陶瓷金属化基板金属表面电镀镍金处理方法及制成的陶瓷金属化基板
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及陶瓷金属化基板技术领域,具体是一种陶瓷金属化基板金属表面电镀镍金处理方法及制成的陶瓷金属化基板。
背景技术
在PCB行业,基板金属表面镍金处理分两种:化学镍金和电镀镍金。
化学镍金和电镀镍金存在以下不足:
1、由于化学镍金镍层中含有8%左右的磷,常常容易出现镍腐蚀以及富磷层等导致焊点可靠性下降的风险。一些高端陶瓷金属化基板(如DBC基板)对其可焊性以及焊点可靠性要求非常高,通常化学镍金无法满足其需要。
2、对于陶瓷金属化基板,当金属线路的间距小于0.20mm时,在线路表面做化学镍金处理时,线路间距内陶瓷上将有可能会被沉积上镍金而造成线路短路。其原因在于化学镍金过程中因线路间隙太小,很难做到清洗彻底导致间隙内金属离子残留被沉积上镍金,造成线路短路。
3、对于某些特殊陶瓷金属化基板要求金层厚度达到0.2um~3um,而化学镍金无法满足这个要求。
4、由于陶瓷金属化基板一般直接采用正片制作(先电镀镍金,后做线路),容易出现镀层突沿等问题,由于镀层突沿等问题的存在,陶瓷金属化基板很难在其金属表面做电镀镍金处理。
因此,需要对现有的陶瓷金属化基板金属表面电镀镍金处理方法进行改进,以克服以上金属层线路表面化学镍金处理所带来的弊端,大大提高焊盘的可焊性以及焊点的可靠性,并解决电镀镍金带来的镀层突沿等问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点,提供一种陶瓷金属化基板金属表面电镀镍金处理方法及制成的陶瓷金属化基板,该方法设计独特巧妙,从而克服金属层线路表面化学镍金处理所带来的弊端,大大提高焊盘的可焊性以及焊点的可靠性,并解决电镀镍金带来的镀层突沿等问题,适于大规模推广应用。
为了实现上述目的,在本发明的第一方面,提供了一种陶瓷金属化基板金属表面电镀镍金处理方法,其特点是,包括以下步骤:
(1)首先在陶瓷金属化基板上制作线路;
(2)然后采用陶瓷沉积金属技术对所述陶瓷金属化基板沉积金属层,从而实现所述线路的连通;
(3)使用抗电镀镍金专用油墨覆盖所述线路的间距内的沉积金属层从而形成抗电镀镍金专用油墨覆盖层;
(4)祛除所述线路的表面上残留的抗电镀镍金专用油墨以及沉积的金属层,并研磨出平整、具有一定粗糙度的金属面进行电镀镍金;
(5)祛除所述抗电镀镍金专用油墨覆盖层;
(6)祛除所述沉积金属层。
较佳地,在所述步骤(1)中,所述陶瓷金属化基板的两端中至少一端具有导电边。陶瓷金属化基板覆盖的金属层以铜箔为例,即覆铜陶瓷基板(DBC基板),按正常DBC基板负片制作方式得到完整的DBC基板,设计图形时保留基板两端至少一端的导电边,以供电镀镍金时导电使用。
较佳地,在所述步骤(2)中,所述金属层的厚度为1um~2um。该沉积的金属层完全覆盖基板,不能有陶瓷裸露的现象。
较佳地,在所述步骤(4)中,使用手工或机器研磨从而祛除所述线路的表面上残留的油墨以及沉积的金属层。研磨可以配合专用的砂纸进行。
较佳地,在所述步骤(4)中,所述电镀镍金电镀的镍层的厚度为3um~10um,金层的厚度为0.03um~3um。
较佳地,在所述步骤(5)中,使用碱液祛除所述抗电镀镍金专用油墨覆盖层。
较佳地,在所述步骤(6)中,通过碱性蚀刻技术快速祛除所述沉积金属层。
