[发明专利]陶瓷基板及其制备方法、微波器件及其封装外壳结构

说明书

一种陶瓷基板及其制备方法、微波器件及其封装外壳结构。陶瓷基板制备方法包括：采用HTCC工艺制备信号屏蔽通孔被导体材料填充的陶瓷板材，将陶瓷板材研磨至设定厚度作为陶瓷基板，在陶瓷基板上打孔作为信号传输通孔；在陶瓷基板上依次溅射钛层和钯层；然后遮挡预设的吸氢区，未遮挡区域为蚀刻区；在蚀刻区镀铜直至铜导体填充信号传输通孔，然后在镀设的铜层上采用电镀或者溅射的方式依次形成镍层和金层。本发明中在陶瓷基板上预留了仅附着有钛层和钯层的吸氢区，如此可通过钛与氢反应实现自主吸氢，避免氢元素腐蚀元件。本发明避免了烘烤氢及外贴吸氢剂的不良。

技术领域

本发明涉及微波壳体领域，尤其涉及一种陶瓷基板及其制备方法、微波器件及其封装外壳结构。

背景技术

砷化镓芯片作为三代半导体，用该类芯片封装的微波器件作为固态有源相控阵雷达的核心部件，其体积、重量等结构指标对其在相控阵雷达的应用有重要的影响，尤其是在机载、星载雷达中应用的微波器件，其体积、重量更是直接受到装备载荷能力的制约。业内前期采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术来制作高密度微波一体化基板，并在基板的四周焊接金属框以起到机械防护、电磁屏蔽和气密封装的作用，但该方案中需要用大量的金作为导体和表面焊接层，成本高价格昂贵，且低温共烧陶瓷的热导率低。随着砷化镓电路的微波器件用量逐渐加大，成本问题、芯片散热问题、氢中毒问题已很大程度制约了该LTCC方案进一步批量推广应用。

针对砷化镓电路氢中毒的问题，业内采用外壳烘烤排氢，或者外贴吸氢剂的方式进行解决。但是，前者增加了工艺，烘烤排氢需要将外壳置于真空度高的真空设备中长时间高温下储存烘烤(一般条件为250℃、48h),且高温烘烤容易导致外壳镀层间互扩散，如外壳镀镍层在长时间的烘烤过程中存在扩散到镀金层表面影响外壳可焊性的风险；后者增加了部件，使得外壳壳体内部元器件有效封装密度降低，且提升了散热难度，也提高了成本。

针对LTCC原料需求量大，成本高的问题，目前业内提出了高温共烧陶瓷（HTCC）技术来制作氮化铝陶瓷基板，以降低对金等珍稀金属的需求。HTCC工艺流程为：流延生瓷带——切割瓷带形成瓷片——在瓷片上打孔并灌入金属浆料，得到金属瓷片——将金属瓷片层叠压制成型后高温烧结，从而得到高温共烧的金属陶瓷。HTCC工艺中，在不同瓷片上相对应的打孔位置必须一致，保证金属瓷片层叠后金属的位置重合。

单纯的HTCC工艺制造氮化铝陶瓷基板对工艺水平要求高，尤其是陶瓷烧结工艺温度一般在1300℃以上，而目前最常用的导体材料铜的熔点温度仅1083℃，较陶瓷材料低，因此无法通过高温共烧工艺在陶瓷基板上设置铜导体；由于钨(4.5x10^-6/℃)与氮化铝陶瓷(4.6x10^-6/℃)的热膨胀系数接近且熔点达3410℃，常规HTCC工艺中一般采用钨作为导体，但钨的电阻率为5.51 X10-8/Ω.m，其电阻率是金导体的2.3倍，是铜导体的3.2倍。显然，相较于金、铜，可以在HTCC工艺中使用的钨导体材料却又无法满足射频信号的导电率要求。且瓷片打孔层叠过程中，也难以保证导体材料的同心度，进一步降低了导体的导电率。

陶瓷基板的另一种制备方法是DPC工艺，工艺流程为：烧制陶瓷板材——在陶瓷板材上打孔——溅射金属实现陶瓷板材表层金属化——在表面金属化的陶瓷板材上电镀铜直至孔被铜导体填充。

陶瓷板材上的孔包括信号传输通孔和信号屏蔽通孔，信号传输通孔用于容纳信号传输导体，信号屏蔽通孔用于容纳屏蔽金属件，以屏蔽信号传输导体可能受到的信号干扰。一般为了保证信号屏蔽效果，每一个信号传输通孔外周需要设置一圈信号屏蔽通孔，且信号屏蔽通孔密度越高，屏蔽效果越好。传统的DPC技术无法实现高密度的信号屏蔽通孔制造，高密度打孔容易造成陶瓷开裂，且在对陶瓷基体镀铜填充信号屏蔽通孔时，由于铜(16.5x10^-6/℃)和氮化铝陶瓷(4.6x10^-6/℃)的膨胀系数相差大也容易导致信号屏蔽通孔之间的陶瓷发生开裂。

发明内容