CN103058699A - 陶瓷基板上进行选择性金属化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种陶瓷基板上进行选择性金属化的方法，首先将活性焊料选择性地形成于陶瓷基板的表面的预定区域上，并将金属层贴附在具活性焊料的陶瓷基板后对该活性焊料进行硬焊处理，接着，形成蚀刻阻层于该金属层上且进行蚀刻，最后，移除该蚀刻阻层。本发明的方法可适用于较严苛的工艺环境，且同时能避免陶瓷基板与金属层间发生贝壳状破裂，不仅简化工艺且可提高产品良率。

Description

陶瓷基板上进行选择性金属化的方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基板上进行选择性金属化的方法，尤其涉及一种以硬焊(Brazing)方式在陶瓷基板上的选择性区域形成金属层的方法。
背景技术
常见的陶瓷基板上进行选择性金属化的方法可分为两种，以金属铜为例，第一种通过于陶瓷覆铜板(DBC)后对铜层进行选择性蚀刻，而另一种则是在选择性沉积或整面镀铜的电镀铜(DPC)方式后选择性蚀刻铜层。
如图1A-图1E所示，其为现有陶瓷覆铜板工艺方法的剖视图。以DBC进行选择性金属化的方法需于高温及特定含氧量下进行，在图1A中，提供一铜层1且该铜层1表面经氧化形成氧化亚铜11薄层，在图1B中，将铜层1和陶瓷基板2接合，由该氧化亚铜11薄层所构成的共晶层12，冷却后通过Cu-Al-O化学键接，使得铜层1与陶瓷基板2接合而形成陶瓷覆铜板5。接着，如图1C及图1D所示，在陶瓷覆铜板5上形成蚀刻阻层3，并将陶瓷覆铜板5上未受蚀刻阻层3保护而曝露的铜层1蚀刻移除，最后，如图1E所示，移除该蚀刻阻层3以完成陶瓷基板的选择性金属化。
然而，以DBC工艺作选择性金属化仍存在许多缺点，例如陶瓷基板与铜层是以接近铜熔点的共晶温度作接合，为避免铜熔融，会使得该工艺可操作温度区间极小，如此在批次量产中，高温炉不同位置的气氛及温度难一致，易有良率上问题。而目前共晶接合的陶瓷基板是以低热传导系数的氧化铝为主，但高热传导系数的陶瓷基板，如氮化铝(AlN)或碳化硅(SiC)，则因润湿性不足或未能形成Cu-Al-O键结而难以与铜层接合，对于高热传导或高散热的金属化陶瓷基板应用极受限制。此外，因DBC工艺是采Cu-Cu2O共晶接合，故，除铜金属外，无法使用其它金属材质与陶瓷基板作接合，且现有DBC工艺的陶瓷基板与铜层之间存在非沿着晶格且不规则破裂的贝壳状破裂(ConchoidalFracture)，主要由于其热胀冷缩不匹配所造成的内应力，间接影响其可靠度及使用寿命。
再参考图2A-图2E，其为现有镀铜基板工艺方法的剖视图。以DPC进行选择性金属化的方法如下，在图2A中，先于陶瓷基板2的表面形成接着层/导电层4，接着在图2B中，在该接着层/导电层4上形成防止金属沉积的阻层6，并直接以电镀铜方式在未受该阻层6保护而曝露的该接着层/导电层4上沉积特定厚度的金属层1，如图2C所示，接着在图2D和图2E中，先移除阻层6后进行表面微蚀以完成陶瓷基板的选择性金属化。
又图3A-图3E所示的工艺为现有镀铜基板另一工艺方法的剖视图，其中，如图3A所示，先在陶瓷基板2上产生接着层/导电层4，之后如图3B所示，对陶瓷基板2表面进行电镀铜工艺，使得接着层/导电层4上形成铜层1而成为陶瓷覆铜板5，接着，在图3C中，于陶瓷覆铜板5上形成蚀刻阻层3，接着如图3D所示，将陶瓷覆铜板5上未受蚀刻阻层3保护而曝露的铜层6及接着层/导电层4蚀刻移除，最后，移除该蚀刻阻层3而形成如图3E所示的陶瓷基板的选择性金属化。
然而，以DBC作选择性金属化存在缺点，例如铜层与陶瓷基板以接着层接合，而接着层是以溅镀或蒸镀钛(Ti)或钛钨(TiW)的物理性键结，故附着性不如化学键结优异，无法用于高温或大温差的情况。此外，利用电镀来形成铜层(DPC工艺)，因电镀沉积工艺耗时，对于产能会有明显影响，且以电镀形成铜层，在电流密度受电镀槽设计结构、阻层图案和陶瓷基板边缘效应影响下，会造成铜层厚度不一。而所使用材料受到可电镀性限制，仅能使用铜或镍，而无法以其它金属与陶瓷基板作接合。