较佳地,所述陶瓷沉积金属技术沉积的金属是铜,所述陶瓷金属化基板是陶瓷覆铜基板。
在本发明的第二方面,提供了一种金属表面电镀镍金的陶瓷金属化基板,其特点是,根据上述的陶瓷金属化基板金属表面电镀镍金处理方法制造而成。
本发明的有益效果在于:本发明通过先制作线路后电镀镍金的方法避免了因镍腐蚀以及富磷层等导致焊盘焊点可靠性下降的风险问题,解决了陶瓷金属化基板线路间距小于0.20mm其表面无法镍金处理问题或化学镍金处理后出现的短路问题,并解决电镀镍金带来的镀层突沿等问题,设计独特巧妙,适于大规模推广应用。
附图说明
图1是采用本发明的陶瓷金属化基板金属表面电镀镍金处理方法的步骤(1)得到的已经线路蚀刻完成的陶瓷金属化基板的俯视示意图。
图2是采用陶瓷沉积金属技术对图1所示的陶瓷金属化基板沉积金属层的过程剖视示意图。
图3是使用抗电镀镍金专用油墨覆盖图2的陶瓷金属化基板后的剖视示意图。
图4是祛除图3的陶瓷金属化基板的线路的表面上残留的抗电镀镍金专用油墨以及沉积的金属层,并研磨出平整、具有一定粗糙度的金属面后得到的电镀镍金之前的陶瓷金属化基板的剖视示意图。
图5是图4的陶瓷金属化基板电镀镍金后的剖视示意图。
图6是图5的陶瓷金属化基板祛除抗电镀镍金专用油墨覆盖层后的剖视示意图。
图7是图6的陶瓷金属化基板祛除沉积金属层的主视示意图。
其中,1是导电边,2是铜线路,3是陶瓷,4是沉积铜层,5是抗电镀镍金专用油墨覆盖层,6是电镀镍金层。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容,特举以下实施例详细说明。陶瓷金属化基板以覆铜陶瓷基板(DBC)基板为例,沉积的金属是铜。
●制作有导电边的DBC基板
负片制作流程:
原材料(铜片、陶瓷)-清洗-烧结-前处理-贴抗蚀干膜-曝光显像-酸性蚀刻-去膜。
工艺条件
前处理微蚀液浓度:硫酸90~200g/l;过硫酸钠80~150g/l;
温度:30℃±10℃
时间:60s~120s
制作完成的有导电边的DBC基板见图1。
●陶瓷沉铜
陶瓷沉铜技术(即前述陶瓷沉积金属技术)使DBC基板已经被蚀刻断开的铜线路通过陶瓷上所沉积的铜层连通起来实现电流导通,从而实现电镀镍金。
制作流程:入料-除油-水洗-微蚀刻-水洗-预浸-活化-水洗-陶瓷沉铜-水洗-烘干-出料
工艺条件:
除油剂:浓度10~20%
温度20℃~40℃
时间60s~180s
陶瓷沉铜:Cu2+ 1.2~5.0g/L
NaOH 2~10g/L
HCHO 3~12ml//L
陶瓷沉铜的铜沉积厚度控制在1um~2um。
陶瓷沉铜过程请见图2所示。
●覆盖抗电镀镍金专用油墨
使用抗电镀镍金专用油墨丝印覆盖陶瓷沉铜所沉积在陶瓷上的铜层,同时DBC基板铜线路表面也会有此种专用油墨的残留。
制作流程:丝印-烘干-紫外光固化
工艺条件
丝印网版:开网
烘干温度:150℃±50℃
紫外光固化能量:50~350mj
覆盖抗电镀镍金专用油墨后的陶瓷金属化基板请参见图3所示。
●研磨
通过手动或机器研磨的方式祛除DBC基板铜线路表面残留的抗电镀镍金专用油墨,并且使其表面平整并具有一定的粗糙度以利于后续电镀镍金。
研磨砂纸规格:800#~1500#氧化铝
研磨后的陶瓷金属化基板请参见图4所示。
●电镀镍金
制作流程:除油-水洗-微蚀-水洗-酸洗-水洗-活化-水洗-电镀镍-水洗-活化-水洗-电镀金-金回收-水洗-热水洗
