太赫兹芯片倒桩焊背景下陶瓷薄膜导电过孔的焊料填充工艺制造技术

本发明专利技术涉及太赫兹芯片倒桩焊装配前的焊点导电过孔内如何填充焊料，属于高频电路封装技术领域。将本发明专利技术由两块布满通孔的陶瓷薄膜基板的组合实现焊料填充工艺，包括下基板固定方法、上基板对准及固定方法、正压焊料挤入法、上基板转移、焊料刮刷调平高度一致性；本发明专利技术通过借助于上基板掩膜的方法，将需要导电胶填充的过孔进行导电焊料填充，同时保证不需要导电胶污染的过孔的清洁度；使得借助于陶瓷薄膜作为倒桩焊接中间支撑层来实现的倒桩焊工艺得到实现；作为掩膜用途的上介质基板可通过酒精清洗进行重复利用，从而实现了低成本。

【技术实现步骤摘要】
太赫兹芯片倒桩焊背景下陶瓷薄膜导电过孔的焊料填充工艺
本专利技术涉及太赫兹芯片倒桩焊装配前的焊点导电过孔内如何填充焊料，属于高频电路封装

技术介绍
随着太赫兹成像技术在医疗、安检、空间观测等领域的广泛应用及发展，太赫兹焦平面成像系统越来越受到关注。一个成像系统得到高分辨率，多照片像素数量的照片，需要相对较长的堆积时间，从而降低了成像的效率。由于成像系统的阵列规模与成像堆积时间成反比关系，所以提高成像阵列单元规模可以直接使得系统成像速率的提升。由于太赫兹频率高，在频率为340GHz太赫兹成像芯片的单像素尺寸在0.9mmx0.9mm左右，可利用金丝楔焊装配。但是当阵列规模扩大到4X4以后，金丝楔焊已经无法满足高密度阵列布局的太赫兹成像芯片的封装需求。倒桩焊工艺是一种适合小尺寸阵列单元，高集成度的封装工艺。但是传统倒桩焊工艺是基于硅工艺实现的焊料凸点。而太赫兹焦平面成像系统的成像单元基于砷化镓工艺生产的肖特基二极管，不能利用硅工艺实现焊料凸点，并且砷化镓芯片上的肖特基势垒处有一个高于芯片平面5微米的气桥。所以需要一种倒桩焊的结构既可以实现砷化镓太赫兹芯片倒桩焊电路导通功能，又可以保护封装后肖特基二极管凸起的气桥结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出太赫兹芯片倒桩焊背景下陶瓷薄膜导电过孔的焊料填充工艺。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的太赫兹芯片倒桩焊背景下陶瓷薄膜导电过孔的焊料填充工艺，该工艺的步骤为：(1)将上基板的上表面的边缘粘贴蓝膜胶带形成预掩膜基板，下基板的上表面的边缘粘贴蓝膜胶带形成预填充焊料基板；所述的上基板上带有通孔，下基板上带有与上基板上的通孔坐标相匹配的通孔，下基板上还带有不与上基板的通孔相匹配的通孔；上基板的通孔部位没有粘贴蓝膜胶带，下基板的通孔部位没有粘贴蓝膜胶带；上基板和下基板均为陶瓷薄膜；(2)将上基板和下基板进行堆叠，堆叠时上基板和下基板上没有蓝膜胶带的面相接触，即上基板的下表面与下基板的下表面相接触，且上基板上的通孔与下基板上的通孔相匹配的相对准，即重叠在一起，上基板表面边缘上的蓝膜胶带与下基板表面边缘上的蓝膜胶带粘贴在一起，使上基板和下基板的相对位置不发生变化；(3)将导电胶按照体积比为1:1配置好后涂抹覆盖在上基板通孔上，利用无残留橡皮泥将导电胶在上基板上；无残留橡皮泥选用blutack；(4)将无针头的针筒插入无残留橡皮泥密封的空间内，对此空间进行压力负载，即借助针筒向无残留橡皮泥的密封空间内打入气体；(5)通过观察下基板上与上基板上的通孔相匹配的通孔中导电胶的流出情况，当确认上基板上的通孔中均有导电胶从下基板的通孔中流出时，将上基板表面边缘上的蓝膜胶带与下基板表面边缘上的蓝膜胶带分开，完成上基板和下基板导电过孔的焊料填充，即完成了陶瓷薄膜导电过孔的焊料填充。将本专利技术由两块布满通孔的陶瓷薄膜基板的组合实现焊料填充工艺，包括下基板固定方法、上基板对准及固定方法、正压焊料挤入法、上基板转移、焊料刮刷调平高度一致性；焊料填充前，两块陶瓷薄膜介质基板上下堆叠；其中下基板为倒桩焊后滞留在砷化镓芯片与电路介质基板之间的陶瓷薄膜介质基板，上基板为焊料填充掩膜作用而设置。