Современная электроника №4/2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2019 ра мощностью Р со скоростью осаж- дения V , а нанесение защитного слоя металла на проводящие полоски осу- ществляют после изготовления прово- дящих полосок заданной топологии, причём максимальная величина мощ- ности луча лазера Р макс. и минималь- ная величина скорости сканирования луча лазера V мин. связаны соотношени- ем Р макс. / V мин. = с ×ρ× Т кип. × S , где c – удельная теплоёмкость, ρ – плотность, Т кип. – тем- пература кипения металла, входящего в состав керамической подложки, S – пло- щадь луча лазера. При этом защитный слой на проводящие полоски наносят из низкоомного и слабоокисляюще- гося на воздухе металла гальваниче- ским или химическим методом осаж- дения. Ещё одним техническим реше- нием по лазерной обработке является способ металлизации керамики [7], характеризующийся тем, что по мень- шей мере на один участок спечённо- го керамического корпуса варистора, выполненного на основе оксида метал- ла или из карбидной керамики, нано- сят слой металлизации, при этом дан- ный участок предварительно облучают лазером для уменьшения волнистости. Способ характеризуется также тем, что часть керамического материала корпу- са варистора удаляют путём облучения лазером участка поверхности, предна- значенного для последующей металли- зации, при этом после облучения лазе- ром на керамическом корпусе обра- зуется бортик, который примыкает к облучённому участку, при этом бортик не облучают светом лазера или облуча- ют в меньшей степени, чем участок под металлизацию. Облучение части поверхности кера- мического корпуса варистора лазер- ным светом перед нанесением метал- лизации позволяет придать шерохо- ватость поверхности керамики, что обеспечивает сцепление между слоем металлизации и облучённой поверхно- стью. Другим преимуществом облуче- ния лазером является то, что можно лег- ко выбирать области и форму участков, предназначенных для металлизации. Однако у способа имеется ряд суще- ственных недостатков. В частности, при облучении лазером имеет место интен- сивное механическое воздействие (тер- монапряжение, ударные волны, газовое давление и т.д.) на керамический мате- риал с образованием на поверхности кратера с выбросом на его стенки жид- ких и твёрдых частиц (так называемый «брызговой эффект»), что приводит к образованию дефектов на поверхно- сти керамики, ухудшению структуры её поверхности и свойств. Это вызыва- ет необходимость удаления набрызгов с помощью химического травления, а также дополнительный расход матери- алов и временны ′ х затрат. Кроме того, при нанесении металлизационного слоя из газовой фазы или при терми- ческом напылении металл осаждает- ся как на облучённые, так и на необлу- чённые участки поверхности керами- ческого корпуса. При этом в областях поверхности, которые не были облу- чены лазером, сцепление осаждённо- го металла меньше, чем на облучённых участках, и его удаляют оттуда с помо- щью обработки щёткой, что увеличи- вает трудоёмкость изготовления изде- лия, т.к. добавляется ещё одна опера- ция. Кроме того, при такой обработке нарушается целостность металлизаци- онного покрытия на участках, облу- чённых лазером, особенно на грани- цах раздела облучённых и необлучён- ных участков, что приводит к браку и снижению выхода годных изделий. В случае электрохимического осажде- ния металлизационного слоя требуется обеспечить гальванический контакт с участками, что возможно за счёт специ- ального контактного устройства либо за счёт активации поверхности хлори- стым палладием или оловом. При этом осаждение металла происходит как на облучённых лазером участках, так и на необлучённых, что затрудняет его уда- ление с необлучённых участков и так- же приводит к повышению количества забракованных изделий и снижению выхода годных. П ОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Во всех перечисленных ранее источ- никах информации описываются тех- нологические методы, когда лазером воздействуют на участки, подлежащие металлизации, т.е., грубо говоря, метал- лизируют углубления на поверхности подложек после воздействия лазером. В данной же работе предлагается реше- ние по формированию заданного топо- логического рисунка и его последую- щей металлизации посредством облу- чения лазером участков поверхности подложек из спечённой керамики на основе окиси металла, нитрида метал- ла или карбида металла, удаления части керамического материала и образова- ния на поверхности керамики углу- блений и выступов. При этом лазером облучают те участки керамики, кото- Лучи лазера Керамическая подложка Металлическая плёнка Выступ Керамическая подложка Слой оксида алюминия Плёнка оксида алюминия Выступ Керамическая подложка Металлизационная паста Слой оксида алюминия Плёнка оксида алюминия Выступ Керамическая подложка Металлизационная паста Слой оксида алюминия Гальваническое покрытие из никеля Плёнка оксида алюминия Выступ Рис. 1. Технология металлизации керамической подложки с использованием лазера и теплового переноса металлизационного слоя: а) схема воздействия лазерного излучения на поверхность керамики; б) керамическая подложка в поперечном сечении после лазерного облучения с выступами и впадинами, покрытыми тонкой металлической плёнкой из алюминия; в) керамическая подложка с выступами, покрытыми окисной плёнкой, и впадинами с плёнкой оксида алюминия; г) керамическая подложка с нанесённой на неё металлизационной пастой; д) керамическая подложка с выступами, покрытыми окисной плёнкой, с нанесённой на них металлизационной пастой и слоем никеля а б в г д