一种多层陶瓷基板双面复杂腔体的成型方法与流程

本发明涉及多层陶瓷基板的制作工艺技术领域，具体涉及到一种多层陶瓷基板双面复杂腔体的成型方法。

背景技术：

多层共烧陶瓷电路基板由于具有高集成密度、良好的可靠度、高频性能优异等特点，在航空、航天、通信、汽车电子等领域获得广泛应用。复杂腔体制作是多层共烧陶瓷电路基板实现高密度集成的主要步骤，同时也是基板工艺制作的难点之一，尤其是双面复杂腔体的加工成型。

目前双面腔体的制作方法多采用硅胶填充保护的方式实现，在叠层好的生瓷腔体中直接填充硅胶，然后一起真空包装和层压，这种方法是在各层生瓷之间没有紧密结合的状态下进行，手工填充效率低，尤其是双面填充时，也容易导致生瓷错位或填充物错位，使得产品报废。

庞学满等人发明了半流动软硅胶填充上层腔体结合整体硬质硅橡胶凸模填充底层腔体的方式制作多层陶瓷双面腔体，但该技术存在如下问题：

1）底面腔体中填充的硬质硅橡胶凸模与陶瓷片的材质不同，两者在层压过程中的压缩率不相同，使得压缩同步性具有一定差异，加上由于是一次层压，使得在层压过程中硬质硅橡胶凸模不能够很好的与底面腔体的内壁完美接触，使得腔体的内部受力不均衡，容易导致底面腔体的底部不平整。这种情况在底面腔体较深时表现的尤为突出，从而影响高密度集成时元器件的可组装性；

2）由于底部的凸模是一个整体的硅橡胶，上层存在上层腔体，使得上层的厚度分布不均匀，这样使得上层的陶瓷基板的各个位置的刚度相差较大，层压时压力较大，这样层压时生瓷的背面不能获得很好的刚性支撑，容易导致基板整体弯曲或发生延展现象出现平面尺寸的变化，从而降低基板整体平整度和烧结收缩率的控制精度，这种情况在加工版面较大产品时表现的尤为突出。

从现有技术中可看出，在使用层压机进行层压时，陶瓷基板的底部与层压机接触的部分需要使用硬质材料保持受力稳定性，因此庞学满等人发明的方法也是在底部设置硬质的硅橡胶凸模，然后上面的腔体通过软硅胶来传到压力使上面的腔体保持固定的形状。

从现有技术中还可以看出，目前对陶瓷基板的双面腔体成型均是采用整体时进行的，即对整个陶瓷基板进行处理构建成型腔体，并未有分割成单独的模块进行处理的成型方式。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多层陶瓷基板双面复杂腔体的成型方法。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种多层陶瓷基板双面复杂腔体的成型方法，多层陶瓷基板包括若干单层陶瓷基板，多层陶瓷基板具有上面腔体和底面腔体，单层陶瓷基板中包括构成上面腔体的多个上层陶瓷基板，包括构成下层腔体的多个下层陶瓷基板；双面复杂腔体的成型方法包括以下步骤：

（1）、将多个上层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层；然后预层压获得上层陶瓷基板预压件；

（2）、将多个下层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层；然后预层压获得下层陶瓷基板预压件；

（3）、将上层陶瓷基板预压件和下层陶瓷基板预压件叠合，在下层陶瓷基板预压件的下层腔体内装入与下层腔体形状对应的硬质填充块，在上层陶瓷基板上设置隔离层和软质填充层，经过终层压后取出硬质填充块。

