本技術(shù)屬于電子封裝領(lǐng)域，適合高頻、高速射頻組件多層電路互聯(lián)，具體涉及一種基于液態(tài)金屬的大深寬比玻璃通孔填充與密封方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天、汽車(chē)電子等領(lǐng)域的快速發(fā)展，未來(lái)射頻系統(tǒng)將部署在更高頻段以滿足其高性能、微型化、多樣化等發(fā)展需求。玻璃由于其具有優(yōu)異的高頻電學(xué)性能，正逐漸應(yīng)用于射頻系統(tǒng)封裝和射頻元件等領(lǐng)域。玻璃通孔(tgv)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多層層間電氣互聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)射頻系統(tǒng)高密度封裝的核心技術(shù)。填充是tgv技術(shù)中的關(guān)鍵一環(huán)，其通過(guò)填充導(dǎo)電材料使電流從通孔一端傳導(dǎo)到另一段，能夠保障射頻系統(tǒng)電氣性能和增強(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性?；瘜W(xué)/電鍍銅是目前最常用的tgv填充方法，然而這些方法在大深寬比tgv填充方面仍然面臨巨大挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)大深寬比tgv填充過(guò)程中容易產(chǎn)生空洞、凹陷等缺陷，影響互聯(lián)結(jié)構(gòu)的電氣和機(jī)械性能；(2)玻璃孔壁與金屬材料粘附性較差，填充界面容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致填充層卷曲甚至脫落；(3)銅材料因趨膚效應(yīng)顯著、介電常數(shù)及介質(zhì)損耗因子不理想等問(wèn)題難以滿足射頻系統(tǒng)高頻高速等方面的需求。因此，開(kāi)發(fā)新型的大深寬比tgv填充方法及裝置對(duì)于推動(dòng)高性能射頻系統(tǒng)微型化、多樣化具有重要意義。

2、液態(tài)金屬，如鎵基合金等，具有高導(dǎo)電性和低電阻率，能實(shí)現(xiàn)更高效的電流傳輸，降低信號(hào)傳輸損耗，提升射頻組件的信號(hào)傳輸質(zhì)量和效率，減少信號(hào)失真和衰減，更好地滿足高頻、高速信號(hào)傳輸需求。同時(shí)，液態(tài)金屬具有良好的流動(dòng)性，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)填充微小、復(fù)雜形狀、大深寬比tgv結(jié)構(gòu)，并確保填充均勻、界面緊密接觸，減小接觸電阻和信號(hào)反射，保證電氣連接可靠性。通過(guò)選擇不同液態(tài)金屬成分或合金配方，可在一定程度上調(diào)節(jié)其物理特性(如熱膨脹系數(shù)等)，可以更好地與玻璃基板及其他封裝材料相匹配，從而提高整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，減少因熱失配等因素引起的失效風(fēng)險(xiǎn)。此外，液態(tài)金屬具有高的導(dǎo)熱系數(shù)，可有效將芯片產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，提高射頻組件的散熱性能，降低芯片工作溫度，進(jìn)而提高芯片可靠性和使用壽命。

3、通過(guò)上述分析，液態(tài)金屬憑借其良好的流動(dòng)性、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能等優(yōu)勢(shì)，為高質(zhì)量、高性能大深寬比tgv填充提供一種新的思路和解決方案。但值得注意的是，液態(tài)金屬本身具有流動(dòng)性，還需要對(duì)tgv中填充的液態(tài)金屬進(jìn)行有效密封，以防止液態(tài)金屬?gòu)膖gv中溢出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于：針對(duì)目前傳統(tǒng)化學(xué)鍍銅和電鍍銅填充大深寬比tgv過(guò)程中容易產(chǎn)生空洞、凹陷等缺陷，玻璃孔壁和金屬銅之間的粘附性差，以及銅材料難以滿足未來(lái)射頻系統(tǒng)高頻高速傳輸需求，本技術(shù)提供了一種基于液態(tài)金屬的大深寬比玻璃通孔填充與密封方法及裝置。

