展。为实现恶劣环境下微波模块的正常工作，对微波模块的气密性也提出了新要求。然而传统的小型化、轻量化LTCC模块多采用底板、LTCC基板、围框、盖板的组成结构，如图1所示，该结构中的LTCC基板裸露在外，模块气密性较差。影响气密性的因素主要有两点，一是模块盖板、围框及底板等机械件的焊接水平；二是LTCC基板层与层之间的不同材料导致的不完全气密。现有技术在提高气密性方面往往采用全金属封装的方法，将LTCC基板整理封装到金属壳体内部，该方法虽然提高了气密性，但是不可避免的增加了重量和尺寸，而且引入了新的射频转接器件增加了损耗和反射。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有新型叠层结构的LTCC基板，目的是在不增加重量和尺寸的基础上，通过改善LTCC基板的叠层结构提高LTCC模块的气密性。本专利技术采用以下的技术方案：一种具有新型叠层结构的LTCC基板，由多层生瓷片叠层烧结而成，相邻的生瓷片之间印刷有金属印刷层，所述金属印刷层的边沿均向内缩进；其中，底下的三层金属印刷层的边沿向内缩进0.3毫米；第四层金属印刷层为下部射频地层，下部射频地层的边沿有一部分凸起，凸起部分的前部边沿向内缩进0.05毫米，下部射频地层的其他边沿向内缩进0.3毫米；优选地，所述在金属印刷层的第六层和第七层的边缘相接触的位置开设有多个孔，孔为正方形或者长条形。优选地，所述下部射频地层的边沿凸起部分靠近射频传输端口的射频地。优选地，所述生瓷片为Ferro-A6S/M材料，LTCC基板每层的厚度为0.1毫米。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术提供的一种具有新型叠层结构的LTCC基板，将基板内的金属印刷层的边沿均向内缩进，其中下部射频地层有一部分为凸起，此种基板结构制成的LTCC模块具有尺寸小、质量轻的优点，在不增加重量和尺寸的基础上，提高了LTCC模块的气密性。此种基板结构制成的LTCC模块更方便系统级集成，也适用于传统的微波混合集成工艺中，采用了微带形式的接口，传输损耗和回波损耗指标优异。此种基板结构制成的LTCC模块在气密性方面明显优于传统方法设计的LTCC模块，某项目中采用本方法设计的LTCC模块批产验证结果如下：共计156个模块，气密性≤1×10-7Pam3/s(111个合格，71.1％)、1×10-7Pam3/s≤气密性≤1×10-6Pam3/s(21个，13.5％)，指标提高将近2个数量级，且成品率也有明显的提高。附图说明图1为LTCC模块的结构示意图。图2为LTCC基板的叠层结构示意图。图3为LTCC基板微带模型示意图。图4为图3的LTCC基板微带仿真结果。图5为LTCC基板微带在图3基础上改进的模型示意图。图6为图5的LTCC基板微带仿真结果。图7为LTCC基板微带在图5基础上改进的模型示意图。图8为图7的LTCC基板微带仿真结果。图9为底下三层金属印刷层的缩进示意图。图10为第四层金属印刷层的缩进示意图。图11为第六层和第七层的改进示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行具体的说明：结合图1至图11，如图1所示的LTCC模块结构包括模块底板、LTCC基板、模块围框和模块盖板，四个零件通过焊接的方式固定在一起，LTCC模块的输入输出均为微带接口，通过改善LTCC基板的叠层结构提高整个模块的气密性。基于LTCC工艺制造的多层电路基板由多层生瓷片叠层烧结而成，相邻生瓷片之间印刷有影响射频性能的金属印刷层。金属印刷层包括大面积金属铺地与直流通路(或射频通路)，两者相比，稍微改动大面积金属铺地对整个模块的电性能影响较小。具体来说，本专利技术中设计的LTCC基板的叠层结构如图2所示，采用Ferro-A6S/M材料LTCC生瓷片，介电常数5.9，每层介质烧结后厚度96μm，设计共10层介质，11层导体。LTCC工艺基本流程为流延→切片→打孔→印刷→叠压→烧结→调阻→切割。印刷是通过丝网印刷，先制丝网，再进行调机印刷，印刷的各种浆料是流动的泥浆状，在印刷平流后，经烘干进行下一工序——叠压；叠压的基本流程为调机→放膜→叠第1层生瓷片→敷粘结剂→叠第2层生瓷片→敷粘结剂……叠第n层生瓷片→放膜→轴压。分析认为，印刷的金属层与生瓷片结合力较弱，在切割过程中，切割到金属印刷层与生瓷片交界面的时候，边缘处金属印刷层与生瓷片结合力会变差，进而给气密性指标带来影响。在LTCC印刷电路图形设计时，要考虑上述因素带来的影响。为避免切割过程切到金属印刷层，将整个金属印刷电路图形延边缘内缩一定尺寸。该设计对直流信号影响微弱，但是可能会引起射频性能的恶化，为此，在HFSS仿真软件下进行仿真计算和优化设计。HFSS(HighFrequencyStructureSimulator)是美国Ansoft公司开发的一款有限元法全波电磁仿真软件，可说是业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。详细仿真计算过程如下。建立如图3所示微带线传输模型，基片的厚度为0.1mm的Ferro-A6S/M，共两层(即微带线的高度为0.2mm)，其插损指标见图4。对上述结构的输出端口做屏蔽金属层(射频地)内缩设计，中间地的金属和下层地的金属都缩进0.3mm，集总端口设置到实际的地，如图5所示，仿真结果见图6，与图4比较可知，损耗增大近0.2dB。对图5作如下更改，如图7所示，下层地沿着微波传输路径延伸至微带的射频端口同一垂直面上，此时的仿真结果如图8，损耗比图4仅增加0.01dB。结合上述仿真计算结果，本专利技术提供的一种具有新型叠层结构的LTCC基板，由多层生瓷片叠层烧结而成，相邻的生瓷片之间印刷有金属印刷层，金属印刷层的边沿均向内缩进。其中，底下的三层金属印刷层对射频信号几乎没有影响，且生瓷片的外形尺寸相同，因此将底下的三层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有新型叠层结构的LTCC基板，由多层生瓷片叠层烧结而成，相邻的生瓷片之间印刷有金属印刷层，其特征在于，所述金属印刷层的边沿均向内缩进；其中，底下的三层金属印刷层的边沿向内缩进0.3毫米；第四层金属印刷层为下部射频地层，下部射频地层的边沿有一部分凸起，凸起部分的前部边沿向内缩进0.05毫米，下部射频地层的其他边沿向内缩进0.3毫米。

【技术特征摘要】
1.一种具有新型叠层结构的LTCC基板，由多层生瓷片叠层烧结而成，相邻的生瓷片之间印刷有金属印刷层，其特征在于，所述金属印刷层的边沿均向内缩进；其中，底下的三层金属印刷层的边沿向内缩进0.3毫米；第四层金属印刷层为下部射频地层，下部射频地层的边沿有一部分凸起，凸起部分的前部边沿向内缩进0.05毫米，下部射频地层的其他边沿向内缩进0.3毫米。2.根据权利要求1所述的一种具有新型叠层结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵健鹏，张志刚，朱伟峰，王钊，时国盛，李玉刚，逄春辉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37