因此，如何提供一种有高接合度的金属化陶瓷基板的工艺，能解决现有陶瓷基板及金属层的适用环境及材料选择的局限，且可降低陶瓷基板及金属层间的内应力所产生的贝壳状破裂的情况，实属本领域的技术人员所应面对的课题。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于利用硬焊技术使得陶瓷基板与金属层具有紧密接合。
为达前述目的及其它目的，本发明提供一种陶瓷基板上进行选择性金属化的方法，其包括：将活性焊料形成于该陶瓷基板的表面的预定区域上；将金属层贴附于具有该活性焊料的该陶瓷基板的表面上且对该活性焊料进行硬焊处理；形成蚀刻阻层于该金属层的预定区域上且对该金属层进行蚀刻；以及移除该蚀刻阻层。
在上述发明中，活性焊料是形成于陶瓷基板上，但本发明不限于此，在另一实施例中，也可以选择性形成一层活性焊料于铜片上，再与陶瓷基板进行贴附及后续的硬焊及蚀刻工艺。
于一实施例中，该活性焊料具有特定比例的活性金属。
于另一实施例中，该活性焊料以印刷、喷涂或贴附方式形成。
于又一实施例中，该蚀刻阻层与该陶瓷基板的表面上所形成该活性焊料相对应。
本发明又提出一种陶瓷基板上进行选择性金属化的方法，其包括：对金属层的预定区域进行预定深度蚀刻，以于该金属层上形成蚀刻区域及保留区域；将活性焊料形成于该金属层的保留区域上；将具有该活性焊料的金属层贴附于陶瓷基板上且对该活性焊料进行硬焊处理；以及对该金属层进行蚀刻以移除该金属层的蚀刻区域。
于一实施例中，该金属层为铜层、铝层或不锈钢层。
相较于现有技术，本发明提出一种陶瓷基板上进行选择性金属化的方法，通过用活性焊料进行硬焊处理，以增加陶瓷基板与金属层间的接合可靠度，且由于非采用电镀或共晶接合，故不会如现有方法局限陶瓷基板及金属层的材质，且其工艺可适用于高温或温差极大的环境，另外，也可避免现有陶瓷基板与金属层间的贝壳状破裂或附着性差等问题，不仅能简化工艺，同时也提高产品良率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A至图1E为现有陶瓷覆铜板工艺方法的剖视图；
图2A至图2E为现有镀铜基板工艺方法的剖视图；
图3A至图3E为现有镀铜基板另一工艺方法的剖视图；
图4A至图4E为本发明的陶瓷基板上形成选择性金属的方法的第一实施例的剖视图；以及
图5A至图5D为本发明的陶瓷基板上选择性金属形成的方法的第二实施例的剖视图。
主要组件符号说明
1     铜层
11    氧化亚铜
12    共晶层
2     陶瓷基板
3     蚀刻阻层
4     接着层/导电层
5     陶瓷覆铜板
6     阻层
10    金属层
101   保留区域
102   蚀刻区域
20    陶瓷基板
30    蚀刻阻层
40    活性焊料
具体实施方式
以下借由特定的具体实施形态说明本发明的技术内容，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明也可借由其它不同的具体实施形态加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
本说明书所附的附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本发明的范围。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」或「一」等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，也当视为本发明可实施的范畴。