优选的，隔离层为离型膜，硬质背板层为硬质金属背板，软质填充层为具有流动性的软质硅胶，硬质填充块为高硬度的硅胶填充块。

优选的，预层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为1000psi~2000psi。

优选的，终层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为2800psi~3200psi。

优选的，预层压和终层压前包括使用真空袋进行真空处理的步骤。

优选的，多层陶瓷基板的每个单层陶瓷基板上开设有对应的定位孔，陶瓷基板通过将定位销插入定位孔内实现固定和对位。

优选的，单层陶瓷基板上印刷有导体。

一种多层陶瓷基板双面复杂腔体的成型方法，多层陶瓷基板包括若干单层陶瓷基板，多层陶瓷基板具有上面腔体和底面腔体，单层陶瓷基板中包括构成上面腔体的多个上层陶瓷基板，包括构成下层腔体的多个下层陶瓷基板；其中双面复杂腔体的成型方法包括以下步骤：

（1）、在每个单层陶瓷基板上打对应的孔作为用于对位和固定的定位孔；

（2）、通过定位孔和定位销的配合，将多个上层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层，再置于真空袋内抽真空；然后预层压获得上层陶瓷基板预压件；预层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为1000psi~2000psi；

（3）、通过定位孔和定位销的配合，将多个下层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层，再置于真空袋内抽真空；然后预层压获得下层陶瓷基板预压件；预层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为1000psi~2000psi；

（4）、将上层陶瓷基板预压件和下层陶瓷基板预压件叠合，终层压前先在下层陶瓷基板预压件的下层腔体内装入与下层腔体形状对应的硬质填充块，在上层陶瓷基板上设置隔离层和软质填充层；终层压完成后取出硬质填充块；终层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为2800psi~3200psi。

一种多层陶瓷基板的制造方法，包括在多层陶瓷基板上构建双面复杂腔体的步骤；多层陶瓷基板包括若干单层陶瓷基板，多层陶瓷基板具有上面腔体和底面腔体，单层陶瓷基板中包括构成上面腔体的多个上层陶瓷基板，包括构成下层腔体的多个下层陶瓷基板；双面复杂腔体的成型方法包括以下步骤：

（1）、将多个上层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层；然后预层压获得上层陶瓷基板预压件；

（2）、将多个下层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层；然后预层压获得下层陶瓷基板预压件；

（3）、将上层陶瓷基板预压件和下层陶瓷基板预压件叠合，在下层陶瓷基板预压件的下层腔体内装入与下层腔体形状对应的硬质填充块，在上层陶瓷基板上设置隔离层和软质填充层，经过终层压后取出硬质填充块。

优选的，多层陶瓷基板的制造方法还包括在单层陶瓷基板上进行打孔、填孔、印刷导体和制作腔体的步骤。

综上所述，本发明具有以下优点：

本发明将陶瓷基板划分为两个含有单面腔体的子模块后，分别对上层陶瓷基板和下层陶瓷基板进行层压处理，处理后再叠合层压得到双面腔体，能够使底面腔体的内部更加平整，基板整体不会出现弯曲，大大提高了产品的集成度和精度，更能够便于组装。

附图说明

图1为本发明一个实施例中具有双面复杂腔体的多层陶瓷基板示意图；

图2为本发明一个实施例中上层陶瓷基板层压结构示意图；

图3为本发明一个实施例中下层陶瓷基板层压结构示意图；

图4为本发明一个实施例中上层陶瓷基板和下层陶瓷基板叠加后层压的示意图。

其中，1、上面腔体；2、底面腔体；3、上层陶瓷基板；4、下层陶瓷基板；5、隔离层；6、硬质背板层；7、软质填充层；8、硬质填充块；9、定位销。

具体实施方式

本发明提供了一种多层陶瓷基板双面复杂腔体的成型方法，该方法适用于两个面上均具有腔体的多层陶瓷基板，本发明所说的双面复杂腔体可以是指两个面均具有腔体，本文所说的复杂腔体并非针对具体复杂程度的腔体，即并未对腔体的形状、构造以及数量进行限制。

多层陶瓷基板包括若干单层陶瓷基板，即多层陶瓷基板是由多个单层陶瓷基板一层一层叠加形成的。因此多层陶瓷基板的腔体形状和深度等完全是由单层陶瓷基板决定的。一般地，首先根据多层陶瓷基板的腔体形状和尺寸预先设计单层陶瓷基板的腔体位置和各个尺寸的大小，使其组合后能够形成多层陶瓷基板的对应腔体。