2、本技術(shù)的方法主要包括基于噴墨3d打印的液態(tài)金屬填充大深寬比玻璃通孔、納米銀油墨固化密封以及填充與密封一體化裝置設(shè)計(jì)。相較于傳統(tǒng)tgv填充方法需先沉積種子層、再電鍍等復(fù)雜流程，噴墨3d打印可以利用噴頭尖端直接將填充材料按照設(shè)定好的路徑精準(zhǔn)地打印到tgv中，不僅簡(jiǎn)化了工藝流程，還可以實(shí)現(xiàn)小尺寸tgv的精度填充。同時(shí)噴墨3d打印允許多種不同材料復(fù)合打印的優(yōu)勢(shì)，采用納米銀油墨打印和光固化方法實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬在tgv中的密封。為進(jìn)一步確保液態(tài)金屬附著、鋪展在tgv內(nèi)壁，提升孔壁的浸潤(rùn)性，使用等離子體轟擊tgv內(nèi)壁或激光在tgv內(nèi)壁加工微納結(jié)構(gòu)。此外，利用本技術(shù)的裝置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)大深寬比tgv陣列的精準(zhǔn)填充與可靠密封。

3、本技術(shù)目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

4、一種基于液態(tài)金屬的大深寬比玻璃通孔填充與密封方法，包括如下步驟：

5、步驟一，準(zhǔn)備pdms襯底和具有玻璃通孔的玻璃基板，將熱釋放膠帶緊密貼合在玻璃基板與pdms襯底之間，然后放入熱封機(jī)中，熱釋放膠帶熔化形成熱釋放膠帶密封層，以將玻璃基板與pdms襯底粘接在一起；

6、步驟二，將納米銀油墨填入玻璃通孔的孔底，然后開(kāi)啟近紅外光源對(duì)納米銀油墨進(jìn)行光照固化，以在玻璃通孔孔底形成納米銀密封層；

7、步驟三，將液態(tài)金屬填入玻璃通孔的孔內(nèi)；

8、步驟四，將納米銀油墨填入玻璃通孔的孔口并填滿，然后開(kāi)啟近紅外光源對(duì)納米銀油墨進(jìn)行光照固化，以在玻璃通孔孔口形成納米銀密封層；

9、步驟五，將玻璃基板與pdms襯底進(jìn)行加熱分離。

10、進(jìn)一步的，通過(guò)x向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)、y向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)和z向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)控制納米銀油墨多噴頭模組移動(dòng)至玻璃通孔上方進(jìn)行填充或遠(yuǎn)離玻璃通孔；通過(guò)x向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)、y向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)和z向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)控制液態(tài)金屬多噴頭模組移動(dòng)至玻璃通孔上方進(jìn)行填充或遠(yuǎn)離玻璃通孔；通過(guò)x向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)和氣動(dòng)裝置控制近紅外光源移動(dòng)至玻璃通孔進(jìn)行光照固化或遠(yuǎn)離玻璃通孔；通過(guò)xyz精調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)控制玻璃通孔與多噴頭模組精準(zhǔn)對(duì)齊。

11、進(jìn)一步的，玻璃通孔為大深寬比陣列，采用飛秒激光誘導(dǎo)濕法刻蝕方法制備，并采用飛秒激光在tgv內(nèi)壁制備微納結(jié)構(gòu)，或采用等離子體轟擊tgv內(nèi)壁；液態(tài)金屬多噴頭模組和納米銀油墨多噴頭模組基于噴墨3d打印技術(shù)。

12、進(jìn)一步的，液態(tài)金屬為鎵基液態(tài)金屬合金，除鎵元素外，還包含銦、錫金屬元素。

13、進(jìn)一步的，步驟一中的溫度設(shè)置范圍為100～150℃，壓力保持時(shí)間范圍設(shè)置為10～20s。

14、進(jìn)一步的，步驟二、步驟三和步驟四中打印噴頭與玻璃基板的距離為1～5mm，納米銀油墨填充時(shí)噴射速度設(shè)置范圍為1～10m/s，噴射頻率設(shè)置范圍為1～10khz，液態(tài)金屬填充時(shí)噴射速度和噴射頻率低于納米銀油墨填充時(shí)的噴射速度和噴射頻率，環(huán)境溫度為100～150℃。

15、進(jìn)一步的，步驟二中近紅外光源位于玻璃基板正上方5～20cm，光源功率設(shè)置范圍為10～100w，光照時(shí)間設(shè)置范圍為1～10min。

16、進(jìn)一步的，步驟五中的加熱溫度和加熱時(shí)間分別設(shè)置為150～200℃和5～10min。

17、一種基于液態(tài)金屬的大深寬比玻璃通孔填充與密封裝置，包括機(jī)體，機(jī)體上設(shè)有xyz向粗調(diào)的液態(tài)金屬多噴頭模組和納米銀油墨多噴頭模組，機(jī)體上設(shè)有x粗調(diào)、y向伸縮的近紅外光源，機(jī)體上設(shè)有xyz向精調(diào)的載物臺(tái)。

