【摘 要】
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随着通信频率不断增大,陶瓷介质滤波器因其体积小、重量轻、低损耗、性能好等特点成为适配5G大规模多入多出天线技术的基站主流滤波器。在陶瓷介质滤波器的使用中,其表面需要金属化来实现电磁屏蔽功能和后续基板焊接等工艺要求,金属化的质量关系到陶瓷滤波器的信号抑制能力、选频能力以及使用稳定性、可靠性。传统陶瓷表面金属化工艺存在着成本高、性能不佳等问题,且存在一定的环境污染。因此,如何在绿色、环保前提下实现陶瓷
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随着通信频率不断增大,陶瓷介质滤波器因其体积小、重量轻、低损耗、性能好等特点成为适配5G大规模多入多出天线技术的基站主流滤波器。在陶瓷介质滤波器的使用中,其表面需要金属化来实现电磁屏蔽功能和后续基板焊接等工艺要求,金属化的质量关系到陶瓷滤波器的信号抑制能力、选频能力以及使用稳定性、可靠性。传统陶瓷表面金属化工艺存在着成本高、性能不佳等问题,且存在一定的环境污染。因此,如何在绿色、环保前提下实现陶瓷介质表面的高质量、低成本金属化,对于高频通信的质量提升和5G应用普及具有重要意义。本文以绿色无污染的磁控溅射为技术手段,基于铜材料,进行了微米级厚度的铜薄膜、铜铬合金薄膜、厚铜/薄银双层薄膜作为陶瓷表面金属化应用的相关研究。针对制备的铜基金属化薄膜,进行了一系列制备工艺和性能研究,主要包括:首先研究了直流电源溅射下基底温度和基底负偏压对薄膜形貌和导电性能的影响,确定薄膜制备的基础工艺。在此工艺基础上,研究了掺杂1 at%的铬对铜薄膜的性能影响,并分析了其抗氧化机理。为扩大金属化薄膜的应用环境范围,提高其耐腐蚀性能,研究了厚铜/薄银双层结构薄膜。在对各体系薄膜的表征中,分别使用双电测四探针、AFM、XRD、XPS、电化学极化测试、电化学交流阻抗测试等分析方法研究了薄膜的电阻率、表面粗糙度、残余应力、铬元素分布、薄膜在3.6 wt%Na Cl溶液中的耐腐蚀性能和腐蚀机理。本文主要研究结论如下:1、在室温和-100 V基底负偏压下,溅射制备了低电阻率铜薄膜,薄膜厚度为2.213μm,电阻率为1.92μΩ·cm,接近铜的理想电阻率（1.75μΩ·cm）。铜薄膜的腐蚀电流密度为3.27×10-5 A·cm-2,残余应力为218.6±6.6 MPa的拉应力;2、在相同条件下制备了铜铬合金薄膜,薄膜厚度为1.893μm,电阻率为4.49μΩ·cm,应力为266.4±37.0 MPa大小的拉应力。通过电化学测试对比了铜和铜铬合金薄膜的腐蚀性能,铬可以抑制薄膜在Na Cl溶液中的阴极还原反应,铜铬合金薄膜的腐蚀电流密度为3.09×10-5 A·cm-2;3、在铜薄膜表面原位射频溅射263 nm的银制备了厚铜/薄银双层结构薄膜,其电阻率为2.09μΩ·cm。电化学测试表明,铜/银双层薄膜在溶液中无明显物质扩散过程,表面银层可以很好的保护铜不受Na Cl溶液的腐蚀,铜/银薄膜的腐蚀电流密度为1.68×10-6 A·cm-2;4、最后,使用厚铜/薄银薄膜对陶瓷介质滤波器表面进行金属化实际应用,结果显示,薄膜与陶瓷介质表面结合紧密,界面处无明显缝隙和孔洞,薄膜与陶瓷介质间具有较大的结合强度,为8.10 N/mm~2,表明其具有投入实际应用的潜力。
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