基板材料制備工藝

引言

低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co－fired Ceramics，簡(jiǎn)稱LTCC）技術(shù)以其優(yōu)良的性能在消費(fèi)電子、航空航天和軍事裝備領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。在軍用、航空電子設(shè)備以及多層布線領(lǐng)域，由于其應(yīng)用條件嚴(yán)苛、追求高精度和高可靠性，通常采用穩(wěn)定性能優(yōu)良的Au作為導(dǎo)體材料。

化學(xué)鍍金工藝包括除油、微蝕、活化、催化、鍍鎳和浸金等一系列過程。要實(shí)現(xiàn) LTCC 銀導(dǎo)體表面化學(xué)鍍金工藝，就要求LTCC基板材料具有優(yōu)良的耐酸蝕性能，以適應(yīng)化學(xué)鍍過程中的一系列酸性環(huán)境。

1、基板材料制備與腐蝕實(shí)驗(yàn)

選用四類不同的LTCC基板材料進(jìn)行耐酸蝕性能評(píng)估，其材料組成如下表所示。基板材料制備工藝如下: 將組成玻璃的氧化物按照配比混合， 經(jīng)過1500℃ 高溫熔煉后水淬，然后球磨制得平均粒徑為 2～3μm的玻璃粉; 將制得的玻璃粉與陶瓷粉、有機(jī)載體以一定的質(zhì)量比混合形成流延漿料，進(jìn)而通過流延將其制成生帶; 將生帶裁剪成一定形狀后進(jìn)行疊層，在20MPa下等靜壓30min，然后燒結(jié)至875℃即可獲得所需的基板材料。

基板材料體系及其組成

采用 X 射線衍射法（XRD）分析腐蝕前后樣品表面的物相組成；采用掃描電子顯微鏡( SEM)觀察腐蝕前后樣品的微觀形貌變化; 采用能譜（EDS）分析腐蝕前后樣品表面的物相組成及其分布; 采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP）分析樣品腐蝕后進(jìn)入溶液的元素種類及其含量。

2、結(jié)果與分析

㈠ 腐蝕前后樣品的失重分析

通過S2樣品在不同酸液中的腐蝕實(shí)驗(yàn)來考察酸液種類對(duì)基板材料腐蝕程度的影響規(guī)律，結(jié)果如下表所示。

S2在 80 ℃不同酸液中浸泡 30 h 后的失重情況對(duì)比

采用硝酸溶液對(duì)四種基板材料的耐酸蝕性能進(jìn)行考察，在相同條件下各個(gè)基板材料腐蝕后的單位面積失重量如下表所示。

基板材料在 80 ℃硝酸中浸泡 30 h 后的失重情況

㈡ 腐蝕前后樣品物相組成及微觀形貌分析

選取80℃、30h條件下，H+ 濃度為1mol /L的三種酸液浸泡后的樣品和溶液進(jìn)行XRD、ICP、SEM及EDS分析。

① 采用XRD分析了腐蝕前后樣品表面的物相組成，結(jié)果如下圖所示。

腐蝕前后基板表面XRD衍射圖(80℃ /30h)

② 采用ICP分析了各樣品在1mol /L 的酸液中浸泡30h后進(jìn)入溶液中的元素種類及其含量。S2基板腐蝕后溶液ICP結(jié)果如下表所示。

S2基板腐蝕后溶液 ICP 結(jié)果分析

③ 下圖顯示了各個(gè)樣品在H+濃度為1mol /L的硝酸溶液中腐蝕前后的微觀形貌，并通過 EDS分析了腐蝕前后樣品表面的物相組成及其分布( 如圖中紅色標(biāo)注) 。

四種基板材料在1mol /L硝酸溶液中腐蝕前后的SEM照片( 80℃/30h)

綜合對(duì)比四種基板材料在相同條件下的腐蝕情況可以看出，組成相化學(xué)穩(wěn)定性良好的基板材料具有更好的耐酸蝕性能。微晶玻璃基板材料耐酸蝕性能較差，微晶玻璃+陶瓷基板材料次之，玻璃+陶瓷基板材料具有良好的耐酸蝕性能。

3、結(jié)論

通過對(duì)四類不同基板材料在硫酸、鹽酸和硝酸溶液中腐蝕行為的研究，可以得出以下結(jié)論:

(1) 在酸根離子不與基板中的金屬元素發(fā)生反應(yīng)的前提下，論文所用基板材料在酸液中的腐蝕程度只取決于H+濃度大小，與酸溶液的種類無關(guān);

(2) 幾種基板材料在酸性溶液中的腐蝕失重，隨H+濃度的增加均呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)的趨勢(shì);

(3) 含有堿土金屬元素的硅灰石、鋇長(zhǎng)石和堇青石均可與H+發(fā)生反應(yīng)，其耐酸蝕性能較差; 氧化鋁、鋰輝石不與H+反應(yīng)，具有優(yōu)良的耐酸蝕性能;

(4) 組成相化學(xué)穩(wěn)定性良好的基板材料具有更好的耐酸蝕性能。相比于玻璃+陶瓷基板，微晶玻璃+陶瓷基板以及微晶玻璃基板材料耐酸蝕性能較差、腐蝕失重明顯，不適應(yīng)于酸性化學(xué)鍍液。