一种集成散热微通道的LTCC基板及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种集成散热微通道的LTCC基板及其制备方法，主要涉及多层陶瓷电路基板制造技术领域，包括以下步骤，S1.将生瓷片按照微通道的结构分为上部分生瓷和下部分生瓷，对各层生瓷分别进行预处理，然后叠层并层压得到上生瓷层压坯体和下生瓷层压坯体；S2.在上生瓷层压坯体或下生瓷层压坯体上制备贯通式微通道进/出水口；S3.在镂空压板上划切出贯通的开口区域，所述开口区域形状与微通道沟道结构的平面投影形状一致；S4.在叠层背板上按顺序依次放置底面离型膜片，下生瓷层压坯体，上生瓷层压坯体，顶面离型膜片，刚性金属片，镂空压板，实心顶板，形成多层叠片模块，等步骤。等步骤。等步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种集成散热微通道的LTCC基板及其制备方法


[0001]本专利技术主要涉及多层陶瓷电路基板制造
，具体涉及一种集成散热微通道的LTCC基板及其制备方法。

技术介绍

[0002]以LTCC(低温共烧陶瓷)为典型代表的多层陶瓷电路基板具有高频性能优异，布线方式灵活，无源器件高效集成，微波/数字/控制等功能电路协同布置等诸多特点，在通信、汽车电子、航空、航天等领域得到广泛应用。LTCC材料由陶瓷主晶相和一定比例的玻璃材料所构成。低热导玻璃相的存在导致LTCC基板的常规热导率仅为2～5W/m
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K，难以满足大功率芯片工作时的散热需求。通过在芯片安装区域制作导热孔阵列可以在一定程度上提升基板的导热能力，但是基板的等效热导率仍然不高(通常≤20W/m
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K)。随着微波电路对小型化、轻量化需求的不断提升，在有限的安装环境下，系统散热需求与导热能力不匹配的矛盾愈加凸显，需采用更为高效的散热结构。一种比较理想的散热结构是在LTCC陶瓷基板内部功率芯片安装位置下方共形集成微通道，通过通道内部快速流动的液冷介质将芯片产生的热量快速带离基板，从而实现高效散热。
[0003]近年来业界内对LTCC内埋微通道已经做了大量的研究工作。论文“基于正交设计的LTCC基板微流道散热性能研究”中分析了微流道结构、流道直径和流体流速对散热性能的影响。论文“基于LTCC的微通道散热设计”中建立了微流道散热模型并进行了热
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流耦合仿真和散热效果实际测试。论文“基于LTCC的微流道散热技术”中对不同结构微流道模型进行了热
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流耦合仿真和实物测试。专利CN 201510725269.0“LTCC材料微通道制造要素的反演优化方法”中通过对辐射阵面温度分布的反演和计算获得微通道制造要素并加以改善。这些文献关注的重点均在于微通道的模型建立和散热特性仿真分析上，未涉及微通道的具体工艺实现方法。
[0004]论文“LTCC基板集成微流通道散热技术”中应用聚丙烯碳酸酯材料作为嵌件填入微流道结构中实现了在LTCC基板中制作微流道。论文“三维微流道系统技术研究”中采用牺牲层材料填充的方式防止了热压过程中微流道结构塌陷和变形。论文“高导热LTCC基板的散热性能研究”中采用填有导热浆料的进口牺牲层材料作为填充层在LTCC基板中制备了内置微流道并进行了散热效果测试。专利CN201811280602.1“一种内置微流道的高散热LTCC基板及其制造方法”在叠片过程中用带金属柱阵列的碳带生坯填入生瓷中空腔体、纯碳带生坯填入微流道内部后层压烧结获得集成微流道及热传导金属阵列的LTCC基板。上述文献中均采用了牺牲层材料填充腔体的方式来解决埋置微通道在生瓷状态下受压变形的问题，这是目前在LTCC基板中制作微通道的主流方法。但是采用牺牲层材料存在如下问题：1)牺牲材料的热分解过程与LTCC难以精准匹配，可能导致LTCC基板开裂与变形；2)微通道尺寸很小，必须精确加工牺牲材料的形状才能准确填充到微通道中，但牺牲材料的脆性通常较大，精确加工比较困难；3)牺牲材料的填充量较大，难以在烧结时彻底排干净，因此容易残留碳等杂质，导致基板电性能恶化。
[0005]专利CN201510831701.4“一种在LTCC陶瓷基板中集成内埋散热微通道的方法”中根据微通道的构造将生瓷划分为数个子模块并分别加工微通道结构，再将各子模块贴合面涂覆胶粘剂后对准贴合，采用极低压力层压和烧结完成基板制作。该方法不需要向腔体中填充牺牲层材料，但是加工过程较复杂，在具有复杂结构产品的应用中，胶粘剂在子模块贴合面均匀涂覆控制难度大，局部漏涂或过量涂覆易导致基板离层和平整度下降。同时，子模块的最终层压压力过低，存在因胶粘剂铺展不充分导致基板在复杂结构处出现离层的质量风险。