第一实施例
请参阅图4A至图4E，其为本发明的陶瓷基板上进行选择性金属化的方法的第一实施例的剖视图，其主要通过硬焊处理以产生高可靠度的陶瓷基板的选择性金属化结构。
如图4A所示，首先提供一陶瓷基板20，于该陶瓷基板20上的预定区域选择性形成活性焊料40，此处所述选择性是指于陶瓷基板20上选择性地涂布活性焊料40于某些区域。其中，该活性焊料40可为镍基或银基等焊料，且该活性焊料40内含有特定比例的活性金属，例如：钛(Ti)、锆(Zr)或铌(Nb)等，有助于增加活性焊料40于陶瓷基板20的表面上的润湿性(Wettability)。此外，该活性焊料40可为如膏状、粉末状或薄膜状(Foil)的焊料，且可通过印刷、喷涂或贴附的方式进行涂布。
如图4B所示，将金属层10贴附于具有该活性焊料40的该陶瓷基板20的表面，接着对活性焊料40进行硬焊程序处理，使得陶瓷基板20与金属层10在具有活性焊料40区域产生高可靠度接合，以成为金属覆于陶瓷基板上的结构。
如图4C所示，于该金属层10上形成蚀刻阻层30，其中，蚀刻阻层30形成位置与陶瓷基板20的表面上所形成该活性焊料40的位置相对应，也就是金属层10一侧具有该活性焊料40，而相对侧的对应位置则为该蚀刻阻层30形成的处。
如图4D所示，选择性对金属层10进行蚀刻步骤，在金属层10上所形成的蚀刻阻层30，可为以干膜及微影工艺所产生特定图案的保护层，因而对未受蚀刻阻层30保护而曝露的金属层10作蚀刻移除，其中，蚀刻移除的区域即为未涂布活性焊料40的区域。
如图4E所示，在对金属层10蚀刻完成后，即可移除该蚀刻阻层30，以完成陶瓷基板的选择性金属化。
前述的陶瓷基板20除了常用的氧化铝外，也可使用氮化铝或碳化硅，而金属层10除了常见的铜外，还可为铝材或不锈钢等材质。于现有如图1A-图1E所示的陶瓷覆铜板结构中，其金属层的接合是采用Cu-Cu2O共晶接合，因而除铜金属外，无法使用其它金属材质与基板作接合。又，如图2A-图2E及图3A-图3E所示利用电镀铜方式，由于金属需电镀产生，故在材料选择上也受到可电镀材料的限制，较常见的仅为铜或镍。因此，本发明利用活性焊料进行硬焊，使得陶瓷基板20及金属层10在材料选择上更具弹性。
需补充说明者，由于活性焊料40不易通过蚀刻移除，故本发明的特色在于通过选择性在特定区域涂布活性焊料40，使得未涂布活性焊料40的区域的金属层10移除，且于金属层10移除的陶瓷基板20上不会有焊料残留，而完成陶瓷基板的选择性金属化。
此外，依据本实施例的另一实施例，如图4A和图4B所示，可将活性焊料40先涂布于该金属层10，再作陶瓷基板20与金属层10间的接合，也可完成陶瓷基板的选择性金属化。
第二实施例
请参阅图5A至图5D，其为本发明的陶瓷基板上选择性金属形成的方法的第二实施例的剖视图。
如图5A所示，首先提供具有蚀刻区域102及保留区域101的金属层10，也就是先通过干膜、光阻或其它方式对金属层10作选择性蚀刻，使得经蚀刻的蚀刻区域102具有一特定深度，而该保留区域101则将与陶瓷基板20接合。
如图5B所示，于该金属层10的保留区域101上形成活性焊料40，该活性焊料40可为镍基或银基等活性焊料，其中，该活性焊料40含有特定比例的活性金属，如钛、锆或铌等，且可为膏状、粉末状或薄膜状(Foil)的焊料，并经过印刷、喷涂或贴附等方式涂布于该保留区域101上。
如图5C所示，将具有该活性焊料40的该金属层10贴合于陶瓷基板20上，随后对活性焊料40进行硬焊处理，使得陶瓷基板20与金属层10在具有活性焊料40区域产生高可靠度接合。
如图5D所示，进行金属层10的蚀刻步骤，也就是蚀刻该金属层10以移除该金属层10的该蚀刻区域102。于此选择性对金属层10进行蚀刻步骤，所蚀刻部分是指未涂布有活性焊料40的蚀刻区域102，使得未与该金属层10贴附的表面曝露，以完成陶瓷基板的选择性金属化。
