一种内嵌微流道的LTCC基板测试方法和装置

摘要

本发明公开了一种内嵌微流道的LTCC基板测试方法和装置，该方法包括对LTCC基板样品进行初步检测；对通过初步检测的LTCC基板样品分别进行低温贮存测试、高温贮存测试和高低温循环测试，并对每次测试后的LTCC基板样品进行检测。该方法和装置对内嵌微流道的LTCC基板进行了低温贮存、高温贮存、温度循环等系列环境科目测试，检测内嵌微流道LTCC基板的质量无损和结构完整性，得出其在地面模拟使用环境中是否可靠的定性结论。

权利要求

1.一种内嵌微流道的LTCC基板测试方法,其特征在于，所述方法包括：对LTCC基板样品进行初步检测；

对通过初步检测的LTCC基板样品分别进行低温贮存测试、高温贮存测试和高低温循环测试，并对每次测试后的LTCC基板样品进行检测；

对所述LTCC基板样品进行的高低温循环测试的循环次数为5～15次；每次高温或者低温的保持时间为25min～35min；所述高低温循环测试之后恢复1.5～2.5小时后再对测试后的LTCC基板样品进行检测；

其中，初步检测的项目包括所述LTCC基板样品的微流道内部结构是否完整，和/或是否存在裂痕和塌陷，和/或是否存在机械损伤；

对所述LTCC基板样品进行的低温贮存测试的测试温度为-55℃～-40℃；对所述LTCC基板样品进行的高温贮存测试的测试温度为85℃～125℃；所述低温贮存测试、高温贮存测试的贮存时间均为20～28小时。

2.如权利要求1所述的内嵌微流道的LTCC基板测试方法，其特征在于，对LTCC基板样品的初步检测和每次测试后的检测都采用超声显微镜或金相显微镜。

3.一种内嵌微流道的LTCC基板测试装置，其特征在于，所述装置包括：检测单元，用于对LTCC基板样品进行初步检测并对各项测试后的LTCC基板样品进行检测；

低温贮存测试单元，用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行低温贮存测试；

高温贮存测试单元，用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行高温贮存测试；

高低温循环测试单元，用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行高低温循环测试；

对所述LTCC基板样品进行的高低温循环测试的循环次数为5～15次；每次高温或者低温的保持时间为25min～35min；所述高低温循环测试之后恢复1.5～2.5小时后再对测试后的LTCC基板样品进行检测；

所述检测单元用于检测所述LTCC基板样品的微流道内部结构是否完整，和/或是否存在裂痕和塌陷，和/或是否存在机械损伤；

所述低温贮存测试单元用于对所述LTCC基板样品进行温度为-55℃～-40℃、贮存时间为20～28小时的低温贮存测试；所述高温贮存测试单元用于对所述LTCC基板样品进行温度为85℃～125℃、贮存时间为20～28小时的高温贮存测试。

4.如权利要求3所述的内嵌微流道的LTCC基板测试装置，其特征在于，所述检测单元中对所述LTCC基板样品进行检测采用超声显微成像或金相显微成像。

说明书

一种内嵌微流道的LTCC基板测试方法和装置

技术领域

[0001] 本发明属于测试领域，具体涉及一种内嵌微流道的LTCC基板测试方法和装置。

背景技术

[0002] 微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成器件，尺寸通常在毫米或微米级，这种器件由于体积小、质量轻等特点在航空等重要领域得到广泛应用，因此MEMS器件的可靠性和耐用性尤为重要，直接决定了MEMS器件的工作质量和寿命；在高温下,交变机械负载而产生失效的情况在微机电系统经常发生，尤其是那些具有由低熔点材料制成的微小可动结构。MEMS质量和寿命的影响因素很多，低温共烧陶瓷(LTCC，low temperature co-fired ceramic)作为MEMS及射频应用的封装基板材料，在其影响因素中占了很大比重，它的可靠性对也直接决定了MEMS的性能。

[0003] 内嵌微流道是根据LTCC基板的特性，在陶瓷热压形状变化比较小的基础上，开发的主要用于基板散热的微型结构，它的散热原理是在微流道中通入具有一定性质的冷却液，在特定流速和压强下把芯片所产生的热量快速带走，使其不会因为基板过热而影响芯片的各种性能。根据目前国内LTCC生产厂家的技术指标，内嵌微流道的主要特征尺寸参数为200μm左右，在LTCC基板中加工宽度大于200μm的腔体工艺存在加工难度大、腔体壁面变形与坍塌等系列问题，高温、低温以及温差较大的环境对LTCC基板都具有较大影响，如果LTCC基板的环境适应性不满足要求，微流道的腔体壁面出现变形与坍塌，那么使用该LTCC基板封装的电子产品的质量和寿命也必然会受影响。因此，烧结后的LTCC基板必须进行测试，对内嵌微流道的完整性进行检测，验证基板的连接性，以保证产品的可靠性。

