一种用于单膜层LTCC内埋腔体结构的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于单膜层LTCC内埋腔体结构的制造方法，属于微机械结构制造领域，主要包括：将叠好的腔基底层和腔壁层进行第一次层压处理，单独对腔膜层对进行层压处理，将第一次层压后的腔基底层和腔壁层与进行层压处理后的腔膜层进行层叠和层压处理，最后应用LTCC共烧炉对进行合体层压处理后层叠基片再进行共烧处理。本发明专利技术的优点是在内埋腔的制造阶段不需要牺牲层材料，其利用“不同压力层压后的LTCC单膜层瓷片与多层基板之间在烧结成瓷阶段体现的收缩失配特性”，通过控制单模层在层压阶段所经受的压强，使单膜层的收缩率大于多层基板的收缩率，从而实现平整的单膜层表面。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于单膜层LTCC内埋腔体结构的制造方法，属于微机械结构制造领域，主要包括：将叠好的腔基底层和腔壁层进行第一次层压处理，单独对腔膜层对进行层压处理，将第一次层压后的腔基底层和腔壁层与进行层压处理后的腔膜层进行层叠和层压处理，最后应用LTCC共烧炉对进行合体层压处理后层叠基片再进行共烧处理。本专利技术的优点是在内埋腔的制造阶段不需要牺牲层材料，其利用“不同压力层压后的LTCC单膜层瓷片与多层基板之间在烧结成瓷阶段体现的收缩失配特性”，通过控制单模层在层压阶段所经受的压强，使单膜层的收缩率大于多层基板的收缩率，从而实现平整的单膜层表面。【专利说明】—种用于单膜层LTCC内埋腔体结构的制造方法
本专利技术属于微机械结构制造领域，特别涉及一种在低温共烧陶瓷(LTCC)基板上实现单膜层内埋腔体结构的制造方法。技术背景低温共烧陶瓷(LTCC)技术是上世纪八十年代发展起来的无源元件集成电路技术。多层LTCC基板技术能将部分无源元件集成到基板中，使其具有高速、高频、高密度、高可靠性等优点，有利于系统小型化，在提高电路组装密度的同时提高系统可靠性，因此被广泛应用于微波通信、航空航天和军事电子等领域。近年来，除了在电子
的广泛应用，LTCC技术也逐渐被应用到传感器、执行器以及微系统等其他应用领域中。这些应用主要得益于LTCC基板良好的电学和机械性能，使得基于LTCC的微系统结构具备高可靠性和高稳定性。更重要的是，应用LTCC技术，使一次性制造三维(3-D)微系统结构成为可能，为实现更便捷的片上微系统制造提供了一种可行方案。其制造的灵活度高、成本低、周期短、标准化制造等优点吸引了众多研究者的目光，成为近年来LT CC技术研究的新热点。为实现微系统的不同功能，3D-LTCC结构中多包含腔体、通道以及膜层等多种不同结构。这些结构，不仅可以在微波电路应用中实现芯片内埋，还可以在微系统应用中构建复杂功能结构，例如:高功率器件底面的散热流体通道结构、微反应器中的反应腔室、电容传感器中的电容腔以及微燃料器中的燃烧室、LTCC贴片天线等等。单膜层LTCC内埋腔体是LTCC腔体的一种，其是在LTCC基板内部制造的内埋腔体结构，其最主要的特点是顶层仅仅具有一层LTCC瓷片，即单膜层结构。该腔体结构示意如图1所示，包含腔膜层、腔壁层以及腔基底层三个主要部分。得益于单膜层结构良好的力学敏感性以及内部制造的悬空结构，单膜层LTCC内埋腔体在LTCC三维结构制造以及电容式膜层传感器以及内置腔贴片天线等领域具有广泛应用。由于单膜层LTCC内埋腔体结构的特殊性，该结构制造集中了腔体制造和膜层制造两个技术难点:一方面，内埋腔体结构在制造中要保持腔体结构不变形；另一方面，单膜层的顶盖平整度在制造中难以保证。而腔体尺寸以及膜层的平整性是影响其在各领域应用的关键。目前，国际上针对该类腔体制造常用采用的制造流程如图2所示。在此制造流程中，首先依次进行基片材料的下料老化一冲孔一填孔一印刷以及腔体冲制等工序。待每片瓷片制作好之后，借助各层之间的对位标记按照结构顺序依次实现多层瓷片之间的层叠。叠片完成之后，进行温水等静压的层压步骤。层压的目的是为了使基板在均匀压力下紧密结合成一个整体。对于单膜层LTCC内埋腔体来说，其腔体内部有一个空腔“缺陷”，若将内部“空虚”的LTCC多层基板直接放入高压环境中，会破坏腔体乃至整个基板。为解决上述问题，常用下述处理方法:在叠片阶段，首先在单膜层腔体盖叠片前，应用牺牲层材料填入腔体，将带有“腔缺陷”的LTCC基板改进为平整的平面基板。然后实施单膜层腔体盖的叠片操作。接下来进行层压处理。在层压阶段，牺牲层对腔体结构进行保护，避免了腔体结构的变形。常用的牺牲层材料有石墨基材料、矿石材料、有机材料等不同体系。