CN114497961A - 一种微带环行器焊料膜层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种微带环行器焊料膜层的制备方法，包括S10，通过磁控溅射工艺在铁氧体基片的底面制备种子层；S20，通过光刻工艺在所述种子层靠近铁氧体基片的一侧表面上制备胶层图形；S30，通过电镀机在所述种子层背离铁氧体基片的一侧表面上交替沉积金金属和锡金属；S40，进行退火处理，使金金属与锡金属之间相互扩散，形成金锡焊料层。本发明提出的方法简单实用、易于操作、成本低，解决了微带环行器焊接空洞率高，焊料片在局部焊接定位困难，铁氧体表面膜层附着力差的的工艺问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁氧体微带环行器用镀膜领域。更具体地，涉及一种微带环行器焊料膜层的制备方法。
背景技术
铁氧体环行器作为一种重要的微波铁氧体器件，目前广泛应用于雷达、微波通信和微波测量等领域，在实现微波信号发射和环行接收的同时，对反向传输的微波信号进行隔离，起到稳定和保护微波发射电路的作用。根据传输线形式的划分，目前常见的环行器有微带环行器、带线环行器和波导环行器。微带环行器是一种平面结构器件，容易实现电路的集成，在相控阵雷达等微波系统中广泛应用。
常见的微带环行器是采用全铁氧体基片的形式，在铁氧体基片上溅射薄膜电路图形，在外加永磁体的作用下，实现信号的环行传输。由于铁氧体材料本身为陶瓷类材料，膨胀系数与装配腔体相差较大，需要在环行器背面焊接金属焊片提高可靠性。常规产品使用锡银铜或锡铅焊料，在焊接产品时易产生“攀爬”效应，导致产品合格率降低，同时在环形器的后续使用中，经常需要进行多次焊接。容易对器件造成开路等不良状态，因此需要梯度焊料进行焊接。金锡材料具有良好的抗热疲劳性质和较高的热导率，高的烧焊可靠性、剪切强度以及抗腐蚀性使之在封装工艺中备受关注。金锡焊料存放过程中不易被氧化，使用不需要添加助焊剂，及其无铅优势，使得其应用方法上便于推广。但金锡焊料价格昂贵，焊片在局部小面积，多点焊接的情况下定位困难。需要直接在环行器背面膜层上制备金锡膜层来解决问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种微带环行器焊料膜层的制备方法，以解决解决微带环行器焊接空洞率高，焊料片在局部焊接定位困难，铁氧体表面膜层附着力差的的工艺技术难题。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种微带环行器焊料膜层的制备方法，包括：
S10，通过磁控溅射工艺在铁氧体基片的底面制备种子层；
S20，通过光刻工艺在所述种子层靠近铁氧体基片的一侧表面上制备胶层图形；
S30，通过电镀机在所述种子层背离铁氧体基片的一侧表面上交替沉积金金属和锡金属；
S40，进行退火处理，使金金属与锡金属之间相互扩散，形成金锡焊料层。
此外，优选地方案是，所述S10包括以下步骤：
S101，将铁氧体基片放入镀膜机的工件盘；
S102，将工件盘放入镀膜机的进样室，预抽真空；
S103，进样室的真空度低于0.2Pa时，将工件盘放入真空室；
S104，开启高真空阀，抽高真空；
S105，当真空室的真空度达到5×10-4Pa时，开启工件盘的转动开关，同时开启加温开关，给真空室加温；
S106，对转架以及铁氧体基片进行清洗；
S107，进行种子层的制备。
此外，优选地方案是，所述对转架以及待镀工件进行清洗包括：
使用GIS气体离子源对转架以及铁氧体基片进行清洗，使用电源设定150W，清洗时间10min。
此外，优选地方案是，所述S105中给真空室加温采用阶梯升温工艺。
此外，优选地方案是，所述通过光刻工艺在所述种子层靠近铁氧体基片的一侧表面上制备胶层图形包括：
使用匀胶机，热板，曝光机，显影机在种子层靠近铁氧体基片的一侧表面上制备电镀图形及电镀工艺线。
此外，优选地方案是，在所述种子层背离铁氧体基片的一侧表面上交替沉积金金属和锡金属，形成符合8:2比例的原子层。
此外，优选地方案是，所述退火处理的温度为200-250℃。
此外，优选地方案是，在所述步骤S10之前所述方法还包括：
S01，使用28KHz和80KHz混频超声清洗去除铁氧体基片的加工表面的粉尘；
S02，使用乙醇-丙酮溶剂去除铁氧体基片的加工表面的有机物。
此外，优选地方案是，在完成种子层的制备后，采用阶梯降温工艺对铁氧体基片降温至室温。
此外，优选地方案是，对种子层进行膜层附着力检测和膜层厚度检测。
本发明的有益效果如下：
针对现有技术中存在的技术问题，本申请实施例提供一种微带环行器焊料膜层的制备方法，本发明提出的方法简单实用、易于操作、成本低，解决了微带环行器焊接空洞率高，焊料片在局部焊接定位困难，铁氧体表面膜层附着力差的的工艺问题。使用该方法加工的铁氧体表面附着力和膜间结合力超过2kg/mm2，膜层不均匀度低于10％，可以实现局部焊接，焊接空洞率率低于5％。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明所提供的微带环行器焊料膜层的层结构示意图。
图2示出本发明所提供的微带环行器焊料膜层的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种微带环行器表面焊料膜层的制备方法，现有的铁氧体环行器从上至下依次为磁钢、介质片、铁氧体基片、焊料片以及金属载体片，本发明实施例所提供的方法将焊料片直接预制在铁氧体基片的背面膜层上，如图1-2所示，具体地，包括以下步骤：
S10，利用镀膜机，采用磁控溅射工艺在铁氧体基片的底面制备种子层101；
S20，通过光刻工艺在所述种子层101靠近铁氧体基片的一侧表面上制备胶层图形(图未示出)；
