本發(fā)明屬于微電子封裝領(lǐng)域，涉及一種零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法，尤其涉及一種平面x\y方向零收縮率ltcc多層陶瓷基板的制備方法。

背景技術(shù)：

由于ltcc（低溫共燒陶瓷）技術(shù)具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，近年來ltcc技術(shù)呈快速發(fā)展態(tài)勢，越來越多地應(yīng)用于軍事、航天、航空、電子、計(jì)算機(jī)、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。但隨著電路大體積尺寸和高密度集成性能要求不斷提高，普通的ltcc基板燒結(jié)時(shí)因存在固有的收縮影響了基板組裝的精度,已不能滿足電子產(chǎn)品的可靠性的要求。一般ltcc生瓷材料經(jīng)共燒后平面尺寸的收縮量在12%～16%，尺寸收縮的不均勻度一般又至少要達(dá)到±0.3%～±0.4%，從而造成同一產(chǎn)品的同批各塊基板或不同批次基板在相同位置上的互連通孔、導(dǎo)電帶等電路圖形很難準(zhǔn)確、精確地控制，使制作超高密度mcm-c（陶瓷多芯片組件）、mcm-c/d（厚薄膜混合型多芯片組件）及精密微波傳輸線異常困難。目前，在高性能ltcc系統(tǒng)的研究中，如何控制收縮率一致性或零收縮ltcc基板成為了細(xì)線技術(shù)的重點(diǎn)方向。

目前，傳統(tǒng)的零收縮ltcc工藝控制方法主要有壓力輔助燒結(jié)法、無壓輔助燒結(jié)法、自約束燒結(jié)法和復(fù)合共同燒結(jié)法。壓力輔助燒結(jié)法方式簡單，但對(duì)設(shè)備要求非常高，一致性控制困難，容易出現(xiàn)開裂，粘板，起皺等問題。無壓輔助燒結(jié)法、自約束燒結(jié)法和復(fù)合共同燒結(jié)法專利由幾家大公司控制，材料成本高，價(jià)格昂貴，且收縮率控制精度較差。因此，尋求一種能夠制備有效控制收縮率一致性或零收縮ltcc基板的方法成為當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單易行、成本低廉，可有效控制產(chǎn)品收縮率的一致性的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法，包括以下步驟：

（1）將若干ltcc生瓷片依次疊層，然后在所得疊層的上下表面各放置一層高溫陶瓷生瓷片進(jìn)行層壓，得到生瓷胚體；

（2）在步驟（1）得到的生瓷胚體上下表面先各放置一層多孔陶瓷壓板、再各放置一層多孔碳化硅壓板，置于壓力裝置中；

（3）開始升溫，升溫同時(shí)輔助通氣，先升溫至400℃～480℃，保溫排膠；

（4）排膠后，繼續(xù)升溫至600℃～620℃時(shí)，施加壓力使基板表面壓強(qiáng)為300kpa～600kpa，在施加壓力下繼續(xù)升溫至820℃～900℃，保溫?zé)Y(jié)；

（5）解除壓力，自然降溫，去除多孔碳化硅壓板、多孔陶瓷壓板和高溫陶瓷生瓷片，得到零收縮ltcc多層陶瓷基板。

上述的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟（4）中，施加壓力前后繼續(xù)升溫的升溫速度均為15℃/min～20℃/min，所述保溫?zé)Y(jié)的時(shí)間為10min～20min。

上述的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟（1）中，所述層壓壓強(qiáng)為10mpa～20mpa，所述層壓的溫度為70℃～100℃，層壓保持1～2小時(shí)。

上述的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法中，更優(yōu)選的，所述步驟（1）中，所述層壓壓強(qiáng)為10mpa～15mpa，所述層壓的溫度為70℃～80℃。

上述的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟（3）中，開始升溫后，采用60min～90min升溫至400℃～480℃。

上述的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟（3）中，所述保溫排膠的時(shí)間為60min～90min。

上述的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟（3）中，所述輔助通氣是指沿多孔碳化硅壓板水平方向進(jìn)行通氣，通入加熱空氣，加熱空氣的溫度與升溫溫度同步，當(dāng)加熱空氣的溫度升至400℃～480℃時(shí)，加熱空氣不再升溫，并以該溫度通氣直到整個(gè)燒結(jié)過程完成。

上述的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟（1）中，所述高溫陶瓷生瓷片包括氧化鋁陶瓷生瓷片或氮化鋁陶瓷生瓷片。