在LTCC基板烧结成瓷阶段，牺牲层材料在高温条件下氧化成气态，通过尚未烧结致密膜层的微通孔排出基板结构，从而实现了单膜层LTCC内埋腔体的制造。应用“添加牺牲层”的方法虽然可以实现单膜层LTCC内埋腔体的制造，但是在制造实施中却存在以下几个与“高制造复杂度”相关的缺点:1)牺牲层材料的选择及制备。牺牲层材料首先要具备可塑性，才能实现不同结构腔体的填充。此外，牺牲层材料要在高温下能够完全氧化成气体排出LTCC基板外。2)带有牺牲层LTCC基板的烧结曲线调节。若能在LTCC基板烧结中实现牺牲层材料的氧化，同时保证单膜层内置腔顶层盖的平整性，需要调节烧结曲线。常用的方法是首先对牺牲层材料最热重分析，得到其在不同温度下的氧化速度。然后，结合其热重分析结果对LTCC基板的烧结曲线进行调整。若牺牲层材料的氧化温度较低(低于LTCC基板烧结中排胶阶段的温度)，则会在烧结成瓷阶段中使单膜层失去支撑，易造成塌陷的内置腔。若牺牲层材料的氧化温度过高(高于LTCC基板烧结中开始致密化的温度点)，则会在盖层成瓷后牺牲层继续氧化，易导致表面“鼓起”的内置腔，严重时还会在腔内留下较多的牺牲层残余。3)制作中需要牺牲层材料填充的额外操作，降低制作效率。4)添加牺牲层材料中容易对LTCC腔体造成破坏。
技术实现思路
本专利技术为了解决单膜层内置腔现有制造技术中的步骤复杂、牺牲层材料选择和制备难度大以及烧结曲线需要不断修正等问题，提供了一种“不需要牺牲层”材料辅助的、制造流程简单可行的单膜层内置腔的制造方法。本专利技术所采取的技术方案为:一种用于单膜层LTCC内埋腔体结构的制造方法，所述的单膜层LTCC内埋腔体结构由自下而上的腔底底层、腔壁层和腔膜层组成，其特征在于包括以下步骤:(1)在腔壁层的对应位置冲制出腔体；(2)应用叠片工艺对腔基底层和腔壁层进行层叠；(3)将叠好的腔基底层和腔壁层进行第一次层压处理；(4)单独对腔膜层对进行层压处理，此次层压的压强低于步骤(3)中的层压压强；(5)将第一次层压后的腔基底层和腔壁层与进行层压处理后的腔膜层进行层叠；(6)对步骤(5)制作的层叠基片进行层压处理；(7)应用LTCC共烧炉对步骤(6)进行合体层压处理后层叠基片再进行共烧处理；完成对单膜层LTCC内埋腔体结构的制造。其中，步骤(3)和步骤(4)中的层压处理均采用等静压技术。其中，步骤(6)中的层压处理均采用等轴压技术或者冷低压技术。其中，步骤(3)中的层压压强为3000psi至3500psi ;步骤(4)中的层压压强为1500psi 至 2500psi ο其中，步骤(6)中的层压压强与步骤(4)中的层压压强相同。本专利技术的优点是:本专利技术在单膜层内置腔的制造中不需要在腔体内添加牺牲层材料支撑膜层，也不需要针对所应用的LTCC基板对与之相匹配的牺牲层材料进行针对性研究。因此本专利技术提出的方法相比于目前的常规制作方法操作简单、耗时少、效率高、成本低。此外应用本专利技术制作LTCC结构的工艺中，烧结曲线不需要重新调整，保证了制造中的一致性。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术所针对的单膜层内置腔结构示意图；图2为现有的带腔LTCC基板的制作流程图；图3为本专利技术的工艺流程图。【具体实施方式】如图1所示，单膜层LTCC内埋腔体结构由自下而上的腔底底层1、腔壁层2和腔膜层3组成。实例中LTCC基板所使用的材料为8英寸的Ferro-A6M。实例中所制作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于单膜层LTCC内埋腔体结构的制造方法，所述的单膜层LTCC内埋腔体结构由自下而上的腔基底层（1）、腔壁层（2）和腔膜层（3）组成，其特征在于包括以下步骤：（1）在腔壁层的对应位置冲制出腔体；（2）应用叠片工艺对腔基底层和腔壁层进行层叠；（3）将叠好的腔基底层和腔壁层进行第一次层压处理；（4）单独对腔膜层对进行层压处理，此次层压的压强低于步骤（3）中的层压压强；（5）将第一次层压后的腔基底层和腔壁层与进行层压处理后的腔膜层进行层叠；（6）对步骤（5）制作的层叠基片进行层压处理；（7）应用LTCC共烧炉对步骤（6）进行合体层压处理后层叠基片再进行共烧处理；完成对单膜层LTCC内埋腔体结构的制造。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严英占，唐小平，卢会湘，党元兰，赵飞，李攀峰，冯子卉，武云超，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13