S30，通过电镀机在所述种子层101背离铁氧体基片的一侧表面上交替沉积金金属和锡金属，在种子层101背离铁氧体基片的一侧表面上形成Au-Sn-Au-Sn-Au膜层；
S40，进行退火处理，使金金属和锡金属之间相互扩散，形成金锡焊料层。
在一个具体地实施例中，所述种子层101为形成在所述铁氧体基片的底面的Cr-Au膜层，步骤S10包括以下步骤：
S101，将铁氧体基片放入镀膜机的工件盘，转动工件盘检查是否转动自如；
S102，将工件盘放入镀膜机的进样室，预抽真空；
S103，当进样室的真空度低于0.2Pa时，将工件盘送入真空室；
S104，打开高真空阀，抽高真空；
S105，当真空室的真空度达到5×10-4Pa时，打开工件盘转动电源开关，铁氧体基片转动，同时打开加温开关，给真空室加热，加热采用阶梯升温工艺；
S106，镀膜前，使用GIS气体离子源对转架及铁氧体基片进行清洗，使用电源设定150w，打开接地，清洗时间10min；
S107，在铁氧体基片的背面制备Cr-Au膜层。
需要说明的是，在步骤S104中，打开高真空阀时需保证低温泵的预真空时间必须在180min以上。
在一个具体地实施例中，在铁氧体基片进入镀膜机内之后，镀膜之前，需要对铁氧体基片进行清洗，本实施例中选用GIS气体离子源进行镀前清洗，避免了利用超声清洗及离子清洗时，超声空化效应及离子清洗会造成胶层及膜层损伤的问题。
在一个具体地实施例中，在对真空室进行加热时，应采用阶梯升温工艺进行加热。
在一个具体地实施例中，在种子层101制备完成后，执行步骤S20，在种子层101与铁氧体基片接触的一面(即溅射铬层)上通过光刻工艺制备胶层图形，具体地，利用匀胶机、热板、曝光机以及显影机在种子层101上加工出电镀图形以及电镀工艺线。
在一个实施例中，在光刻后，执行步骤S30在种子层101背离铁氧体基片的一侧表面(即溅射金层)上交替沉积金金属和锡金属，形成符合8:2比例的原子层。
在一个具体地实施例中，使用管式炉对光刻后的铁氧体基片进行退火处理，退火处理的温度为200-250℃。退火处理可以使金、锡之间相互扩散，最终形成具有较高一致性金锡焊料层。
在本实施例中，在将铁氧体基片放入镀膜机进行种子层101的制备之前，需要对铁氧体基片的表面进行清洗，具体地，包括以下步骤：
S01，使用28KHz和80KHz混频超声清洗去除铁氧体基片的加工表面的粉尘；
S02，使用乙醇-丙酮溶剂去除铁氧体基片的加工表面的有机物。
在一个具体地实施例中，在种子层101制备完成后，需要对铁氧体基片进行降温，具体地，应采用梯度降温工艺将铁氧体基片降温至室温。
在本实施例中，铁氧体基片降温至室温后，将加工有种子层的铁氧体基片自镀膜机取出，对种子层101进行膜层附着力检测和膜层厚度检测。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种微带环行器焊料膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，通过磁控溅射工艺在铁氧体基片的底面制备种子层；
S20，通过光刻工艺在所述种子层靠近铁氧体基片的一侧表面上制备胶层图形；
S30，通过电镀机在所述种子层背离铁氧体基片的一侧表面上交替沉积金金属和锡金属；
S40，进行退火处理，使金金属与锡金属之间相互扩散，形成金锡焊料层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S10包括以下步骤：
S101，将铁氧体基片放入镀膜机的工件盘；
S102，将工件盘放入镀膜机的进样室，预抽真空；
S103，进样室的真空度低于0.2Pa时，将工件盘放入真空室；
S104，开启高真空阀，抽高真空；
S105，当真空室的真空度达到5×10-4Pa时，开启工件盘的转动开关，同时开启加温开关，给真空室加温；
S106，对转架以及铁氧体基片进行清洗；
S107，进行种子层的制备。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对转架以及待镀工件进行清洗包括：
使用GIS气体离子源对转架以及铁氧体基片进行清洗，使用电源设定150W，清洗时间10min。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S105中给真空室加温采用阶梯升温工艺。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过光刻工艺在所述种子层靠近铁氧体基片的一侧表面上制备胶层图形包括：
使用匀胶机，热板，曝光机，显影机在种子层靠近铁氧体基片的一侧表面上制备电镀图形及电镀工艺线。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述种子层背离铁氧体基片的一侧表面上交替沉积金金属和锡金属，形成符合8:2比例的原子层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为200-250℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S10之前所述方法还包括：
S01，使用28KHz和80KHz混频超声清洗去除铁氧体基片的加工表面的粉尘；
S02，使用乙醇-丙酮溶剂去除铁氧体基片的加工表面的有机物。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在完成种子层的制备后，采用阶梯降温工艺对铁氧体基片降温至室温。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对种子层进行膜层附着力检测和膜层厚度检测。
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