一种在基片上制作实心金属化孔的方法与流程

本发明属于微波技术领域，涉及一种在基片上制作实心金属化孔的方法。

背景技术：

微波单片陶瓷电路(简称MMCC)是将构成微波电路的要素包括电阻、电容、电感等元件采用薄膜电路的制造工艺集成在氧化铝、氮化铝、氧化铍等基片上，并采用金属化孔、空气桥、介质桥等工艺实现接地和互连，可大大提高集成度，提高产品的技术指标。

传统的金属化孔制造方法是在基片上用激光打孔，然后用溅射的方法在通孔壁上沉积种子层，最后通过电镀将种子层加厚3-8微米。由于这种金属化孔是一种空心结构且在侧壁上，工艺成膜难度较大，往往成膜较薄，故电气互联的可靠性不高，信号损耗较大。

《电子工艺技术》2009年第30卷2期86-88页公开了论文“一种微波单片陶瓷电路技术研究”，在该论文中，作者提出了一种实现实心金属化孔的方法，在该方法中采用厚膜浆料填充通孔，烧结后进行表面抛光处理。

然而该方法要求填充浆料的收缩率小，电导率和热导率高。厚膜浆料烧结时会在X、Y、Z三个方向产生收缩，烧结后的厚膜浆料和陶瓷基片的结合力较低，会导致浆料与孔壁产生间隙，可靠性较低；浆料的烧结曲线控制严格，烧结温度往往在800～900℃，需要采用箱式炉，能耗较大；厚膜浆料往往采用金、银等贵金属材料，造价高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种在基片上制作实心金属化孔的方法，以提高孔内填充物的结合力，提高可靠性、导电性和导热性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在基片上制作实心金属化孔的方法，包括如下步骤：

a在基片上加工通孔；

b在基片的一面溅射多层金属薄膜；

c在多层金属薄膜的表面溅射或电镀可钎焊金属，形成可钎焊金属层；

d在通孔内填充半固态的钎焊材料；

e将填充好钎焊材料的基片固定在玻璃板上，然后一起放入加热装置中，加热升高至焊接温度，半固态的钎焊材料融化后形成实心金属化孔；

f清洗去除基片通孔上残留的助焊剂；

g在可钎焊金属层的表面进行电镀加厚处理，完成基片实心金属化孔制作。

优选地，所述步骤a中的基片包括氧化铝基片、氮化铝基片或氧化铍基片。

优选地，所述步骤a中，通孔的直径和基片厚度比值范围为0.6～1.2，通孔直径不大于0.5mm。

优选地，所述步骤b中，多层金属薄膜包括电镀种子层薄膜和粘附层薄膜；

电镀种子层薄膜选用Cu或Au薄膜，粘附层薄膜选用Ti、TiW或Cr薄膜。

优选地，所述步骤c中，可钎焊金属包括镍或铜。

优选地，所述步骤d中，半固态的钎焊材料包括焊锡膏。

优选地，所述步骤d中，采用丝网印刷的工艺在通孔内填充半固态的钎焊材料。

优选地，所述步骤d具体为：

d1制作与基片上通孔位置对应的钢网；

d2将钢网与基片相贴；

d3将半固态的钎焊材料涂覆在钢网上，利用刮板丝网印刷，使钎焊材料填充满通孔。

优选地，所述步骤e中，加热装置包括加热台、烘箱或链式炉。

优选地，所述步骤f中，利用有机溶剂清除通孔上焊接残留的助焊剂。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用钎焊材料钎焊的方式填充通孔，填充金属结合力高，导电性和导热性良好；