有益效果本专利技术通过借助于上基板掩膜的方法，将需要导电胶填充的过孔进行导电焊料填充，同时保证不需要导电胶污染的过孔的清洁度；使得借助于陶瓷薄膜作为倒桩焊接中间支撑层来实现的倒桩焊工艺得到实现；作为掩膜用途的上介质基板可通过酒精清洗进行重复利用，从而实现了低成本。本专利技术既解决了传统倒桩焊工艺无法实现砷化镓介质基板形成倒桩焊接凸点的问题；又使通过陶瓷薄膜过孔形成的导电链接处具有一致性，使砷化镓芯片的太赫兹天线性能得到理想的统一，同时可以减小焊点对天线的计生效应影响；本专利技术的焊料填充过程简单，可操作性强，适合太赫兹阵列单元的大规模生产，并同时适合其他介质基板不适用于硅基实现倒桩焊凸点的介质进行倒桩焊接。借助在砷化镓基板与电路基板间放置薄膜陶瓷基板，可以实现对砷化镓芯片的支撑，并且利用陶瓷介质基板的过孔焊料填充，实现砷化镓芯片倒桩焊连接。由于肖特基二极管气桥位置同样需要过孔保护，但不能被导电焊料污染，就使得焊料填充需要对指定焊盘处通孔进行填充。200微米直径的通孔阵列，密布在4000X4000微米的薄膜基板上，有的需要导电焊料填充，有的不需要导电焊料填充，从而提高了三维立体封装的难度，并成为实现此工艺的一个瓶颈技术。本专利技术针对现有的砷化镓集成芯片垂直倒桩焊封装的需求条件，为实现焊料精确对制定通孔填充的特点，基于传统陶瓷薄膜工艺，提出了一种高效，低成本，导电焊料固化前可重复操作的焊料填充工艺。本专利技术在密集布满直径200微米通孔的微尺寸陶瓷介质基板上实现了，指定过孔被焊料填充，同时不需要焊料填充的过孔又不被焊料污染的工艺流程。薄膜陶瓷基板内填充的焊料，具有良好的导电一致性，同时防止低粘滞系数的未固化导电焊料流动性对芯片和电路板污染引起的短路失效，且使得固化后焊料有更少与空气接触的面积，提升系统的可靠性。砷化镓芯片倒桩焊封装在电路介质基板上，由传统倒桩焊的焊点对结构支撑转变为陶瓷薄膜基板提供主要结构支撑，从而提高倒桩焊系统结构的稳定性。附图说明图1为上基板的俯视结构示意图；图2为下基板的俯视结构示意图；图3为上基板与下基板的对准示意图；图4为上基板和下基板对准后并被蓝膜胶带固定好的焊料填充示意图。具体实施方式为了更好的说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例作为掩膜作用的上层陶瓷薄膜介质基板的过孔布局结构如图1所示，上层板外围整体尺寸为7000X7000微米，板上过孔直径均为200微米，板厚为254微米；过孔与过孔的最小间距大于一倍过孔直径，从而满足陶瓷薄膜的加工工艺准则。用于填充焊料并作为倒桩焊支撑层的下层陶瓷薄膜介质的过孔布局结构如图2所示，下层板外围整体尺寸及厚度与上层板相同。所述的下基板有48个通孔，其中32个通孔为4X4天线阵列中16个像素单元点各需要两个焊点的预导电焊料填充通孔，有16个通孔为保护凸起气桥的非导电中空通孔，所以通孔数量总和为48个；所述的上基板有32个通孔，一对一与下基板需要焊料填充点焊点坐标对应；所述的下基板先固定在一层蓝膜胶带A上，胶带上预先利用刀片做出小于下基板尺寸，但大于下基板通孔分布的正方形空洞。由此可以借助蓝膜胶带的无残留粘合特性固定下基板。所述上基板同样为硬质陶瓷薄膜介质基板，厚度与下基板相同，将其通过探针测试台上的显微镜与下基板对准，然后利用探针台上可微调移动的探针将上基板在下基板上的位置进行调整；将另一张蓝膜胶带B粘盖在蓝膜胶带A和上基板上，此时上基板已经被固定在A、B蓝膜胶带之间；蓝膜胶带的透明度，可以在显微镜下校验上下基板的对准情况；此蓝膜B尺寸可以与固定硬质陶瓷薄膜介质基板下板的蓝膜A尺寸相似，其作用是固定上下基板的上下相对位置，并且通过在蓝膜胶带B上利用手术刀片剥离覆盖上基板通孔位置的蓝膜胶带组织。所述固定好的上基板与下基板被蓝膜B与蓝膜A的粘连力一起紧密贴在一起并使得上下需要导电焊料填充的通孔在空间关系中形成垂直对准；此时将一比一比例混合好的导电胶涂刷到上基板上，要求导电胶均匀分布在上基板上本文档来自技高网...