上述的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟（1）中，所述疊層為10層～20層。

本發(fā)明的制備方法也可稱作混合輔助零收縮率ltcc多層陶瓷基板的制備方法，該技術(shù)方案的特點(diǎn)是：燒結(jié)準(zhǔn)備前，將多層低溫共燒陶瓷生瓷片上下各放置一層高溫陶瓷生瓷片，經(jīng)過層壓工藝，制備成覆蓋有高溫陶瓷生瓷片的低溫共燒陶瓷多層基板電路胚體，再進(jìn)行熱切。將基板胚體夾持在上下多孔陶瓷基板平板和上下多孔碳化硅平板中，進(jìn)行升溫加熱，經(jīng)過一段時(shí)間適當(dāng)溫度下排膠后，再輔助在多層陶瓷基板電路上下表面施加壓力，控制燒結(jié)成瓷過程中基板電路的收縮率。該方法陶瓷基板電路受熱均勻，排膠充分，不起皺，收縮率片內(nèi)一致性好，收縮率片間重復(fù)性可控制在±0.05%之間。

本發(fā)明的制備方法包括燒結(jié)前犧牲層層壓和燒結(jié)時(shí)壓力輔助共同控制低溫共燒陶瓷的收縮兩個(gè)主要步驟。燒結(jié)前層壓（即疊層熱壓）采用氧化鋁或氮化鋁等高溫陶瓷生瓷片覆蓋ltcc生瓷片上下表面，與ltcc生瓷片電路進(jìn)行等靜壓疊壓，層壓后構(gòu)成一個(gè)生瓷胚體。采用高溫陶瓷生瓷片覆蓋ltcc多層基板一方面是在高溫820～900℃時(shí)，高溫陶瓷生瓷片不收縮、不成瓷，內(nèi)部摩擦力可以減小ltcc平面x/y方向的收縮，另一方面，高溫生瓷片可以作為一層隔離層，防止ltcc在燒結(jié)溫度成瓷過程中與上下壓板粘連，發(fā)生變形。燒結(jié)時(shí)采用壓力輔助燒結(jié)，將生瓷胚體放置在多孔碳化硅壓板、多孔陶瓷壓板上，對(duì)稱依次用多孔陶瓷壓板、多孔碳化硅壓板覆蓋，防止ltcc收縮過程中起拱、z方向斷層，以及設(shè)置合適的壓力調(diào)節(jié)收縮率的大小，以減少對(duì)高溫生瓷犧牲層的依賴。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明采用燒結(jié)前高溫陶瓷生瓷片層壓、燒結(jié)時(shí)壓力輔助的混合輔助方式實(shí)現(xiàn)多層陶瓷基板零收縮率制備，制備過程簡單，對(duì)材料和設(shè)備性能要求相對(duì)寬松，且有效地解決了壓力輔助燒結(jié)中熱均勻性、排膠困難、收縮一致性等問題。

2、本發(fā)明選用的多孔碳化硅壓板和多孔陶瓷壓板具有較大的抗壓性能，能夠給ltcc多層陶瓷基板表面提供足夠的壓強(qiáng)，碳化硅壓板由于具備多孔結(jié)構(gòu)，適合熱交換，所以能夠提供較均勻的燒結(jié)熱場，陶瓷壓板由于本身是微孔結(jié)構(gòu)，在ltcc排膠階段，有利于陶瓷基板中有機(jī)物的排放。

3、本發(fā)明提供的溫度和壓力參數(shù)值是實(shí)現(xiàn)多層陶瓷基板零收縮率制備關(guān)鍵條件。由于ltcc燒結(jié)過程中，包含排膠和燒結(jié)成型兩個(gè)階段，燒結(jié)成型本身具有一個(gè)收縮成型的物理化學(xué)過程，而這個(gè)過程是在某一特定的溫度條件下急劇發(fā)生的，壓力和溫度參數(shù)值的設(shè)置大小范圍，以及在升溫階段溫度和壓力在時(shí)間點(diǎn)上的匹配與控制，都直接影響收縮率控制的大小及一致性。

綜上，針對(duì)現(xiàn)階段零收縮工藝采用自約束工藝使用材料昂貴，工藝復(fù)雜，采用無壓力輔助工藝對(duì)產(chǎn)品厚度有限制，容易出現(xiàn)斷層，產(chǎn)品成品率難以控制，壓力輔助燒結(jié)對(duì)設(shè)備要求極高，容易出現(xiàn)收縮不均勻、開裂、排膠困難等一系列問題，本發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造性地采用了混合輔助控制手段，成本低廉，操作方便，產(chǎn)品一致性好，有效地解決了上述現(xiàn)有技術(shù)存在的一系列問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法工藝流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中在燒結(jié)時(shí)混合輔助夾具示意圖。

