LTCC表面金属化的可焊性研究
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2021-01-20
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LTCC表面金属化的可焊性研究表面金属化的可焊性研究
摘 要：采用还原气氛焊接，研究了LTCC基板的表面金属化工艺对In-Sn、Pb-Sn和Au-Sn焊料可焊性的影响。结
果表明厚膜烧结的PdAg导体可焊性较差，In-Sn和Pb-Sn焊料在其表面分别出现了不润湿和溶蚀现象。通过对
LTCC基板表面导体进行电镀改性，Cu/Ni/Au镀层提高了Pb-Sn和Au-Sn焊料的可焊性，而Cu/Ni/Sn镀层则提高
了In-Sn和Pb-Sn焊料的可焊性。，对提高可焊性的因素进行了讨论。 1 引言 新一代相控阵雷达作为高
新电子武器装备的骨干，是现代战争中不可缺少的一员。一部相控阵雷达少则数百个、多则几千个乃至上万个
多芯片微波组件，其性能的好坏直接影响相控
摘 要：采用还原气氛焊接，研究了LTCC基板的表面金属化工艺对In-Sn、Pb-Sn和Au-Sn焊料可焊性的影响。结果表明厚
膜烧结的PdAg导体可焊性较差，In-Sn和Pb-Sn焊料在其表面分别出现了不润湿和溶蚀现象。通过对LTCC基板表面导体进行
电镀改性，Cu/Ni/Au镀层提高了Pb-Sn和Au-Sn焊料的可焊性，而Cu/Ni/Sn镀层则提高了In-Sn和Pb-Sn焊料的可焊性。，对提
高可焊性的因素进行了讨论。
1 引言
新一代相控阵雷达作为高新电子武器装备的骨干，是现代战争中不可缺少的一员。一部相控阵雷达少则数百个、多则几千
个乃至上万个多芯片微波组件，其性能的好坏直接影响相控阵雷达系统技术指标。因此，多芯片微波组件不仅要求有高功率、
低噪声和高精度移相、衰减等优良的电性能指标，同时还要求幅相一致性好、可靠性高等。
微波组件接地不良会引起电场畸变，导致幅频持性变化乃至自激。接地不可靠是造成电路性能不稳定和变化的主要原因。
微波电路基板采用面焊接技术，把基片钎焊到电路盒体是的接地方案。
而钎透率直接反映接地效果，是整个技术的重要指标。电路基板的大面积接地钎焊的缺陷对微波电路的性能影响较大，通
过工艺过程中采取相应措施，减少钎焊缺陷，提高钎焊的钎透率，保证微波电路基板接地的一致性和可靠性。
本文以某型雷达中的多芯片微波组件为研究对象，通过改变LTCC的表面金属化方式和焊料，开展基板可焊性工艺技术研
究，进而实现多芯片微波组件中电路基板的高一致和高可靠的钎焊工艺。
2 实验材料与方法
由于组件或模块组装过程中可能会经历多次焊接，为了消除后道焊接对前道组装的影响，前道的组装温度必须比后道焊接
温度高。为了满足组装需求，开发出多种熔点的共晶焊料。本文分别采用低温、常温和高温区间对应的典型Sn基焊料InSn、
PbSn和AuSn,具体成份和熔点如表1所示。
InSn合金是一种典型的低熔点合金，具有较好的导电、导热性能，其熔点仅为117 ℃，且与常见的金属化层具有较好的
润湿性。PbSn合金以其优异的电学和力学性能、合理的熔点及低廉的价格被广泛应用于电子装联领域，其熔点为183 ℃，在
绝大多数电子元器件承受的温度范围内，因此，PbSn焊接又称为常温焊接。AuSn合金为典型的高温焊料，其具有较好的力学
性能、焊接无需助焊剂且铺展性能较好，熔点达到280 ℃。
LTCC基板采用DuPout951生瓷片和PdAg浆料作为导体，经过冲孔、丝网印刷、填孔、叠层和等静压等工艺后，经850
℃共烧而成。LTCC表面改性则采用电镀工艺，分别在其接地面上依次电镀Cu、Ni和Au层。
采用的钎焊设备为还原气氛烧结炉。按照LTCC基板的形状裁出In-Sn和Pb-Sn焊片和Au-Sn焊片，将装配好焊片的LTCC
基板放置于烧结炉的热台上，关闭炉门后根据图1中的温度和气氛设置进行焊接。
为了防止焊接过程中焊料的氧化，升温前采用抽真空、充氮气进行循环，进而降低炉腔内的氧气和水蒸气等有害气体。为
了减小升温对焊接件的热冲击，在升至一定温度后，保温并通入还原气氛。当热板升温至焊接温度，保温3 min,后采用氮气进
行冷却。待炉内温度降至50 ℃以下后，打开炉腔，取出焊接件。通过尺寸精度测量仪对LTCC基板进行拍照，观察焊料在
LTCC金属化层上的润湿和铺展情况，通过测量焊料的铺展面积与LTCC基板焊接面积的比值，将LTCC基板可焊性分为优、
良、中和差四等，具体划分如表2所示。
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