LTCC通孔漿料的工藝研究

前 言

低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)是一種新型多層基板工藝技術(shù)，采用了獨(dú)特的材料體系，因其燒結(jié)溫度低，可與金屬導(dǎo)體共燒，從而提高了電子器件性能。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于宇航工業(yè)、軍事、無線通信、全球定位系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、汽車等領(lǐng)域。

文中提出了對(duì)于LTCC通孔金漿料理想金粉的平均顆粒大致要求，將兩種不同形貌金粉制備成通孔漿料，在生瓷上進(jìn)行填孔匹配性測試，為基于生瓷的LTCC用導(dǎo)體漿料的開發(fā)做基礎(chǔ)研究。

實(shí)驗(yàn)制備

1、通孔漿料的制備

先將兩種金粉分別按金粉、玻璃粉、有機(jī)載體按90∶2∶6比例進(jìn)行攪拌混合(剩余有機(jī)載體為2%)，再在三輥軋機(jī)上進(jìn)行輥軋，待輥軋細(xì)度小于8μm，且輥軋遍數(shù)不少于10遍后，測試漿料的粘度，最后加入剩余的有機(jī)載體調(diào)整漿料的粘度使得到的兩種金漿料的粘度控制在(500±50) Pa·s，以保證金漿料的填孔效果。

2、LTCC樣品制備

兩種金粉制備的金漿料分別通過掩膜印刷在A6生瓷上進(jìn)行填孔，生瓷片孔徑為200μm/300μm，在65℃下，10min烘干后對(duì)其填空效果進(jìn)行觀察，選擇表面平整，無裂紋的生瓷片進(jìn)行疊層。

等均壓疊層層數(shù)為6層，疊層參數(shù)3000PSI，70℃，15min，然后將制備的LTCC基片放置在箱式爐中燒結(jié)升溫7℃/min，燒結(jié)溫度850℃，保溫10min，得到LTCC直通孔樣品，編號(hào)1—2分別對(duì)應(yīng)兩組金漿料。

結(jié)果分析

1、金粉參數(shù)

圖1為兩種金粉的SEM照片，從圖1(a)中可以看出，金粉為片狀與球狀的混合金粉，其中球狀金粉較細(xì)且有團(tuán)聚現(xiàn)象，粒徑在0.2μm 左右，片狀金粉則在1μm以上，結(jié)合圖1(c) 可以看出金粉粒徑分布較寬，由于金粉有團(tuán)聚現(xiàn)象，SEM粒徑測試值較粒度儀測試值小。從圖1(b)中可以看出，金粉為球狀金粉分散性較好。圖1(d)為粒徑分布圖，顯示粒徑在0.4～2μm，與ESM結(jié)果接近。由于各種金粉的粒徑不一，在燒結(jié)過程中所表現(xiàn)的收縮也會(huì)不同，通過與生瓷片的共燒實(shí)驗(yàn)，根據(jù)燒結(jié)后金漿料的突出高度可以篩選出適用于生瓷的金粉形貌。

2、金漿料燒結(jié)后突出高度

圖2為共燒后LTCC樣品不同孔徑金漿料的突出高度，從圖2可以看出，隨著孔徑的增大，突出高度增加。這是因?yàn)楫?dāng)孔徑較大時(shí)，孔內(nèi)的金導(dǎo)體較多，在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大，從而導(dǎo)致金導(dǎo)體膨脹較劇烈，突出較高。

3、金漿料與生瓷片的匹配性

圖3為兩組LTCC樣品不同孔徑的截面圖，從圖3中可以看出金漿料與基片間燒結(jié)匹配良好，在界面處都沒有出現(xiàn)裂紋等不良現(xiàn)象。但樣品1中金層有明顯突出，隨孔徑增大，突出高度增加，通孔周圍存在瓷體突起變形現(xiàn)象，造成熟瓷基板表面不平整，且這種不平整也隨孔徑增大而增加。樣品2中金層的表面突出高度較小，基板平整，說明金導(dǎo)體與基片匹配良好。

4、金漿料燒結(jié)表面

圖4(a)是樣品1的金漿料填空表面形貌，從圖4(a)可以看出，填空金漿料表面出現(xiàn)少部分突起，與陶瓷片交界處出現(xiàn)微裂紋。圖4(b)是樣品2的金漿料填空表面形貌，從圖4(b) 可以看出，金層與陶瓷面基本保持一致，且金膜致密。

結(jié) 論

通過兩種不同形貌、粒徑的金粉制備的通孔金漿料在生瓷上進(jìn)行填孔實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)金粉形貌為球形，且顆粒分布集中，所制備的金導(dǎo)體漿料燒結(jié)后在陶瓷上的突出高度小于10μm，符合一般LTCC技術(shù)要求，金漿料均與生瓷片燒結(jié)匹配良好，金層致密無裂紋；片狀金粉所制金漿料燒結(jié)收縮小，突出高度較大，與生瓷匹配較差，金層表面出現(xiàn)微裂紋。本研究的結(jié)果對(duì)A6生瓷體系的LTCC通孔金漿料研制提供了技術(shù)支持，也為研發(fā)其他體系LTCC通孔金漿料提供了參考。

審核編輯：湯梓紅