圖例說明：

1、壓力施加桿；2、多孔碳化硅壓板；3、多孔陶瓷壓板；4、高溫陶瓷生瓷片；5、ltcc生瓷片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。

實(shí)施例1：

一種本發(fā)明的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟：

（1）準(zhǔn)備dupont951ltcc生瓷片，進(jìn)行打孔、印刷、定位前段工藝操作。

（2）將經(jīng)前段工藝操作得到的ltcc生瓷片5切割成70mm×70mm小片，將小片依次疊層成10層，然后將兩片0.1mm厚的aln陶瓷生瓷片在疊層的上下各放一層，在溫度80℃，壓強(qiáng)15mpa下熱壓2小時(shí)，形成生瓷胚體。

（3）先在生瓷胚體的上下表面各放置一塊多孔陶瓷壓板3隔離層，然后在夾持有生瓷胚體的多孔陶瓷壓板3的上下表面再各放置一塊多孔碳化硅壓板2施壓層，置于壓力裝置上，形成如圖2所示的混合輔助夾具。由圖2可知，多層ltcc生瓷片5組成的疊層上下表面各設(shè)有一層高溫陶瓷生瓷片4，形成生瓷胚體，在生瓷胚體的上下表面先各設(shè)有一層多孔陶瓷壓板3、再各設(shè)有一層多孔碳化硅壓板2，形成排膠隔離層和施壓層，多孔碳化硅壓板2的上下表面由壓力裝置上的壓力施加桿1進(jìn)行夾持。圖2中生瓷片5的層數(shù)僅起示意作用，并不代表實(shí)際層數(shù)。

（4）開始升溫，60分鐘升溫到450℃，升溫同時(shí)輔助沿多孔碳化硅壓板2的水平方向通入加熱空氣，加熱空氣的溫度與升溫溫度同步，空氣伴隨升溫到450℃，并保持該溫度持續(xù)通氣，在450℃下保溫90分鐘進(jìn)行排膠。

（5）排膠后，以15℃/min速率升溫至850℃，保溫20分鐘，燒結(jié)成瓷，其中，當(dāng)溫度升至600℃時(shí)，需緩慢施加壓力2.5kn（即壓強(qiáng)為500kpa）直至燒結(jié)過程結(jié)束。

（6）解除壓力，自然降溫，燒結(jié)完畢去除表面覆蓋物多孔碳化硅壓板2與多孔陶瓷壓板3，并通過研磨方式去除基板表面附著物高溫陶瓷生瓷片4，，得到零收縮ltcc多層陶瓷基板。

取出樣品，通過測量，x/y兩邊分別長度為69.924mm、69.928mm，兩邊收縮率分別為0.108%、0.103%，多次重復(fù)性試驗(yàn)，收縮率片間重復(fù)性在±0.05%之間。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出基板的收縮率控制及重復(fù)性優(yōu)于常規(guī)壓力輔助燒結(jié)和無壓力輔助燒結(jié)方法。

實(shí)施例2：

一種本發(fā)明的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟：

（1）準(zhǔn)備ferroa6ltcc生瓷片，進(jìn)行打孔、印刷、定位前段工藝工作。

（2）將步驟（1）得到的生瓷片切割成70mm×70mm小片，采用20層依次疊層，然后將兩片0.1mm厚的aln陶瓷生瓷片在疊層上下各放一層，在溫度90℃，壓強(qiáng)20mpa下熱壓1小時(shí)，形成生瓷胚體。

（3）先在生瓷胚體的上下表面各放置一塊多孔陶瓷壓板3，然后在夾持有生瓷胚體的多孔陶瓷壓板3的上下表面再各放置一塊多孔碳化硅壓板2，置于壓力裝置上。

（4）開始升溫，60分鐘升溫到420℃，升溫同時(shí)輔助沿多孔碳化硅壓板2的水平方向通入加熱空氣，空氣伴隨升溫到420℃，并保持該溫度進(jìn)行通氣，在420℃下保溫90分鐘，排膠。