【技术保护点】
太赫兹芯片倒桩焊背景下陶瓷薄膜导电过孔的焊料填充工艺，其特征在于该工艺的步骤为：(1)将上基板的上表面的边缘粘贴蓝膜胶带形成预掩膜基板，下基板的上表面的边缘粘贴蓝膜胶带形成预填充焊料基板；所述的上基板上带有通孔，下基板上带有与上基板上的通孔坐标相匹配的通孔，下基板上还带有不与上基板的通孔相匹配的通孔；上基板的通孔部位没有粘贴蓝膜胶带，下基板的通孔部位没有粘贴蓝膜胶带；上基板和下基板均为陶瓷薄膜；(2)将上基板和下基板进行堆叠，堆叠时上基板和下基板上没有蓝膜胶带的面相接触，且上基板上的通孔与下基板上的通孔相匹配的相对准，上基板表面边缘上的蓝膜胶带与下基板表面边缘上的蓝膜胶带粘贴在一起，使上基板和下基板的相对位置不发生变化；(3)将导电胶配置好后涂抹覆盖在上基板通孔上，利用无残留橡皮泥将导电胶在上基板上；(4)将无针头的针筒插入无残留橡皮泥密封的空间内，对此空间进行压力负载，即借助针筒向无残留橡皮泥的密封空间内打入气体；(5)通过观察下基板上与上基板上的通孔相匹配的通孔中导电胶的流出情况，当确认上基板上的通孔中均有导电胶从下基板的通孔中流出时，将上基板表面边缘上的蓝膜胶带与下基板表面边缘上的蓝膜胶带分开，完成了陶瓷薄膜导电过孔的焊料填充。...

【技术特征摘要】
1.太赫兹芯片倒桩焊背景下陶瓷薄膜导电过孔的焊料填充工艺，其特征在于该工艺的步骤为：(1)将上基板的上表面的边缘粘贴蓝膜胶带形成预掩膜基板，下基板的上表面的边缘粘贴蓝膜胶带形成预填充焊料基板；所述的上基板上带有通孔，下基板上带有与上基板上的通孔坐标相匹配的通孔，下基板上还带有不与上基板的通孔相匹配的通孔；上基板的通孔部位没有粘贴蓝膜胶带，下基板的通孔部位没有粘贴蓝膜胶带；上基板和下基板均为陶瓷薄膜；(2)将上基板和下基板进行堆叠，堆叠时上基板和下基板上没有蓝膜胶带的面相接触，且上基板上的通孔与下基板上的通孔相匹配的相对准，上基板表面边缘上的蓝膜胶带与下基板表面边缘上的蓝膜胶带粘贴在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝海东，吕昕，唐贞，徐文生，成立峰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11