发明内容

[0004] 本发明为了测试LTCC基板的环境适应性，提供一种内嵌微流道的LTCC基板测试方法和装置，对烧结后的LTCC基板进行环境温度测试，验证基板的可靠性。

[0005] 根据本发明的第一个方面，本发明提供的技术方案如下：一种内嵌微流道的LTCC基板测试方法，包括：

[0006] 对LTCC基板样品进行初步检测；

[0007] 对通过初步检测的LTCC基板样品分别进行低温贮存测试、高温贮存测试和高低温循环测试，并对每次测试后的LTCC基板样品进行检测。

[0008] 在一较优的实施例中，对LTCC基板样品的初步检测和每次测试后的检测都采用超声显微镜或金相显微镜。

[0009] 在一较优的实施例中，初步检测的项目包括所述LTCC基板样品的微流道内部结构是否完整，是否存在裂痕和塌陷、是否存在机械损伤。

[0010] 在一较优的实施例中，对所述LTCC基板样品进行的低温贮存测试的测试温度为-55℃～-40℃；对所述LTCC基板样品进行的高温贮存测试的测试温度为85℃～125℃；所述低温贮存测试、高温贮存测试的贮存时间均为20～28小时。

[0011] 在一较优的实施例中，对所述LTCC基板样品进行的高低温循环测试的循环次数为5～15次；对所述LTCC基板样品进行的高低温循环测试中每次高温或者低温的保持时间为
25min～35min；所述高低温循环测试之后恢复1.5～2.5小时后再对测试后的LTCC基板样品进行检测。

[0012] 根据本发明的第二个方面，本发明提供的技术方案如下：一种内嵌微流道的LTCC基板测试装置，所述装置包括：

[0013] 检测单元，用于对LTCC基板样品进行初步检测并对各项测试后的LTCC基板样品进行检测；

[0014] 低温贮存测试单元，用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行低温贮存测试；

[0015] 高温贮存测试单元，用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行高温贮存测试；

[0016] 高低温循环测试单元，用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行高低温循环测试。

[0017] 在一较优的实施例中，所述检测单元中对所述LTCC基板样品进行检测采用超声显微成像或金相显微成像。

[0018] 在一较优的实施例中，所述检测单元用于检测所述LTCC基板样品的微流道内部结构是否完整，和/或是否存在裂痕和塌陷，和/或是否存在机械损伤。

[0019] 在一较优的实施例中，所述低温贮存测试单元用于对所述LTCC基板样品进行温度为-55℃～-40℃、贮存时间为20～28小时的低温贮存测试；所述高温贮存测试单元用于对所述LTCC基板样品进行温度为85℃～125℃、贮存时间为20～28小时的高温贮存测试。

[0020] 在一较优的实施例中，所述高低温循环测试单元用于对所述LTCC基板样品进行循环次数为5～15次且每次高温或者低温的保持时间为25min～35min的高低温循环测试；所述高低温循环测试之后的恢复时间为1.5～2.5小时。

[0021] 本发明的有益效果是：本发明内嵌微流道的LTCC基板测试方法为了验证LTCC基板对使用环境的要求，对内嵌微流道的LTCC基板进行了低温贮存、高温贮存、温度循环等系列环境科目测试，检测内嵌微流道LTCC基板的质量无损和结构完整性，得出其在地面模拟使用环境中是否可靠的定性结论。

[0022] 该方法在低温贮存测试、高温贮存测试及高低温循环测试时优选的极端测试温度是为了满足国军标所要求的电子元器件的温度使用范围而设定的，如果其能够通过设定的极端测试温度的测试，那么就能在更加极端的温度条件下工作，可用范围更加广泛。这几项测试都是通过长时间的温度变化环境试验，以确定产品能在很大范围的变化的温度环境中是否能够保持结构完整性的，测试方法及使用的设备都较为简单，测试的可靠性较高。

