本發(fā)明屬于低溫共燒陶瓷材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善低溫共燒陶瓷基板可焊性的工藝方法，使用該方法能夠顯著提高金屬膜層與焊料的潤濕能力，明顯改善可焊性，獲得良好的焊接拉力，同時(shí)該工藝方法不會(huì)劣化低溫共燒陶瓷基板其它指標(biāo)，且操作簡單，與常規(guī)低溫共燒陶瓷工藝及焊接工藝良好兼容。

背景技術(shù)：

低溫共燒陶瓷(lowtemperatureco-firedceramics，以下簡寫為ltcc)是1982年休斯公司開發(fā)的新型材料技術(shù)，是將低溫共燒結(jié)構(gòu)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個(gè)無源組件(如低容值電容、電阻、濾波器、阻抗轉(zhuǎn)換器、耦合器等)埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內(nèi)外電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在900℃下燒結(jié)，制成三維空間互不干擾的高密度電路，也可制成內(nèi)置無源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝ic和有源器件，制成無源/有源集成的功能模塊，可進(jìn)一步將電路小型化與高密度化，特別適合用于高頻通訊用組件。

隨著多功能、高集成密度、高功率的日益發(fā)展，基于ltcc的功能組件對(duì)散熱效率，性能一致性、整體可靠性也表現(xiàn)出越來越高的要求，因此越來越多的服役環(huán)境對(duì)ltcc提出了高可靠焊接的要求。

決定ltcc基板焊接效果的主要因素有兩個(gè)，一是金屬膜層與ltcc基板的膜層附著力，二是金屬膜層與焊料的潤濕能力。前者由各家ltcc原材料生產(chǎn)廠商通過系統(tǒng)的配方調(diào)配，能夠穩(wěn)定、良好實(shí)現(xiàn)。后者由于ltcc金屬膜層本身的成分組成，玻璃相在表面的大量存在使得金屬膜層與焊料的焊接潤濕性欠佳，影響焊接效果，已是業(yè)內(nèi)公認(rèn)難題。

劉炳龍等人(ltcc表面金屬化的可焊性研究，《電子與封裝》，2013，13(3)：13-23)通過電鍍的方法對(duì)ltcc表面金屬膜層進(jìn)行改性，通過電鍍cu/ni/au和cu/ni/sn分別提高了對(duì)pb-sn、au-sn、in-sn焊料的可焊性。但該方法需要復(fù)雜的電鍍工藝，工藝流程長，且對(duì)ltcc基板的布線產(chǎn)生限制。王從香等人(銀漿料ltcc鍍金基板工程應(yīng)用研究，《電子機(jī)械工程》，2015，1(3)：45-49)對(duì)ltcc基板進(jìn)行了化學(xué)鍍ni/pd/au的研究，改善可焊性，但該方法仍需要較長的工藝流程。嚴(yán)蓉等人(低溫共燒陶瓷共燒焊盤可焊接性研究，《固體電子學(xué)研究與進(jìn)展》,2015(4)：398-402)降低燒結(jié)溫度抑制玻璃析出的方法提高了金屬膜層可焊性，但該方法有可能改變ltcc基板的晶相組織，導(dǎo)致基板整體性能變化，或?qū)е缕渌愋偷慕饘倌映霈F(xiàn)燒結(jié)或與基板的匹配性問題，存在較大風(fēng)險(xiǎn)。江成軍等人(漿料成分對(duì)銀導(dǎo)體漿料性能的影響，《特種鑄造及有色合金》,2008,28(10):804-806)研究了導(dǎo)體膜層中ag顆粒對(duì)可焊性的影響，但仍處于單因素研究階段，離工程化應(yīng)用有較大距離，且該方法可能導(dǎo)致整個(gè)ltcc材料體系配方調(diào)整，成本較高，對(duì)于基板加工單位較難實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單，且與常規(guī)ltcc工藝和焊接工藝兼容的改善金屬膜層可焊性的工藝方法，以解決ltcc基板可焊性差的問題。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種改善低溫共燒陶瓷基板可焊性的工藝方法，包括對(duì)ltcc基板金屬膜層進(jìn)行腐蝕改性。通過降低膜層表面的玻璃相覆蓋率，提高膜層與焊料的焊接潤濕性。