多层陶瓷基板具有上面腔体1和底面腔体2，单层陶瓷基板中包括构成上面腔体的多个上层陶瓷基板，包括构成下层腔体的多个下层陶瓷基板；上层陶瓷基板3和下层陶瓷基板4可以组合叠加构成整个多层陶瓷基板。

本发明的双面复杂腔体的成型方法包括以下步骤：

（1）、参考图2，将多个上层陶瓷基板和下层陶瓷基板分开作为两个子模块。将多个上层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层5和软质填充层7；然后预层压获得上层陶瓷基板预压件；预层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为1000psi~2000psi。

（2）、参考图3，将多个下层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层5和硬质背板层6，在其上部铺设隔离层和软质填充层7；然后预层压获得下层陶瓷基板预压件；预层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为1000psi~2000psi。

（3）、参考图4，将上层陶瓷基板预压件和下层陶瓷基板预压件叠合，在下层陶瓷基板预压件的下层腔体内装入与下层腔体形状对应的硬质填充块8，在上层陶瓷基板上设置隔离层和软质填充层，经过终层压后取出硬质填充块；终层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为2800psi~3200psi。

本发明在预层压过程中处理上层陶瓷基板和下层陶瓷基板时，所说的上层陶瓷基板的底部或者下层陶瓷基板的底部是指不含有腔体开口的一面，该底部是平整的，没有设置腔体。所说的上部是指陶瓷基板中含有腔体开口的一面，该上部是具有凹槽的部分，设置有腔体。

本发明中为了能够便于划分位于中间部位的单层陶瓷基板为上层陶瓷基板或者下层陶瓷基板，可以以图4中虚线位置进行划分，在实际划分选择时，可以以三条虚线中任意一处作为划分，也可以以其他部位作为划分处。

本发明的优化实施例中，隔离层为离型膜，硬质背板层为硬质金属背板，软质填充层为具有流动性的软质硅胶，硬质填充块为高硬度的硅胶填充块。

本发明的优化实施例中，在使用层压机进行处理时，需要预先将带处理的陶瓷基板使用真空袋包装，然后抽真空后形成真空环境后再使用层压机处理。

本发明的优化实施例中提供了本发明每个单层陶瓷基板的对位和固定方式：即可以在多层陶瓷基板的每个单层陶瓷基板上开设有对应的定位孔，陶瓷基板通过将定位销9插入定位孔内实现固定和对位；此外，定位销还可以插入或者通过其他方式固定在硬质背板层上。

本发明的优化实施例中，单层陶瓷基板上印刷有导体。

本发明提供了一种多层陶瓷基板双面复杂腔体的成型方法，多层陶瓷基板包括若干单层陶瓷基板，多层陶瓷基板具有上面腔体和底面腔体，单层陶瓷基板中包括构成上面腔体的多个上层陶瓷基板，包括构成下层腔体的多个下层陶瓷基板；双面复杂腔体的成型方法包括以下步骤：

（1）、在每个单层陶瓷基板上打对应的孔作为用于对位和固定的定位孔；

（2）、通过定位孔和定位销的配合，将多个上层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层，再置于真空袋内抽真空；然后预层压获得上层陶瓷基板预压件；预层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为1000psi~2000psi；

（3）、通过定位孔和定位销的配合，将多个下层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层，再置于真空袋内抽真空；然后预层压获得下层陶瓷基板预压件；预层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为1000psi~2000psi；

（4）、将上层陶瓷基板预压件和下层陶瓷基板预压件叠合，终层压前先在下层陶瓷基板预压件的下层腔体内装入与下层腔体形状对应的硬质填充块，在上层陶瓷基板上设置隔离层和软质填充层；终层压完成后取出硬质填充块；终层压的工作温度为65℃~75℃，工作压力为2800psi~3200psi。