附图说明

[0023] 图1为本发明内嵌微流道的LTCC基板测试方法实施例一的流程图；

[0024] 图2为本发明内嵌微流道的LTCC基板测试方法实施例二的流程图；

[0025] 图3为本发明内嵌微流道的LTCC基板测试装置实施例的原理图；

[0026] 图4a、图4b分别为本发明4种不同流道宽度的微流道LTCC基板低温贮存测试前、后超声显微示意图；

[0027] 图5a、图5b分别为本发明4种不同流道宽度的微流道LTCC基板高温贮存测试前、后超声显微示意图；

[0028] 图6a、图6b分别为本发明4种不同流道宽度的微流道LTCC基板高低温循环测试前、后超声显微示意图。

具体实施方式

[0029] 下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本发明公开内容更清楚透彻的理解，然而本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

[0030] 此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

[0031] 在本发明实施例中，本发明对环境温度进行模拟，然后将初步检测合格的LTCC基板样品在模拟温度环境中进行测试，检测LTCC基板的微流道结构的完整性和是都有裂痕或损伤，验证LTCC基板是否合格，以下结合具体的附图和实施例进行说明。

[0032] 请参考图1，本发明公开了一种内嵌微流道的LTCC基板测试方法的实施例，包括：

[0033] S1：对LTCC基板样品进行初步检测；

[0034] S2：对通过初步检测的LTCC基板样品分别进行低温贮存测试、高温贮存测试和高低温循环测试，并对每次测试后的LTCC基板样品进行检测。

[0035] 进一步优选的，本发明提供的测试方法的另一种实施例如图2所示，由图可知，该方法包括步骤S11～S14，具体如下：

[0036] 步骤S11：利用超声显微镜或金相显微镜对内嵌微流道的LTCC基板样品进行初步的质量无损和结构完整性检测，检查待测LTCC基板样品的微流道内部结构是否完整，是否存在裂痕和塌陷、是否存在机械损伤。

[0037] 本实施例进行当前测试的环境温度为18.6℃，空气湿度为32.1％，当然该环境的温湿度不影响测试的结果。本实施例试验所用的LTCC基板样品有四个，其微流道均优选直线型微流道，微流道的横截面高度都为200μm，宽度分别为250μm、500μm、750μm、1000μm；LTCC基板的规格型号均为20mm*20mm。

[0038] 为保证本发明测试方法的连续性，本试验所选的LTCC基板样品均为可通过初步测试的样品。

[0039] 步骤S12：对通过初步检测的LTCC基板样品进行低温贮存测试，并对测试后的样品进行检测。

[0040] 由于商业级电子元器件的工作温度范围是0℃～70℃，工业级的工作温度范围为-40℃～85℃，本发明的测试方法为了满足国家军用标准，设定低温贮存测试的测试温度-55℃～-40℃，本实施例优选-55℃±3℃。

[0041] 本测试方法将待测样品在极高或极低温度下保持一段较长时间，以确保产品能够长时间在高、低温环境中工作而不影响其性能，保证产品材料不会在极端温度下使结构遭到破坏。这里的保持时间一般选择20～28小时。本实施例的低温贮存时间优选24小时。

[0042] 低温贮存测试完成以后仍采用超声显微镜或金相显微镜对其进行检测，如图4a、图4b所示分别为本实施例4种不同流道宽度的微流道LTCC基板样品低温贮存测试前、后超声显微示意图，由图可知，这四个样品的LTCC微流道的内部结构均无裂痕，也无机械损伤。

[0043] 步骤S13：对LTCC基板样品进行高温贮存测试，并对测试后的样品进行检测。

[0044] 根据国家军用标准的极端温度测试条件设定高温测试的试验温度，一般为85℃～125℃，本实施例优选125℃±2℃；并且高温贮存时间也优选24小时。

[0045] 高温贮存测试完成以后仍采用超声显微镜或金相显微镜对其进行检测，如图5a、图5b所示分别为本实施例4种不同流道宽度的微流道LTCC基板样品高温贮存测试前、后超声显微示意图，由图可知，这四个样品的LTCC微流道的内部结构均无裂痕，也无机械损伤。

[0046] 步骤S14：对LTCC基板样品进行高低温循环测试，并对测试后的样品进行检测。

[0047] 由于LTCC基板的微流道主要是基于散热考虑所设计的，考虑到实际应用环境有可能会出现忽冷忽热的情况，本测试方法还要对LTCC基板样品进行高低温循环测试，该测试就是确定在高、低温极端范围内，温度变化对产品的使用造成的影响。

[0048] 本实施例的高低温循环测试中高、低温设定温度仍分别优选125℃±2℃和-55℃±3℃，由于循环试验过程中温度变化率为5-10℃/min，为了确保循环过程中温度能够达到设定的最高或者最低温度，因此设定每次温度(高温、低温)的保持时间t1的范围为25min～35min；高、低温的循环次数n的范围为5～15次。本实施例优选t1＝30min±2min，n＝15次，以观察产品在长时间多次循环之后的应力疲劳现象。

