1.5
多层LCP基板制备工艺

随着微波通信行业的快速发展，双层微波电路由于体积过大、性能单一，已经无法满足现在的设计要求，因此高集成度的微波器件成为现今的发展主流。多层LCP基板能够通过层压的方式，将单层LCP基板叠加到一起，器件由二维方向向三维方向发展，增加电路布线层数，使电路设计更加灵活，解决线路的串扰和交叉等问题，既有利于实现电路性能指标，又可以达到缩小电路体积的目的。同时，可以将芯片埋置在多层LCP基板内，实现有源/无源系统的集成。多层LCP基板的相关参数如表1.5所示 ^[13] 。

多层LCP基板的制备采用挠性板工艺，本书以4层LCP基板的加工为例，其制作流程如下。

（1）本书设计的多层LCP电路板选用松下公司的LCP微波基板材料R-F705S进行层压，双面覆铜LCP基板基材的规格为18 μm（CU）-100 μm（LCP）-18 μm（CU），其主要性能指标如表1.6所示。首先将2块双面覆铜LCP基板均蚀刻为单面覆铜LCP基板，用作多层LCP电路板的外层电路，对另一块完整的双面覆铜LCP基板进行DES（显影、蚀刻和褪膜）加工以形成内层图形。为了提高产品结合力，对内层（2、3层）的双面覆铜LCP基板和外层（1、4层）的单面覆铜LCP基板进行等离子粗化处理，以增加接触面的粗糙度，方便下一步压合。

（2）多层LCP电路板的对位压合是制作的关键。压合时要进行镭射对位靶点制作，在内层板的短边上制作4个直径为0.5 mm的阴PAD，对应钻孔面图形做直径为3.0 mm的掏铜避位。由于设计的镭射盲孔是二阶孔，会经过黏合层，所以黏合层和基材同样做直径为3.0 mm的掏铜避位，同时做防错处理。压合时采用LCP专用的低损耗纯胶作为黏结片，为了和基板配合使用，LCP射频前端多层板黏合层选用松下公司的R-BM17低损耗纯胶，其性能参数如表1.7所示。

为探索最佳的压合条件，考虑基材R-F705S的剥离强度、熔化温度与R-BM17的剥离强度和玻璃化转变温度，对压合时关键的压力和温度进行多次尝试，得出最佳压合工艺示意图，如图1.10所示。

（3）对位压合之后，进行激光盲孔的制作。因为LCP基板对355 nm紫外波段具有很强的吸收性，因此利用YAG紫外激光进行激光钻孔。为了减小钻孔时产生的热量对LCP基板的损伤，采用峰值钻井技术和飞秒激光加工，钻孔后用等离子体进行清洗，去除孔内的残胶和激光钻孔产生的碳化杂质。图1.11所示为多层LCP基板中通孔和盲孔的切片图，从图中可以看出，采用机械加工的通孔为标准的圆柱形，而采用激光加工的盲孔则呈现倒梯形。所加工制作的通孔、盲孔精度高，表面光滑，无断裂和凸起等瑕疵，非常适用于多层LCP电路板的制作。

（4）盲孔制备完毕后，进行多层电路板外围电路的制作，为了更好地实现金丝键合工艺，在LCP多层板焊盘铜箔表面进行化金处理。为了进行芯片内埋，LCP多层板在各芯片相应位置处进行激光开腔处理，激光开腔的局部切片图如图1.12所示。从图中可以看出，和激光盲孔类似，激光开腔产生的腔体形状为倒梯形。线路与腔体外延的间距基本保持在100 μm左右。因开腔大小不同，腔体外延与腔体底部之间的间距大小不等，但是均可控制在50 μm以内。因此，为了避免开腔大小对贴片的影响，在开腔规范中要结合工艺水平进行相应尺寸说明。为了防止LCP基板对贴片带来的影响，在各腔体处做了补强。通过在4层板表层开腔将芯片置于腔体之内，进一步缩短芯片焊盘与板级焊盘之间键合线的长度，进而改善其传输特性。将芯片内埋于腔体之内，既可起到屏蔽作用，又可使芯片背面与第2层整片铜皮直接接触，在最大程度上改善芯片的散热问题。

多层LCP基板是单层LCP基板与黏结片采用层压的方式制作成的，增加了电路布线层数，并且采用金属过孔实现层间信号互连，使电路设计变得更加灵活。本课题通过与安捷利（番禺）电子实业有限公司进行合作，选用日本松下公司的RF-705S型双面覆铜LCP基板和R-BM17型黏结片加工了一种包含4层金属板、3层LCP介质层和2层黏合层的多层LCP基板，该基板总厚度为0.446 mm，通过UV激光钻孔技术实现了盲孔、埋孔和通孔。多层LCP基板的具体工艺叠构如图1.13（a）所示，基板层间金属过孔如图1.13（b）所示。

在多层LCP基板工艺中，黏结片起着至关重要的作用，既要做到固定上下两层基板，又要保证上下基板的电气属性导通，并且具有优异的射频特性，以减少在高频信号传输的过程中产生阻抗过大、不匹配及损耗高等影响 ^[14] 。本课题采用的R-BM17型黏结片的介电常数为2.18，介电损耗为0.0011，厚度仅为0.022 mm，非常适合作为高性能射频基板黏合层。