基于上述双面复杂腔体的成型方法，本发明还公开了一种多层陶瓷基板的制造方法，包括在多层陶瓷基板上构建双面复杂腔体的步骤；多层陶瓷基板包括若干单层陶瓷基板，多层陶瓷基板具有上面腔体和底面腔体，单层陶瓷基板中包括构成上面腔体的多个上层陶瓷基板，包括构成下层腔体的多个下层陶瓷基板；双面复杂腔体的成型方法包括以下步骤：

（1）、将多个上层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层；然后预层压获得上层陶瓷基板预压件；

（2）、将多个下层陶瓷基板固定，并在其底部依次设置隔离层和硬质背板层，在其上部铺设隔离层和软质填充层；然后预层压获得下层陶瓷基板预压件；

（3）、将上层陶瓷基板预压件和下层陶瓷基板预压件叠合，在下层陶瓷基板预压件的下层腔体内装入与下层腔体形状对应的硬质填充块，在上层陶瓷基板上设置隔离层和软质填充层，经过终层压后取出硬质填充块。

本发明的软质填充层优选可以为按重量计的液态硅胶a20份、液态硅胶b30份以及羧甲基纤维素钠5份、左旋苹果酸3份的混合物经过70℃烘烤形成的凝胶体。其中加入羧甲基纤维素钠和苹果酸的作用在于减少凝胶化反应时间。在使用凝胶化时间测试仪测试时，以只含有液态硅胶a和b的为对照组，两个实验组分别加入羧甲基纤维素钠和苹果酸，经过验证后实验组与对照组相比凝胶化时间分别降低了10%和6%，说明羧甲基纤维素钠和苹果酸具有一定的促进加快凝胶化反应的作用。此外，为了进一步加强硅胶凝胶的机械强度，在上述混合物的基础上再加入紫苏油5份以及丙二醇脂肪酸酯3份后可以用于提高拉伸强度。具体的，在使用拉伸强度测试仪测试后，在单独加入紫苏油后能够提高6%~7%的拉伸强度，单独加入丙二醇脂肪酸酯后能够提高10%左右的拉伸强度，时软质填充层凝胶体具有更好的机械性能。

本发明的优化实施例中，还包括在单层陶瓷基板上进行打孔、填孔、印刷导体和制作腔体的步骤。

本发明将直接一次性层压的多层陶瓷基板分成三次进行层压，即一次对上面腔体部分的层压，一次对底面腔体部分的层压，最后将两者结合起来的一次层压。前面两次层压的厚度相对终层压减少较多；同时两次层压也是对两面的腔体的单独作用。相比一次性层压的底面腔体需要使用硬质硅橡胶来进行填充，本发明的双面腔体都是分别使用软质的硅胶材料进行填充，这样使得在层压时软质硅胶能够流动充满腔体，同时软质硅胶能够与腔体内壁完美接触，使得腔体的底面受力均衡，不会出现底面不平整的现象。

进一步的，由于前面两次层压过程中腔体内不会填充硬质的硅橡胶凸模，腔体内填充的是软质材料的硅胶，腔体的底部是使用硬质背板层来使腔体下壁与层压机接触的部分是硬质背板层，这样使得上层陶瓷基板和下层陶瓷基板的下部受力稳定均衡，使得腔体较薄处不易出现弯曲或者因受力不均发生延展等现象。相比之下，庞学满的硬质硅橡胶凸模不是一个整板，而是具有多个凸起的凸模，这样在受力时容易使凸模嵌入陶瓷腔体内部的部分与腔体接触不良或者受力不均衡，容易在上层陶瓷基板和下层陶瓷基板的腔体中间最薄处形成弯曲。

综上所述，本发明在预层压过程中腔体内均是使用软质材料进行填充，预层压的压力小于终层压压力，使得腔体的形状预先得到保护，在终层压的步骤中腔体的形状不易发生变化，也不易受到影响。特别是与硬质凸模接触的腔体部分不易受到影响。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。