上述进行金属层10的蚀刻步骤也可以对金属层10做全面性蚀刻，所蚀刻部分是指包含蚀刻区域102及保留区域101，由于保留区域101的金属层较厚以用于与陶瓷基板20接合，故在蚀刻速率相等下，全面性蚀刻后的蚀刻区域102将全部移除，而与陶瓷基板20接合的保留区域101仍会有特定厚度的金属层10保留，而完成陶瓷基板的选择性金属化
同样地，前述陶瓷基板20可为氧化铝、氮化铝或碳化硅等，而金属层10可为铜、铝或不锈钢等材质，相对现有工艺，本发明以活性焊料进行硬焊，使得陶瓷基板20及金属层10在材料选择上极具弹性。
此外，依据本实施例的另一实施例，于图5B和图5C中，还可将活性焊料40先涂布于该陶瓷基板20上，之后再作陶瓷基板20与金属层10间的接合，也可完成本实施例的陶瓷基板的选择性金属化。
借由本发明所述的工艺，由于硬焊温度可操作的区间较大，故提高批次量产的良率，且利用硬焊工艺处理，对于陶瓷基板及金属层的材料选择较具弹性，不会造成现有方式产生局限。另外，利用硬焊接合的可靠度较佳，且解决陶瓷基板与金属层间的贝壳状破裂或附着性差等问题，因而在高温或温差极大的环境下也可使用，最后，因金属层是以特定厚度板材与陶瓷基板作接合，故不会有厚度不均的问题。
综上所述，本发明的陶瓷基板上进行选择性金属化的方法，利用硬焊处理，使得金属层与陶瓷基板间可达到紧密接合，相较于现有技术，可提供陶瓷基板的选择性金属化更佳工艺及较高产品良率。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种陶瓷基板上进行选择性金属化的方法，其特征在于，包括：
将活性焊料形成于该陶瓷基板的表面的预定区域上；
将金属层贴附于具有该活性焊料的该陶瓷基板的表面上且对该活性焊料进行硬焊处理；
形成蚀刻阻层于该金属层的预定区域上且对该金属层进行蚀刻；以及
移除该蚀刻阻层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该活性焊料为镍基焊料或银基焊料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该活性焊料具有特定比例的活性金属。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该活性焊料以印刷、喷涂或贴附方式形成于该陶瓷基板的表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该蚀刻阻层的位置与形成于该陶瓷基板的表面上的活性焊料的位置相对应。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该金属层为铜层、铝层或不锈钢层。
7.一种陶瓷基板上进行选择性金属化的方法，其特征在于，包括：
对金属层的预定区域进行预定深度蚀刻，以于该金属层上形成蚀刻区域及保留区域；
将活性焊料形成于该金属层的保留区域上；
将具有该活性焊料的金属层贴附于陶瓷基板上且对该活性焊料进行硬焊处理；以及
对该金属层进行蚀刻以移除该金属层的蚀刻区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该活性焊料为镍基焊料或银基焊料。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该活性焊料具有特定比例的活性金属。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该活性焊料以印刷、喷涂或贴附方式形成于该金属层上。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该金属层为铜层、铝层或不锈钢层。
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