一种改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，该方法包括利用铬酸溶液清洗，去除LTCC基板金属膜层表面的油脂及污垢；用水彻底清洗后，在碱性溶液中进行浸泡，降低金属膜层表面的玻璃相覆盖率，再用水彻底清洗并干燥。使用该方法能够显著提高金属膜层与焊料的润湿能力，明显改善可焊性，获得良好的焊接拉力，同时该工艺方法不会劣化低温共烧陶瓷基板的焊接强度、金丝键合强度等其它指标，不需要调整LTCC材料体系的配方，也不会改变LTCC基板的晶相组成和基板整体性能，且操作简单，能与常规低温共烧陶瓷工艺及焊接工艺良好兼容。

A method for improving weldability of low temperature co fired ceramic substrate

The invention discloses a method for improving LTCC substrate can process of welding, the method includes the use of chromic acid cleaning solution, remove grease and dirt on the surface of the metal film LTCC substrate; wash thoroughly with water after soaking in alkaline solution, reducing the metal coating on the surface of the glass phase coverage, and then wash thoroughly with water and dry. The use of this method can significantly improve the wetting ability of metal film and solder, improve the weldability, obtain good welding force, and the process does not degrade the LTCC substrate welding strength, wire bonding strength and other indicators, do not need to adjust the material system of LTCC formula, the overall performance will not change LTCC substrate composition and phase of the substrate, and the operation is simple, with conventional LTCC technology and good welding compatibility.