上述改善低溫共燒陶瓷基板可焊性的工藝方法，所述進(jìn)行腐蝕改性包括：

1)利用鉻酸溶液清洗，去除ltcc基板金屬膜層表面的油脂及污垢；

2)在堿性溶液中進(jìn)行浸泡，降低金屬膜層表面的玻璃相覆蓋率。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，步驟1)所述鉻酸溶液的溶劑為去離子水或純水，水與濃度為95～98％的濃硫酸的比例為1:1～1:4，重鉻酸鉀的質(zhì)量濃度為1％～4％。

所述步驟1)利用鉻酸溶液清洗，去除ltcc基板金屬膜層表面的油脂及污垢是將表面附有焊接金屬膜層的ltcc基板浸泡在鉻酸溶液中2～5min，溶液溫度為35℃～60℃，優(yōu)選為40～50℃。

步驟2)所述堿性溶液為質(zhì)量濃度1％～10％的naoh溶液，溶劑為去離子水或純水。

所述步驟2)在堿性溶液中進(jìn)行浸泡，降低金屬膜層表面的玻璃相覆蓋率是指將ltcc基板浸泡在naoh溶液中6～15min，溶液溫度為40℃～60℃。

進(jìn)一步地，上述改善低溫共燒陶瓷基板可焊性的工藝方法，還包括在步驟1)后用水徹底清洗ltcc基板再用于步驟2)。

進(jìn)一步地，上述改善低溫共燒陶瓷基板可焊性的工藝方法，還包括在步驟2)后用水徹底清洗ltcc基板再進(jìn)行干燥。

更進(jìn)一步地，上述干燥是指用氣槍吹去ltcc基板表面水膜，然后將ltcc基板放入60～80℃烘箱進(jìn)行干燥。

本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，通過上述步驟簡單、操作簡潔的工藝方法便可以達(dá)到改善低溫共燒陶瓷基板可焊性的目的，省略電鍍、化學(xué)鍍等繁瑣和復(fù)雜的程序；更重要的是本發(fā)明的方法與現(xiàn)有的ltcc工藝和焊接工藝兼容性好，不需要調(diào)整ltcc材料體系的配方，也不會(huì)改變ltcc基板的晶相組成和基板整體性能，在顯著改善可焊性獲得良好焊接拉力的同時(shí)，該工藝方法不會(huì)劣化低溫共燒陶瓷基板其它指標(biāo)，在ltcc基板制造領(lǐng)域具有普遍適用性。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的ltcc基板金屬膜層腐蝕改性工藝流程圖；

圖2為實(shí)施例2可焊性實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比圖；

圖3為實(shí)施例3焊接強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；

圖4為實(shí)施例4金絲鍵合強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚的說明本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容，以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以說明和解釋，但應(yīng)當(dāng)理解，這只是本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本發(fā)明上述主題的范圍并不僅限于以下的實(shí)例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。對(duì)實(shí)施例中未明確說明的條件或方法，均按照本領(lǐng)域常規(guī)的方式進(jìn)行。

實(shí)施例1改善ltcc基板可焊性實(shí)驗(yàn)

1)以ferro公司的a6m體系為原材料，用常規(guī)ltcc工藝制作ltcc基板，用后燒方式制作錫鉛焊接用金屬膜層，膜層主要成分為au/pt/pd和玻璃，材料牌號(hào)為fx31-014和fx31-017，燒結(jié)后膜層總厚度為28μm～32μm。

