CN112701436B - 带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非金属表面金属化领域,具体涉及一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,包括:制备种子层、包裹介质导流膜、电镀增厚金属层和取出陶瓷介质滤波器。本发明方法采用真空离子镀制备种子层再用电镀增厚金属层的组合方式进行表面金属化,在确保结合力的前提下,提高了生产效率;通过设置介质导流膜,有效解决了现有技术中盲孔和通孔结构件一次性电镀方法,无法满足陶瓷介质滤波器对表面金属层厚度一致性的要求问题。
Description
技术领域
本发明属于非金属表面金属化领域,具体涉及一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法。
背景技术
5G通信用陶瓷介质滤波器具有体积小、介电低、损耗低、热稳定性和电磁屏蔽性好的特点。陶瓷介质滤波器因介电常数高、品质因数高、温度稳定性好,还被广泛应用于无线通信、航空航天以及军用雷达等领域,用于制作各种无源微波元件,如介质电容器、微波滤波器及介质天线等。陶瓷介质表面金属层,决定着滤波器的电导损耗,从而影响滤波器的整体插损性能,因此表面金属化是制备陶瓷介质滤波器的关键技术。
目前,陶瓷介质滤波器的表面金属化技术主要包括电镀、真空离子镀和丝网印刷烧结技术。陶瓷介质滤波器金属层厚度在几个微米,真空离子镀技术制备效率低,靶材利用率低。丝网印刷烧结技术工艺流程繁琐,且银浆主要依赖进口,成本无法下调。
盲孔内电镀层制备技术主要包括:掩膜分步电镀法、孔内喷淋电镀法和添加剂方法。掩膜分步电镀法,首先在工件的平整表面用光刻胶等其他方法制备掩膜,进行表面遮挡,对孔内部电镀沉积金属层;待盲孔内金属层厚度达到预设值后取出,去除光刻胶等其他掩膜,再将带孔结构件进行整体电镀;整体电镀过程中,表面的电场强,电流密度大,电镀液流动性好,金属层生长速度快;当表面金属层厚度达到预期值后结束电镀;通过分步电镀的方法满足盲孔和表面厚度的均匀性。孔内喷淋电镀法,采用喷淋技术,增大盲孔内电镀液的流速,提高金属层的生长速率,从而做到工件孔内和表面的金属层满足厚度均匀性的要求。添加剂方法,通过抑制剂和加速剂,减薄板面铜厚并改善通孔和盲孔的均镀能力。然而,掩膜分步电镀法和孔内喷淋电镀法工序复杂,盲孔侧壁和孔底的膜层厚度均匀性难以控制,良品率低;添加剂方法增加电镀液成本,电镀金属层生长过程中会引入杂质元素,增大滤波器插损。
因此,亟待开发一种用于带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的高效均匀镀覆金属层的方法,能够有效解决盲孔和通孔结构件一次性电镀方法制备金属层厚度的一致性要求问题,简化镀覆工序,提高生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,本发明方法采用真空离子镀制备种子层再用电镀增厚金属层的组合方式进行表面金属化,在确保结合力的前提下,提高了生产效率;通过设置介质导流膜,有效解决了现有技术中盲孔和通孔结构件一次性电镀方法,无法满足陶瓷介质滤波器对表面金属层厚度一致性的要求问题。
实现本发明目的的技术方案:一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,所述方法包括以下步骤:
步骤(1)、制备种子层
使用有机溶剂超声清洗陶瓷介质滤波器,并对其进行烘干,降至室温后放入真空室,采用真空离子镀在陶瓷介质滤波器表面制备金属层,作为电镀增厚的金属种子层;
步骤(2)、包裹介质导流膜
在绝缘介质膜上制备不同孔径的电镀液导流孔,然后包裹在制备金属种子层的陶瓷介质滤波器外层;
步骤(3)、电镀增厚金属层
将包裹好介质导流膜的陶瓷介质滤波器固定于电镀夹具上,浸入电镀液中,进行金属电镀。
步骤(4)、取出陶瓷介质滤波器
电镀结束后,取出陶瓷介质滤波器,去除陶瓷介质滤波器表面的介质导流膜。
进一步地,所述步骤(1)中有机溶剂为无水乙醇,超声清洗时间为20min。
进一步地,所述步骤(1)中烘干温度为300℃,保温时间为1h。
进一步地,所述步骤(1)中真空离子镀的工艺过程为:200℃预热,真空在1×10-3Pa时,通入氩气,真空维持在7×10-2Pa,开启电弧靶电源,弧流设定50A。
进一步地,所述步骤(1)中金属层为Cu、Ni、Cr、Ag、Al、Ti或以上金属元素的合金。
进一步地,所述步骤(1)中制备的种子层的厚度为100-500nm。
进一步地,所述步骤(2)中表面处导流孔的孔径为0.05-0.5mm,相邻导流孔之间的间距为1-2mm。
进一步地,所述步骤(2)中盲孔或通孔处导流孔尺寸大于盲孔或通孔的口径。