2、采用焊锡膏等钎焊材料作为填充物，成本较低；

3、焊接温度较低，在加热台、烘箱或链式炉上即可实现，操作简便，降低了能耗。

附图说明

图1为本发明中一种在基片上制作实心金属化孔的方法的流程示意图。

图2为本发明在基片上加工通孔后的示意图。

图3为本发明在基片的一面溅射多层金属薄膜后的示意图。

图4为本发明在多层金属薄膜表面电镀或溅射可焊金属层后的示意图。

图5为本发明在通孔内填充半固态钎焊材料后的示意图。

图6为本发明将基片固定在玻璃板上加热以完成钎焊后的示意图。

图7为本发明去除基片表面残留的助焊剂后的示意图。

图8为本发明电镀加厚表面金属层后的示意图。

其中，1-基片；2-通孔；3-多层金属薄膜；4-可钎焊金属层；5-钎焊材料；6-助焊剂；7-玻璃板；8-金属化孔；9-电镀层。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合图1所示，一种在基片上制作实心金属化孔的方法，包括如下步骤：

a在基片1上加工通孔2，如图2所示。

其中，基片1选用氧化铝基片、氮化铝基片或氧化铍基片等硬介质基片。

加工通孔2的方式为激光打孔。激光打孔具有工艺简单、加工效率高等优点。

在加工通孔2时，需要保证通孔2的直径和基片1厚度比值范围为0.6～1.2，通孔2直径不大于0.5mm。通孔2直径过大容易导致填充物脱落。

b在基片1的一面溅射多层金属薄膜3，如图3所示。

本发明中的多层金属薄膜3包括电镀种子层薄膜和粘附层薄膜。

其中，电镀种子层薄膜选用Cu或Au薄膜，粘附层薄膜选用Ti、TiW或Cr薄膜。

通过上述选材，使得多层金属薄膜3可以有如下组合形式，即：Ti-Cu薄膜、TiW-Cu薄膜、Cr-Cu薄膜、Ti-Au薄膜、TiW-Au薄膜以及Cr-Au薄膜等。

另外，上述材料的粘附层可以提高电镀种子层与基片1的附着力。

在步骤b中选用溅射的方法沉积多层金属薄膜3的原因如下：

溅射能在基片1表面和通孔2内壁同时沉积金属层，而蒸发等方法大部分金属沉积在基片1表面，通孔2内壁上沉积的金属很少，不适合通孔金属化。

c在多层金属薄膜3的表面溅射或电镀可钎焊金属，诸如镍、铜等，以形成可钎焊金属层4，如图4所示。

镍和铜等可钎焊金属与钎焊材料能够形成牢固的金属间化合物，钎焊后结合力强。

d采用丝网印刷工艺在通孔2内填充半固态的钎焊材料5，如图5所示。

丝网印刷的具体过程如下：

d1制作与基片1上通孔2位置对应的钢网；

d2将钢网与基片1相贴；

d3将半固态的钎焊材料5涂覆在钢网上，利用刮板丝网印刷，使钎焊材料填充满通孔2。

丝网印刷方式可以批量填充基板通孔2，操作简便，一致性好。

填充物选择焊锡膏等半固态的钎焊材料，要求流动性不宜过大，粘附性高，粘度一般在20000～80000poise。通孔2内填充物质最好略凸出基片1表面。

e将基片1固定在玻璃板7上，然后一起放入加热装置中，加热升高至焊接温度，半固态的钎焊材料融化后形成实心金属化孔，如图6所示。

其中，加热装置选用加热台、烘箱、链式炉等即可，操作简单，易于推广。

由于玻璃板7表面平整，不与焊锡膏粘连，因此可以避免焊锡膏融化时间过长下淌。

经过该步骤e焊接之后，实心金属化孔表面往往会有助焊剂6等残留物。

f清洗去除基片通孔2上残留的助焊剂6，如图7所示。

由于焊锡膏中含有松香等有机助焊剂，因此本发明采用酒精、丙酮等有机溶剂能够对上述有机助焊剂进行有效清洗。

g在可钎焊金属层4的表面进行电镀加厚处理，形成电镀层9，从而完成基片实心金属化孔制作，以便于后期微波电路的制作，如图8所示。

本发明方法利用钎焊材料填充钎焊的方法填充通孔，通孔内为金属合金，通孔填充率高，导电性和导热性良好，成本较低，工艺中能耗成本降低。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。