2)將1)中制作好焊接金屬膜層的基板浸泡在鉻酸溶液中進(jìn)行清洗，如p1所示，鉻酸配比為去離水(或純水)250ml、98％濃硫酸750ml、重鉻酸鉀20g，浸泡溫度為45±5℃，浸泡時(shí)間為4min。

3)將2)中鉻酸清洗完畢的ltcc基板用去離水(或純水)充分沖洗，如p2所示，清洗時(shí)間不小于1min。

4)將3)中沖洗干凈的ltcc基板浸泡在質(zhì)量濃度為4％的naoh溶液中，同時(shí)通過磁力攪拌的方式對(duì)溶液進(jìn)行攪拌，浸泡溫度為50±2℃，浸泡時(shí)間為10min，以去除膜層表面的玻璃相，如p3所示。

5)將4)中腐蝕完畢的ltcc基板用去離子水(或純水)充分沖洗，清洗時(shí)間不小于1min，如p4所示。

6)將5)中清洗干凈的ltcc基板用壓縮空氣或壓縮氮?dú)獯祾吒蓛?，并放入烘箱充分干燥，干燥溫度?0℃，干燥時(shí)間不小于30min，如p5所示。

7)將干燥完畢的ltcc基板進(jìn)行包裝、入庫。

實(shí)施例2可焊性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

對(duì)實(shí)施例1中工藝樣件進(jìn)行可焊性測(cè)試，測(cè)試方法參照gb-t17473.7-2008，焊料為sn63-pb37，錫鍋溫度235±5℃，焊接時(shí)間5±1s，液面下2mm以上，出入速度25±5mm/s，結(jié)果如圖2所示。

圖2中左圖為未經(jīng)本發(fā)明工藝方法處理的ltcc基板樣件，可以看出金屬膜層與sn-pb焊料潤濕性較差，焊料無法鋪滿焊盤。圖2中右圖為經(jīng)過本發(fā)明工藝方法處理的ltcc基板樣件，可以看出金屬膜層與sn-pb焊料潤濕性良好，焊料鋪展均勻。

實(shí)施例3焊接強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)

對(duì)實(shí)施例1中工藝樣件進(jìn)行焊接強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)試方法參照國標(biāo)gb-t17473.4-2008，焊料為sn63-pb37，工藝樣件如圖3所示，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1焊接拉力測(cè)試結(jié)果(kg)

實(shí)施例4金絲鍵合強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)

對(duì)實(shí)施例1中腐蝕改性工藝對(duì)金層的金絲鍵合強(qiáng)度的影響進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試材料牌號(hào)為30-080m，鍵合金絲為25μm，測(cè)試方法如圖4所示，將金絲兩端以超聲熱壓鍵合的方式焊接在金層表面，使金絲形成一定拱高，然后利用拉力測(cè)試儀鉤住金絲中間向上垂直提拉，對(duì)金絲鍵合強(qiáng)度進(jìn)行破壞性測(cè)試，結(jié)果如表2所示，其中r為未經(jīng)實(shí)施例1處理的參照組，t為經(jīng)過實(shí)施例1處理的測(cè)試組。測(cè)試結(jié)果對(duì)比可以看出，該工藝過程沒有劣化金膜層的金絲鍵合強(qiáng)度，反而略有提高，獲得較好的鍵合效果。

表2金絲鍵合強(qiáng)度測(cè)試(g)

綜上所述，本發(fā)明提供了一種有效改善ltcc金屬膜層可焊性的方法，并且對(duì)經(jīng)本發(fā)明方法處理過的ltcc從可焊性、焊接強(qiáng)度、金絲鍵合強(qiáng)度方面進(jìn)行測(cè)試評(píng)估，證實(shí)本發(fā)明工藝方法能夠明顯改善ltcc金屬膜層的可焊性，焊接強(qiáng)度能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用要求，同時(shí)該方法不會(huì)劣化其它工藝指標(biāo)，基板本體及金屬膜層附著狀態(tài)良好，金絲鍵合強(qiáng)度良好，在ltcc制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。