进一步地,所述步骤(3)中电镀液为硫酸铜的光亮铜电镀液或由硝酸银和氰化钾配成的氰化银钾电镀液。
进一步地,所述步骤(3)中电镀具体为:第一步电流密度为0.5-2A/dm2,电镀时间为20min-30min,第二步电流密度为1-2.5A/dm2,电镀时间为40min-60min。
进一步地,所述步骤(3)中制备的金属层的厚度为9-20μm。
本发明的有益技术效果在于:
1、本发明的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,通过在制备了种子层的陶瓷介质滤波器表面包裹介质导流膜,在陶瓷介质滤波器的平面、盲孔和通孔等不同结构表面,设置不同孔径的导流孔;由于分布在陶瓷介质滤波器表面的电场强度远远大于分布在盲孔内部的电场强度,表面的电流密度同样远远大于盲孔内的电流密度,导致表面和盲孔或通孔内电镀层厚度不均匀。本发明通过在平面结构处,设置均匀孔径的导流孔,限制到达陶瓷介质滤波器表面的电荷;将盲孔处导流孔孔径设置为略大于盲孔的口径,等同于完全去除介质导流膜,进入盲孔内的电荷不受导流膜的影响;通过导流孔的调制,限制到达平面的电荷,有效克服电镀时,盲孔结构内的电场因屏蔽导致的电荷密度小于平面结构的问题,起到调控陶瓷介质滤波器表面和盲孔或通孔的孔内沉积速率的目的,使表面和盲孔或通孔内的膜层生长速率趋于一致,达到表面和盲孔或通孔内电镀层一次性均匀成型的效果。
2、本发明的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法中电镀增厚金属层过程中使用的电镀液是常规的硫酸铜电镀液,无需特殊配方和添加剂,有效避免引入杂质元素导致滤波器插损增大等问题。
3、本发明的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,采用真空离子镀法制备种子层再用电镀增厚金属层的组合方式进行表面金属化,工艺流程简单,工艺稳定性、重复性高,简化了制备工序,提高了生产效率。
4、本发明的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,相比传统的电镀制备金属层方法,采用真空离子镀替代电镀前的化学镀,大大降低了对环境的污染,简化了金属化工艺路线。
5、本发明的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法适用范围广泛,能够有效应用于带有盲孔或通孔结构的其他器件,满足电镀增厚金属层时对厚度均匀性的要求。
附图说明
图1为本发明所提供的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法中陶瓷介质滤波器表面和盲孔内金属层厚度检测示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
步骤(1)、制备种子层
使用无水乙醇对陶瓷介质滤波器超声清洗20min,放入烘箱中300℃保温1小时后降至室温取出;然后放入真空室中,采用真空离子镀在陶瓷介质滤波器表面制备种子层铜层,真空室200℃预热,真空在1×10-3Pa时,通入氩气,真空维持在7×10-2Pa,开启电弧铜靶电源,弧流设定50A,镀膜时间根据金属沉积速率而定,本实施例中镀膜时间为1h,制备的种子层铜层的厚度为500nm。
步骤(2)、包裹介质导流膜
采用耐酸碱和耐温性能良好的聚酰亚胺薄膜(PI膜)作为介质导流膜,使用激光打孔的方法,在PI膜表面均匀制备间距为1mm,孔径为0.1mm的电镀液导流孔,按照陶瓷介质滤波器全部包裹的尺寸进行裁剪,将制备种子层的陶瓷介质滤波器全部包裹,本实施例中盲孔的孔径约3.5mm,深度约4.2mm,将盲孔或通孔处导流孔孔径扩大,大于盲孔或通孔的口径,使盲孔和通孔完全露出。
步骤(3)、电镀增厚金属层
将包裹好介质导流膜的陶瓷介质滤波器夹持在电镀夹具上,放入硫酸铜电镀槽中,首先设定电流密度1.5A/dm2,电镀时间30min,再设定电流密度2.5A/dm2,电镀时间60min,电镀时间总计90min,制备金属铜层。
如图1所示,对陶瓷介质滤波器表面和盲孔内的金属铜层厚度分别进行测试,将测试点分为A、B、C、D、E,测试点A和E为陶瓷介质滤波器表面的金属铜层厚度,测试点B、C和D为陶瓷介质滤波器盲孔内的金属铜层厚度,测试结果参见表1。
表1陶瓷介质滤波器表面和盲孔内的金属铜层厚度结果
由表1结果可知,制备的金属铜层厚度为9-11μm范围内,均匀性为91%。
步骤(4)、取出陶瓷介质滤波器
电镀结束后,取出陶瓷介质滤波器,去除陶瓷介质滤波器表面的介质导流膜。
实施例2
步骤(1)、制备种子层