[0049] 另外，在循环过程中进行高、低温切换时，设定一个较短的切换时间t2，优选t2≤1min，以保证迅速完成极端温度的切换。

[0050] 该循环测试的过程如下：将待测LTCC基板样品放置到温度箱中，首先设定温度箱的温度为高温125℃，那么温度箱中的温度将从原始的环境温度开始上升，直至达到设定的高温值；从温度箱设定好温度开始计时，30分钟后进行温度切换，切换就是要在1分钟内将温度箱的温度设定值由125℃调整到低温-55℃，此时温度箱的温度由125℃开始逐步降低，直至达到设定的低温值，从温度箱设定好低温开始30分钟后再次进行高温切换，……按照上述过程进行15次的高低温循环，完成本次测试。

[0051] 循环测试结束后，将待测LTCC基板样品从温度箱中取出，恢复一段时间后再进行检测，这里的恢复时间一般为1.5～2.5小时，本实施例优选2小时。

[0052] 如图6a、图6b所示分别为本实施例4种不同流道宽度的微流道LTCC基板样品循环测试前、后超声显微示意图，由图可知，这四个样品的LTCC微流道的内部结构均无裂痕，也无机械损伤。

[0053] 在上述几个步骤中，低温贮存测试、高温贮存测试还是高低温循环测试，都是采用的温度箱进行环境温度的模拟；另外，对LTCC基板样品的初步检测和每次测试后的检测所采用的都是超声显微镜或金相显微镜。这里的温度箱和超声显微镜、金相显微镜可以为现有的产品，也可以为未来出现的有相同功能的产品，这里对其结构不再赘述。

[0054] 另外，不管是初步检测还是测试后的检测，对待测LTCC基板样品都是从以下几个标准来判断：(1)基板整体结构完整，无缺陷；(2)基板表面无裂痕；(3)基板微流道接口完整，无堵塞，无坍塌；(4)超声显微镜扫描显示流道结构完整，无堵塞，无坍塌；(5)直排型流道之间无裂缝；(6)试验后的样品，在入水口通入去离子水，出口有水流出，结构完整。如果检测结果符合上述要求，就认为待测的LTCC基板的可靠性较高，能够满足国家的商业和军用标准；否则就认为其为非合格品。

[0055] 需要说明的是：上述的低温贮存测试、高温贮存测试还是高低温循环测试其顺序不是唯一的，任意先测哪一项都可以，这种变化属于本领域的常规技术，落在本发明的保护范围内。

[0056] 本发明的内嵌微流道的LTCC基板测试方法利用超声显微镜或金相显微镜对内嵌微流道的LTCC基板进行环境温度测试，依次进行低温贮存、高温贮存、温度循环等系列环境科目测试后，观察微流道结构的完整性，得出LTCC微流道器件在地面模拟使用环境中的可靠性结论。

[0057] 如图3所示，本发明还提供了一种内嵌微流道的LTCC基板测试装置的实施例，由图可知，该装置包括检测单元21、低温贮存测试单元22、高温贮存测试单元23和高低温循环测试单元24，下面具体说明。

[0058] 检测单元21用于对LTCC基板样品进行初步检测并对各项测试后的LTCC基板样品进行检测。在一实施例中，检测单元21用于对LTCC基板样品进行检测采用超声显微成像或金相显微成像；初步检测项目包括LTCC基板样品的微流道内部结构是否完整，和/或是否存在裂痕和塌陷，和/或是否存在机械损伤。

[0059] 低温贮存测试单元22用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行低温贮存测试。

[0060] 优选的，低温贮存测试单元中对LTCC基板样品进行的低温贮存测试的测试温度为-55℃～-40℃；低温贮存测试的贮存时间均为20～28小时。

[0061] 高温贮存测试单元23用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行高温贮存测试。

[0062] 优选的，高温贮存测试单元中对LTCC基板样品进行的高温贮存测试的测试温度为85℃～125℃；高温贮存测试的贮存时间均为20～28小时。

[0063] 高低温循环测试单元24用于对通过初步检测的LTCC基板样品进行高低温循环测试。

[0064] 优选的，该测试单元中对LTCC基板样品进行的高低温循环测试的循环次数为5～15次；每次高温或者低温的保持时间为25min～35min；高低温循环测试之后的恢复时间为
1.5～2.5小时。

[0065] 该装置的具体测试过程参见上述测试方法，这里不再赘述。

[0066] 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。