【技术实现步骤摘要】
一种改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法
本专利技术属于低温共烧陶瓷材料表面处理
，具体涉及一种改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，使用该方法能够显著提高金属膜层与焊料的润湿能力，明显改善可焊性，获得良好的焊接拉力，同时该工艺方法不会劣化低温共烧陶瓷基板其它指标，且操作简单，与常规低温共烧陶瓷工艺及焊接工艺良好兼容。
技术介绍
低温共烧陶瓷(lowtemperatureco-firedceramics，以下简写为LTCC)是1982年休斯公司开发的新型材料技术，是将低温共烧结构陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源组件(如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块，可进一步将电路小型化与高密度化，特别适合用于高频通讯用组件。随着多功能、高集成密度、高功率的日益发展，基于LTCC的功能组件对散热效率，性能一致性、整体可靠性也表现出越来越高的要求，因此越来越多的服役环境对LTCC提出了高可靠焊接的要求。决定LTCC基板焊接效果的主要因素有两个，一是金属膜层与LTCC基板的膜层附着力，二是金属膜层与焊料的润湿能力。前者由各家LTCC原材料生产厂商通过系统的配方调配，能够稳定、良好实现。后者由于LTCC金属膜层本身的成分组成，玻璃相在表面的大量存在使得金属膜层与焊料的焊接润湿性欠佳，影响焊接效果，已是业内公认难题。刘炳龙等人(LTCC表面金属化的可焊性研究，《电子与封装》，2013，13(3)：13-23)通过电镀的方法对LTCC表面金属膜层进行改性，通过电镀Cu/Ni/Au和Cu/Ni/Sn分别提高了对Pb-Sn、Au-Sn、In-Sn焊料的可焊性。但该方法需要复杂的电镀工艺，工艺流程长，且对LTCC基板的布线产生限制。王从香等人(银浆料LTCC镀金基板工程应用研究，《电子机械工程》，2015，1(3)：45-49)对LTCC基板进行了化学镀Ni/Pd/Au的研究，改善可焊性，但该方法仍需要较长的工艺流程。严蓉等人(低温共烧陶瓷共烧焊盘可焊接性研究，《固体电子学研究与进展》,2015(4)：398-402)降低烧结温度抑制玻璃析出的方法提高了金属膜层可焊性，但该方法有可能改变LTCC基板的晶相组织，导致基板整体性能变化，或导致其它类型的金属膜层出现烧结或与基板的匹配性问题，存在较大风险。江成军等人(浆料成分对银导体浆料性能的影响，《特种铸造及有色合金》,2008,28(10):804-806)研究了导体膜层中Ag颗粒对可焊性的影响，但仍处于单因素研究阶段，离工程化应用有较大距离，且该方法可能导致整个LTCC材料体系配方调整，成本较高，对于基板加工单位较难实现。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种操作简单，且与常规LTCC工艺和焊接工艺兼容的改善金属膜层可焊性的工艺方法，以解决LTCC基板可焊性差的问题。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，包括对LTCC基板金属膜层进行腐蚀改性。通过降低膜层表面的玻璃相覆盖率，提高膜层与焊料的焊接润湿性。上述改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，所述进行腐蚀改性包括：1)利用铬酸溶液清洗，去除LTCC基板金属膜层表面的油脂及污垢；2)在碱性溶液中进行浸泡，降低金属膜层表面的玻璃相覆盖率。根据本专利技术优选的实施例，步骤1)所述铬酸溶液的溶剂为去离子水或纯水，水与浓度为95～98％的浓硫酸的比例为1:1～1:4，重铬酸钾的质量浓度为1％～4％。所述步骤1)利用铬酸溶液清洗，去除LTCC基板金属膜层表面的油脂及污垢是将表面附有焊接金属膜层的LTCC基板浸泡在铬酸溶液中2～5min，溶液温度为35℃～60℃，优选为40～50℃。步骤2)所述碱性溶液为质量浓度1％～10％的NaOH溶液，溶剂为去离子水或纯水。所述步骤2)在碱性溶液中进行浸泡，降低金属膜层表面的玻璃相覆盖率是指将LTCC基板浸泡在NaOH溶液中6～15min，溶液温度为40℃～60℃。进一步地，上述改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，还包括在步骤1)后用水彻底清洗LTCC基板再用于步骤2)。进一步地，上述改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，还包括在步骤2)后用水彻底清洗LTCC基板再进行干燥。更进一步地，上述干燥是指用气枪吹去LTCC基板表面水膜，然后将LTCC基板放入60～80℃烘箱进行干燥。本专利技术的专利技术人经过大量实验研究发现，通过上述步骤简单、操作简洁的工艺方法便可以达到改善低温共烧陶瓷基板可焊性的目的，省略电镀、化学镀等繁琐和复杂的程序；更重要的是本专利技术的方法与现有的LTCC工艺和焊接工艺兼容性好，不需要调整LTCC材料体系的配方，也不会改变LTCC基板的晶相组成和基板整体性能，在显著改善可焊性获得良好焊接拉力的同时，该工艺方法不会劣化低温共烧陶瓷基板其它指标，在LTCC基板制造领域具有普遍适用性。附图说明图1为实施例1的LTCC基板金属膜层腐蚀改性工艺流程图；图2为实施例2可焊性实验测试对比图；图3为实施例3焊接强度测试实验结果图；图4为实施例4金丝键合强度测试实验结果图。具体实施方式为了更清楚的说明本专利技术的
技术实现思路
，以下通过实施例对本专利技术加以说明和解释，但应当理解，这只是本专利技术较佳的实施方式，本专利技术上述主题的范围并不仅限于以下的实例，凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术保护的范围。对实施例中未明确说明的条件或方法，均按照本领域常规的方式进行。实施例1改善LTCC基板可焊性实验1)以Ferro公司的A6M体系为原材料，用常规LTCC工艺制作LTCC基板，用后烧方式制作锡铅焊接用金属膜层，膜层主要成分为Au/Pt/Pd和玻璃，材料牌号为FX31-014和FX31-017，烧结后膜层总厚度为28μm～32μm。2)将1)中制作好焊接金属膜层的基板浸泡在铬酸溶液中进行清洗，如P1所示，铬酸配比为去离水(或纯水)250ml、98％浓硫酸750ml、重铬酸钾20g，浸泡温度为45±5℃，浸泡时间为4min。3)将2)中铬酸清洗完毕的LTCC基板用去离水(或纯水)充分冲洗，如P2所示，清洗时间不小于1min。4)将3)中冲洗干净的LTCC基板浸泡在质量浓度为4％的NaOH溶液中，同时通过磁力搅拌的方式对溶液进行搅拌，浸泡温度为50±2℃，浸泡时间为10min，以去除膜层表面的玻璃相，如P3所示。5)将4)中腐蚀完毕的LTCC基板用去离子水(或纯水)充分冲洗，清洗时间不小于1min，如P4所示。6)将5)中清洗干净的LTCC基板用压缩空气或压缩氮气吹扫干净，并放入烘箱充分干燥，干燥温度为70℃，干燥时间不小于30min，如P5所示。7)将干燥完毕的LTCC基板进行包装、入库。实施例2可焊性测试实验对实施例1中工艺样件进行可焊性测试，测试方法参照GB-T17473.7-2008，焊料为Sn63-Pb37，锡锅温度235±5℃，焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，包括对LTCC基板金属膜层进行腐蚀改性。

【技术特征摘要】
1.一种改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，包括对LTCC基板金属膜层进行腐蚀改性。2.根据权利要求1所述的改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，其特征在于，所述进行腐蚀改性包括：1)利用铬酸溶液清洗，去除LTCC基板金属膜层表面的油脂及污垢；2)在碱性溶液中进行浸泡，降低金属膜层表面的玻璃相覆盖率。3.根据权利要求2所述的改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，其特征在于，步骤1)所述铬酸溶液的溶剂为去离子水或纯水，水与浓度为95～98％的浓硫酸的比例为1:1～1:4，重铬酸钾的质量浓度为1％～4％。4.根据权利要求2所述的改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，其特征在于，所述步骤1)利用铬酸溶液清洗，去除LTCC基板金属膜层表面的油脂及污垢是将表面附有焊接金属膜层的LTCC基板浸泡在铬酸溶液中2～5min，溶液温度为35℃～60℃.5.根据权利要求4所述的改善低温共烧陶瓷基板可焊性的工艺方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳帅旗，刘志辉，杨宇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51