[0006]专利CN204204832.U“一种基于LTCC高密度热流的散热腔体”中提供了一种将LTCC基片、可伐腔体、钨铜镶块和芯片组装而成的一体化散热结构，散热性能良好，但并未涉及LTCC基板内部微通道的加工，且采用金属腔体的封装也不利于模块的小型化和轻量化。
[0007]针对现有技术在LTCC内部制备微通道时难以兼顾微通道的良好保形性及可靠结合性问题，需要开发一种操作简单、无需额外填充材料、层间结合牢固、兼容常规LTCC工艺、成型质量良好的内埋微通道制作方法，实现高集成度、高散热性LTCC基板的稳定加工，促进微波模块向小型化、轻量化持续发展。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种集成散热微通道的LTCC基板及其制备方法，解决现有技术中在LTCC内部制备微通道时难以兼顾微通道的良好保形性及可靠结合性的技术问题。
[0009]本专利技术公开了一种集成散热微通道的LTCC基板制备方法，包括以下步骤，
[0010]S1.将生瓷片按照微通道的结构分为上部分生瓷和下部分生瓷，对各层生瓷分别进行预处理，然后叠层并层压得到上生瓷层压坯体和下生瓷层压坯体；
[0011]S2.在上生瓷层压坯体或下生瓷层压坯体上制备贯通式微通道进/出水口；
[0012]S3.在镂空压板上划切出贯通的开口区域，所述开口区域形状与微通道沟道结构的平面投影形状一致；
[0013]S4.在叠层背板上按顺序依次放置底面离型膜片，下生瓷层压坯体，上生瓷层压坯体，顶面离型膜片，刚性金属片，镂空压板，实心顶板，形成多层叠片模块；
[0014]S5.在多层叠片模块顶部铺置软性硅胶片，然后放入包装袋真空密封，对真空密封后的包装采用温水等静压施加压力完成二次层压，层压条件与上生瓷层压坯体或下生瓷坯体完全相同；
[0015]S6.层压后拆除真空包装袋，去除软性硅胶片，压板，刚性金属片和离型膜片，获得内部集成微通道的LTCC基板层压坯体；
[0016]S7.常规烧结LTCC基板层压胚体，获得内部集成散热微通道的LTCC基板。
[0017]进一步的，所述叠层是将生瓷片采用光学对位或销钉定位的方式按照一定顺序准确叠放。
[0018]进一步的，所述层压是采用温水等静压将多张生瓷压合到一起，形成层压坯体，等静压温度为60℃～80℃，压力为1000PSI～4000PSI。上部分生瓷层压形成上生瓷层压坯体，下部分生瓷层压形成下生瓷层压坯体。
[0019]进一步的，所述二次层压是利用温水等静压对密封包装的多层叠片模块进行加压，使多层叠片模块中的下生瓷层压坯体和上生瓷层压坯体压合到一起，形成内部存在微
通道结构的LTCC基板层压坯体。
[0020]进一步的，所述二次层压的等静压温度为60℃～80℃，压力为1000PSI～4000PSI。
[0021]进一步的，所述微通道位于所述下生瓷层压坯体上。
[0022]进一步的，所述微通道使用数铣或激光或其他等效加工方式形成沟道。
[0023]进一步的，所述下生瓷层压坯体上采用数控铣方式制作宽度为0.4mm～1mm、深度为0.3～0.8mm的微通道沟道结构。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成散热微通道的LTCC基板制备方法，其特征在于：包括以下步骤，S1.将生瓷片按照微通道(6)的结构分为上部分生瓷和下部分生瓷，对各层生瓷分别进行预处理，然后叠层并层压得到上生瓷层压坯体(3)和下生瓷层压坯体(5)；S2.在上生瓷层压坯体(3)或下生瓷层压坯体(5)上制备贯通式微通道(6)进/出水口(4)；S3.在镂空压板(7)上划切出贯通的开口区域(8)，所述开口区域(8)形状与微通道(6)沟道结构的平面投影形状一致；S4.在叠层背板(1)上按顺序依次放置底面离型膜片(9)，下生瓷层压坯体(5)，上生瓷层压坯体(3)，顶面离型膜片(10)，刚性金属片(11)，镂空压板(7)，实心顶板(12)，形成多层叠片模块；S5.在多层叠片模块顶部铺置软性硅胶片(13)，然后放入包装袋(14)真空密封，对真空密封后的包装采用温水等静压施加压力完成二次层压，层压条件与上生瓷层压坯体(3)或下生瓷坯体完全相同；S6.层压后拆除真空包装袋(14)，去除软性硅胶片(13)，压板，刚性金属片(11)和离型膜片，获得内部集成微通道(6)的LTCC基板层压坯体；S7.常规烧结LTCC基板层压胚体，获得内部集成散热微通道(6)的LTCC基板。2.根据权利要求1所述的一种集成散热微通道的LTCC基板制备方法，其特征在于：所述层压是采用温水等静压将多张生瓷压合到一起，形成层压坯体，等静压温度为60℃～80℃，压力为1000PSI～4000PSI。3.根据权利要求1所述的一种集成散热微通道的LTCC基板制备方法，其特征在于：所述二次层压是利用温水等静压对密封包装的多层叠片模块进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洋，岳帅旗，梅永贵，何文灿，徐榕青，张刚，王娜，黄翠英，杨宇，黄月，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：