电镀镍层:3um~10um,电镀金层:0.03um~3um
电镀后的陶瓷金属化基板请参见图5所示。
●去抗电镀镍金专用油墨覆盖层并碱性蚀刻
使用NaOH溶液祛除DBC基板线路间距内覆盖在陶瓷沉铜所沉积的铜层上的抗电镀镍金专用油墨覆盖层,然后通过碱性蚀刻工艺祛除陶瓷沉铜所沉积在陶瓷表面上的约为1um~2um的铜层。由于被蚀刻的铜层厚度为1um~2um左右,所以蚀刻后不会出现镀层突沿问题。
制作流程:去膜(即抗电镀镍金专用油墨覆盖层)-碱性蚀刻
工艺条件:
去膜液(NaOH):浓度5±2%
温度50±10℃
去膜后的陶瓷金属化基板请见图5所示。
碱性蚀刻液:浓度 氯化铜(CuCl2) 100~200g/L
氯化铵(NH4Cl) 90~110/L
氨水(NH3·H2O) 600~700mL/L
温度50℃
pH值8.5~9.5
碱性蚀刻后的陶瓷金属化基板请见图6所示,也即是本发明的金属表面电镀镍金的陶瓷金属化基板。
电镀镍金后蚀刻铜层时蚀刻药液会同时向下以及两侧攻击金属,所以需蚀刻的金属层越厚蚀刻时间就越长,两侧的金属层被攻击的就越深造成镀层突沿就越严重。如果采用正片先电镀镍金后蚀刻线路的方式来制作,蚀刻后所得到的产品存在很严重的镀层突沿问题,并且随着陶瓷金属化基板金属层厚度的增加镀层突沿越严重。镀层突沿在DBC基板焊接时突沿部分将极可能掉落在线路间距内造成短路。
本发明使用陶瓷沉积金属层导通实现电镀镍金的方式,因陶瓷沉积金属层所沉积在陶瓷表面上供电流导通的金属层厚度只有1um~2um,所以在电镀镍金后蚀刻时需蚀刻的金属层厚度同样是1um~2um,线路间距内两侧被同时攻击的金属层就几乎可以忽略不计。此制作方法解决了传统的陶瓷金属化基板正片制作方法(先电镀镍金,后蚀刻线路)所出现的镀层突沿问题。
采用本发明的方法,在陶瓷金属化基板线路表面做电镀镍处理避免了因镍腐蚀以及富磷层等导致焊盘焊点可靠性下降的风险问题,解决了陶瓷金属化基板线路间距小于0.20mm其表面无法镍金处理问题或化学镍金处理后出现的短路问题。
陶瓷金属化基板线路表面化学镍金技术金层厚度受到限制,一般在0.10um左右;虽然某些化学厚金药水可以将金层厚度提升到0.20um左右,但其镀层稳定性很差。陶瓷金属化基板线路表面电镀镍金技术解决了金层厚度的问题(厚度范围可达到:0.03um~3um),并可以根据后加工对产品的要求选择电镀软金或者电镀硬金(合金)。
因此,本发明适用于基板陶瓷厚度0.25mm~2.0mm、金属层厚度:0.1mm~0.6mm、线路间距:0.15um以上,电镀镍金处理的镍层厚度:3um~10um,金层厚度:0.03um~3um。实现陶瓷金属化基板线路表面电镀镍金并克服以上金属层线路表面化学镍金处理所带来的弊端,大大提高焊盘的可焊性以及焊点的可靠性。
综上,本发明的陶瓷金属化基板金属表面电镀镍金处理方法设计独特巧妙,从而克服金属层线路表面化学镍金处理所带来的弊端,大大提高焊盘的可焊性以及焊点的可靠性,并解决电镀镍金带来的镀层突沿等问题,适于大规模推广应用。
在此说明书中,本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是,很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此,说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。