18、進(jìn)一步的，機(jī)體內(nèi)設(shè)有xyz精調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)，xyz精調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)上設(shè)有具有加熱功能的載物臺(tái)，機(jī)體上設(shè)有x向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)，x向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)上設(shè)有y向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)和伸縮的氣動(dòng)裝置，y向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)上設(shè)有z向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)，z向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)上設(shè)有液態(tài)金屬多噴頭模組和納米銀油墨多噴頭模組，氣動(dòng)裝置上設(shè)有近紅外光源。

19、進(jìn)一步的，y向粗調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)上設(shè)有液態(tài)金屬儲(chǔ)液腔和納米銀油墨儲(chǔ)墨裝置，液態(tài)金屬儲(chǔ)液腔通過(guò)液態(tài)金屬導(dǎo)管與液態(tài)金屬多噴頭模組連通，納米銀油墨儲(chǔ)墨裝置通過(guò)納米銀油墨導(dǎo)管與納米銀油墨多噴頭模組連通，液態(tài)金屬多噴頭模組和納米銀油墨多噴頭模組上均設(shè)有ccd相機(jī)和打印噴頭。

20、本技術(shù)的有益效果：

21、(1)優(yōu)異的填充質(zhì)量。采用液態(tài)金屬作為大深寬比tgv的填充材料，其具有良好的流動(dòng)性，利用3d打印方法精準(zhǔn)定位，可以確保液態(tài)金屬順利流入并填充大深寬比tgv。液態(tài)金屬表面張力較低，同時(shí)使用等離子體轟擊tgv內(nèi)壁或激光在tgv內(nèi)壁加工微納結(jié)構(gòu)可提高玻璃孔壁的浸潤(rùn)性，即便是復(fù)雜形狀的tgv，填充的液態(tài)金屬仍然均勻分布，可避免產(chǎn)生空洞等缺陷產(chǎn)生，從而保證了填充的均勻性和完整性。

22、(2)互聯(lián)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的高頻、高頻電學(xué)特性。相較于傳統(tǒng)金屬銅材料，液態(tài)金屬具有更為優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可確保填充后的tgv能夠滿足高頻、高速信號(hào)傳輸需求。同時(shí)能夠與密封層材料形成緊密的電學(xué)接觸，可減少因接觸不良而產(chǎn)生的電信號(hào)波動(dòng)或中斷風(fēng)險(xiǎn)，提高互聯(lián)結(jié)構(gòu)的電學(xué)穩(wěn)定性和可靠性。

23、(3)優(yōu)異的散熱特性。液態(tài)金屬具有高的導(dǎo)熱系數(shù)，可以快速將熱量從芯片傳導(dǎo)至散熱部件和周?chē)h(huán)境，降低芯片工作溫度，進(jìn)而提高芯片服役可靠性和使用壽命。

24、(4)有效的密封結(jié)構(gòu)和密封工藝。液態(tài)金屬具有良好的流動(dòng)性，在液態(tài)金屬填充前后利用3d打印方法在大深寬比tgv中填充納米銀油墨，再結(jié)合光固化方法，在tgv兩端形成密封層，可有效防止液態(tài)金屬溢出，進(jìn)而保障互聯(lián)結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的電學(xué)性能。

25、(5)可靠的液態(tài)金屬填充與密封一體化裝置。設(shè)計(jì)了一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬填充以及納米銀油墨固化密封的一體化裝置，通過(guò)協(xié)同控制x/y/z粗調(diào)和精調(diào)運(yùn)動(dòng)位移臺(tái)、納米銀油墨多噴頭模組、液態(tài)金屬多噴頭模組和近紅外光源，可實(shí)現(xiàn)大深寬比tgv陣列結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量、高效率填充與密封。

26、前述本技術(shù)主方案及其各進(jìn)一步選擇方案可以自由組合以形成多個(gè)方案，均為本技術(shù)可采用并要求保護(hù)的方案；且本技術(shù)，(各非沖突選擇)選擇之間以及和其他選擇之間也可以自由組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本技術(shù)方案后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和公知常識(shí)可明了有多種組合，均為本技術(shù)所要保護(hù)的技術(shù)方案，在此不做窮舉。