使用无水乙醇对陶瓷介质滤波器超声清洗20min,放入烘箱中300℃保温1小时后降至室温取出;然后放入真空室中,采用真空离子镀法在陶瓷介质滤波器表面制备种子层钛加铜层,真空室200℃预热,真空在1×10-3Pa时,通入氩气,真空维持在7×10-2Pa,先开启电弧钛靶电源,弧流设定50A,镀膜时间20min;然后关闭钛靶电源,开启铜靶电源,弧流设定50A,镀膜时间为48min;制备的种子层厚度为钛层100nm,铜层400nm。
步骤(2)、包裹介质导流膜
采用耐酸碱和耐温性能良好的聚酰亚胺薄膜(PI膜)作为介质导流膜,使用激光打孔的方法,在PI膜表面均匀制备间距为2mm,孔径为0.3mm的电镀液导流孔,按照陶瓷介质滤波器全部包裹的尺寸进行裁剪,将制备种子层的陶瓷介质滤波器全部包裹,本实施例中盲孔的孔径约3.5mm,深度约4.2mm,将盲孔或通孔处导流孔孔径扩大,大于盲孔或通孔的口径,使盲孔和通孔完全露出。
步骤(3)、电镀增厚金属层
将包裹好介质导流膜的陶瓷介质滤波器夹持在电镀夹具上,放入氰化银钾电解液电镀槽中,首先设定电流密度0.5A/dm2,电镀时间20min,再设定电流密度1A/dm2,电镀时间40min,电镀时间总计60min,制备金属银层。
如图1所示,对陶瓷介质滤波器表面和盲孔内的金属银层厚度分别进行测试,将测试点分为A、B、C、D、E,测试点A和E为陶瓷介质滤波器表面的金属银层厚度,测试点B、C和D为陶瓷介质滤波器盲孔内的金属银层厚度,测试结果参见表2。
表2陶瓷介质滤波器表面和盲孔内的金属银层厚度结果
由表2结果可知,制备的金属银层厚度为13-16μm范围内,均匀性为95%。
步骤(4)、取出陶瓷介质滤波器
电镀结束后,取出陶瓷介质滤波器,去除陶瓷介质滤波器表面的介质导流膜。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (10)
1.一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤(1)、制备种子层
使用有机溶剂超声清洗陶瓷介质滤波器,并对其进行烘干,降至室温后放入真空室,采用真空离子镀在陶瓷介质滤波器表面制备金属层,作为电镀增厚的金属种子层;
步骤(2)、包裹介质导流膜
在绝缘介质膜上制备不同孔径的电镀液导流孔,然后包裹在制备金属种子层的陶瓷介质滤波器外层;其中,导流孔为均匀孔径设置,且盲孔或通孔处导流孔尺寸大于盲孔或通孔的口径;
步骤(3)、电镀增厚金属层
将包裹好介质导流膜的陶瓷介质滤波器固定于电镀夹具上,浸入电镀液中,进行金属电镀;
步骤(4)、取出陶瓷介质滤波器
电镀结束后,取出陶瓷介质滤波器,去除陶瓷介质滤波器表面的介质导流膜。
2.根据权利要求1所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(1)中有机溶剂为无水乙醇,超声清洗时间为20min。
3.根据权利要求1所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(1)中烘干温度为300℃,保温时间为1h。
4.根据权利要求1所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(1)中真空离子镀的工艺过程为:200℃预热,真空在1×10-3Pa时,通入氩气,真空维持在7×10-2Pa,开启电弧靶电源,弧流设定50A。
5.根据权利要求4所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(1)中金属层为Cu、Ni、Cr、Ag、Al、Ti或以上金属元素中任意两种元素组成的合金。
6.根据权利要求5所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(1)中制备的种子层的厚度为100-500nm。
7.根据权利要求1所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(2)中表面处导流孔的孔径为0.05-0.5mm,相邻导流孔之间的间距为1-2mm。
8.根据权利要求1所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(3)中电镀液为硫酸铜的光亮铜电镀液或由硝酸银和氰化钾配成的氰化银钾电镀液。
9.根据权利要求8所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(3)中电镀具体为:第一步电流密度为0.5-2A/dm2,电镀时间为20min-30min,第二步电流密度为1-2.5A/dm2,电镀时间为40min-60min。
10.根据权利要求9所述的一种带有盲孔和通孔的陶瓷介质滤波器的均匀电镀增厚方法,其特征在于,所述步骤(3)中制备的金属层的厚度为9-20μm。
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