（5）排膠后，以18℃/min速率升溫至850℃，保溫20分鐘，燒結(jié)成瓷，其中，當(dāng)溫度升至610℃時(shí)，緩慢施加3kn壓力（即600kpa）直至燒結(jié)過程結(jié)束。

（6）解除壓力，自然降溫，燒結(jié)完畢去除表面覆蓋物多孔碳化硅壓板2與多孔陶瓷壓板3，并通過研磨方式去除基板表面附著物高溫陶瓷生瓷片4，得到零收縮ltcc多層陶瓷基板。

取出樣品，通過測量，x/y兩邊分別長度為69.935mm、69.938mm，兩邊收縮率0.093%、0.089%，表面光滑，電路布線無短路；多次重復(fù)性試驗(yàn)，收縮率片間重復(fù)性在±0.05%之間。

實(shí)施例3：

一種本發(fā)明的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法，包括以下步驟：

（1）準(zhǔn)備dupont951ltcc生瓷片，進(jìn)行打孔、印刷、定位前段工藝工作。

（2）將步驟（1）得到的生瓷片切割成70mm×70mm小片，采用10層依次疊層，然后將兩片0.1mm厚的al2o3陶瓷生瓷片在疊層上下各放一層，在溫度100℃，壓強(qiáng)15mpa下熱壓1小時(shí)，形成生瓷胚體。

（3）先在生瓷胚體的上下表面各放置一塊多孔陶瓷壓板3，然后在夾持有生瓷胚體的多孔陶瓷壓板3的上下表面再各放置一塊多孔碳化硅壓板2，置于壓力裝置上。

（4）開始升溫，60分鐘升溫到480℃，升溫同時(shí)輔助通入加熱空氣，空氣伴隨升溫到480℃，并保持該溫度進(jìn)行通氣，在480℃下保溫60分鐘，排膠。

（5）以15℃/min速率升溫至850℃，保溫20分鐘，燒結(jié)成瓷，其中，當(dāng)溫度升至600℃時(shí)，緩慢施加壓力2kn（即400kpa）直至燒結(jié)結(jié)束。

（6）解除壓力，自然降溫，燒結(jié)完畢去除表面覆蓋物多孔碳化硅壓板2與多孔陶瓷壓板3，并通過研磨方式去除基板表面附著物高溫陶瓷生瓷片4，得到零收縮ltcc多層陶瓷基板。

取出樣品，通過測量，x/y兩邊分別長度為69.921mm、69.927mm，兩邊收縮率分別為0.112%、0.104%，表面光滑，電路布線無短路；多次重復(fù)性試驗(yàn)，收縮率片間重復(fù)性在±0.05%之間。

實(shí)施例4：

一種本發(fā)明的零收縮ltcc多層陶瓷基板的制備方法，包括以下步驟：

（1）準(zhǔn)備dupont951ltcc生瓷片，進(jìn)行打孔、印刷、定位前段工藝工作。

（2）將步驟（1）得到的生瓷片切割成70mm×70mm小片，采用10層依次疊層，然后將兩片0.2mm厚的al2o3陶瓷生瓷片在疊層上下各放一層，在溫度100℃，壓強(qiáng)15mpa下熱壓1小時(shí)，形成生瓷胚體。

（3）先在生瓷胚體的上下表面各放置一塊多孔陶瓷壓板3，然后在夾持有生瓷胚體的多孔陶瓷壓板的上下表面再各放置一塊多孔碳化硅壓板2，置于壓力裝置上。

（4）開始升溫，90分鐘升溫到450℃，升溫同時(shí)輔助通入加熱空氣，空氣伴隨升溫到450℃，并保持該溫度進(jìn)行通氣，在450℃保溫90分鐘，排膠。

（5）以15℃/min速率升溫至900℃，保溫10分鐘，燒結(jié)成瓷，其中，當(dāng)溫度升至600℃時(shí)，緩慢施加壓力1.5kn壓力（即300kpa）直至燒結(jié)過程結(jié)束。

（6）解除壓力，自然降溫，燒結(jié)完畢去除表面覆蓋物多孔碳化硅壓板2與多孔陶瓷壓板3，并通過研磨方式去除基板表面附著物高溫陶瓷生瓷片4，得到零收縮ltcc多層陶瓷基板。

取出樣品，通過測量，x/y兩邊分別長度為69.933mm、69.937mm，兩邊收縮率分別為0.096%、0.09%，表面光滑，電路布線無短路；多次重復(fù)性試驗(yàn)，收縮率片間重復(fù)性在±0.05%之間。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。