LTCC基板材料酸蚀行为与化学镀技术研究

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近年来,低温共烧陶瓷(LTCC)技术由于其优异的高频宽通带和高集成度特性,已成为电子元器件集成封装的首选方式。为降低LTCC组件生产成本,采用银导体代替金导体的使用是必然的发展趋势;但银导体存在表面氧化和电迁移现象,难以满足高可靠性要求,故采用化学镀镍/金工艺对银导体进行表面保护是合理的选择。LTCC基板表面化学镀镍/金工艺要求LTCC材料具有良好的耐酸蚀性能。因此,论文开展LTCC基板材料酸蚀行为研究,设计并制备耐酸蚀性能优良的LTCC基板材料及其配套银电极浆料,进而制备LTCC基板样件,开展LTCC基板样件表面化学镀镍/金技术研究,为促进LTCC技术进步与推广应用提供参考。论文采用SEM、EDS、XRD和ICP等方法系统地研究了不同LTCC基板材料的酸蚀行为,研究内容主要包括基板材料酸蚀前后的失重、微观形貌和表面物相变化。结果表明,以硅灰石和钡长石为主晶相的微晶玻璃和微晶玻璃+陶瓷系LTCC基板材料均与酸液发生反应,基板表面酸蚀明显并大量失重;以非晶态硼硅酸盐玻璃为烧结助剂,氧化铝为主要晶相的玻璃+陶瓷体系LTCC基板材料耐酸蚀性能优良,在80℃下浓度为1N的硝酸溶液中浸泡30h后的失重量低于10mg.cm-2.以B2O3-Al2O3-Si O2玻璃和Al2O3陶瓷为主成分设计并制备了耐酸蚀性能优良的玻璃+陶瓷体系LTCC基板材料,采用DSC、DIL和介电频谱测试仪等表征了B2O3-Al2O3-SiO2/Al2O3基板材料的烧结致密化行为和综合性能。结果表明,软化温度为625.3℃的非晶态B2O3-Al2O3-SiO2玻璃对Al2O3陶瓷具有良好的润湿效果,能有效促进氧化铝的烧结致密化;其中,氧化铝含量为45%的B2O3-Al2O3-Si O2/Al2O3基板材料综合性能最优,其密度为2.51 g.cm-3,介电常数为5.27,介电损耗为0.0027(1 MHz),热膨胀系数为5.79 ppm/℃,抗弯强度为142.5MPa,在80℃下浓度为1N的硝酸溶液中浸泡30h后的失重量为2.78mg.cm-2。以球形银粉、硼硅酸盐玻璃粉和松油醇体系有机载体为原料制备银电极浆料,测得银浆的粘度为90~130Pa.s,细度小于15μm。以此为表面布线导体,制备LTCC基板样件,样件表面银导体致密、平整,方阻小于5mΩ/sq。对该基板样件进行表面化学镀镍/金处理,结果表明,施镀过程不会造成导体层的脱落与基板的酸蚀;化学镀样品镀层致密、平整。其中,镍镀层的厚度为2~4μm,金镀层的厚度约为0.1μm;镀金样品金丝键合性能优良,金丝直径为25μm时,样品的平均键合强度为7.5~8.5 g;水滴实验结果表明化学镀镍/金工艺可以有效改善银导体的电迁移现象,大大提高了样品的可靠性。
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