CN103429003A - 陶瓷金属化散热板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷金属化散热板的制造方法，在陶瓷基板表面形成线路之前，经雷射钻孔步骤，在陶瓷基板上形成孔洞；再以垂直连续式溅镀法，在确保陶瓷基板洁净的情况下在其表面形成具有导电作用的导电层铜；再经光阻、曝光、显影等制程形成反向干膜线路；然后以先打底电镀再电镀的方式，镀厚铜线路及填孔；接着，经过水平式去膜线或浸泡式去膜槽去膜，加压水洗、超音波震荡等方式去除光阻；最后，利用磨刷整平、印刷防护及在铜线路镀上金属层的表面改质等步骤，完成陶瓷基板的金属化制程。
Description
技术领域
本发明有关一种陶瓷金属化散热板的制造方法，特别指可制得具有良好散热效率的陶瓷金属化散热板的制造方法。
背景技术
由于电子产业的快速发展，电路板上的电路密度越来越高，造成在使用时电路板所积聚的废热越来越不易散除。
高功率LED需求逐渐增加，造成散热基板所要承载的热量大幅提升，使得散热基板从旧有PCB提升为MCPCB基板，然而，在更高功率LED的大量使用下，因为MCPCB基板的介电层与基板热膨胀系数不匹配而导致板爆及断路，而且其存在不抗高AC电压的问题，近期逐渐改为采用陶瓷作为散热材料。
陶瓷材料DBC(Direct Bonded Copper)及DPC(DirectPlated Copper)加工方式起源于1930年，此技术因现今LED产业的蓬勃发展而大放异彩，DBC技术虽具有高导热与易加工等特性，但厚铜伴随强大的热应力在高温下也会导致产品的稳定度下降。
有鉴于此，发明人着手进行研究改良，经长期研究、测试，终于开发完成本发明。
发明内容
本发明旨在提供一种陶瓷金属化散热板的制造方法，经雷射钻孔步骤，在陶瓷基板表面形成预定的连接孔洞，藉此，孔洞的孔径可以控制在经电铸填孔制程时，能一次填实，不需二次填料。
根据本发明的陶瓷金属化散热板的制造方法，其雷射钻孔是从基板的背面进行，如此能使基板表面形成的孔洞为较小孔径，以利于一次填实的电铸填孔制程，是本发明的第一目的。
根据本发明的陶瓷金属化散热板的制造方法，进一步使用垂直连续式溅镀法在基板上沉积导电层铜(Cu)，在进行溅镀时可避免落尘掉落在基板上，以提升整体产出效率，是本发明的第二目的。
至于本发明的详细构造、应用原理、作用与功效，参照下列根据附图所作的说明即可得到完全了解。
附图说明
图1是本发明的制作步骤流程图。
主要步骤符号说明：
102：钻孔步骤
103：清洁步骤
104：导电铜层沉积步骤
105：黄光微影成像步骤
106：电铸填孔步骤
107：剥膜步骤
108：蚀刻步骤
109：磨刷步骤
110：绝缘层防护印刷步骤
111：表面改质步骤
具体实施方式
本发明的陶瓷金属化散热板的制造方法，包含以下步骤：
第一步骤为钻孔步骤102：使用聚焦的高温雷射，对上色后的陶瓷基板以气化方式钻孔加工。为了克服钻孔为上大下小的圆椎状，钻孔加工的位置是在基板的背面，以便线路正面得以形成较小孔径；
第二步骤为清洁步骤103：利用氯化铁(H2SO4、HCL)或有机溶剂将基板表面可能残留的金属与有机物清除，最后利用超音波水洗将基板上导通孔内的融渣清洁干净，以确保基板上没有其它会影响后续制程的物质存在；
第三步骤为导电铜层沉积步骤104：当陶瓷基板完成钻孔且清洁干净后，为使陶瓷基板的表面得以进行电铸，本发明利用垂直连续式溅镀法，在基板上沉积导电层铜(Cu)，并且加上一层中介层(TiCu合金、Ti、TiW合金或NiCr合金)于铜与基板之间以增加线路附着性；
使用垂直连续式溅镀法时，垂直式靶材位于腔体的左右侧，在进行溅镀时，可同时双面沉积，落尘不会直接掉落于基板上，以提升整体产出效率，而利用滚轮式(roll to roll)，更有较小体积的预抽腔体，能大幅降低抽真空与破真空的时间。其中，所述滚轮式(roll to roll)是输送带的意思。降低破真空及抽真空的原因是，在反应腔体前后加入小腔体，在小腔体把真空抽到与主腔体一样低时再打开闸门送入主腔体，等溅度完毕后，打开腔体送入破真空小腔体进行出料，所以可以大幅降低抽真空与破真空的时间。
并且，在腔体的最前段加装了离子枪进行清洁的动作，确保基板在进入溅镀腔体内时其表面是完全洁净的状态，进而确保溅镀完成后金属层于基板的附着性是可靠的。
第四步骤为黄光微影成像步骤105：是在第一层金属上覆盖不同层数的负型干膜光阻，再依照不同需求的第二层金属厚度，选择适合干膜光阻的厚度，配合适当的加热滚轮温度、压力、贴合速度及干膜张力，将光阻贴合于第一层金属上做为电镀模具，在适度的温度及湿度下，配合适当的曝光能量，在第一层金属上经由底片将第二层金属线路部分遮蔽，曝光，硬化第二层金属线路相反位置的干膜，放置数分钟后，再经由显影去除第二层金属线路上的干膜，保留线路以外的干膜，以便填入第二层金属线路。
第五步骤为电铸填孔步骤106：当上完光阻后，利用电镀方式在未被光阻覆盖的种子层上方进行沉积，以镀厚铜线路，并且将通孔填满导通，达到提供导电线路，又可帮助导热。实施时，先进行打底电镀，确保电镀稳定再进行填孔电镀，制程中用硫酸铜及硫酸等酸性镀铜体系，硫酸铜用于供给金属离子，硫酸的作用为增加溶液导电性，降低金属离子浓度，增加附着能力，促进阳极腐蚀，防止盐基性铜盐或亚铜盐产生与沉淀所造成铜镀层粗糙的问题。
第六步骤为剥膜步骤107：剥膜制程的作用主要用来将曝光显影后所留下的不要之光阻去除，使用强碱型溶液药剂，采用水平式去膜线或浸泡式去膜槽进行去膜。实施时，首先经由强碱性溶液或其它去膜液将光阻膨润，再由喷洒设备或循环设备以适当的压力和循环量，清除经由药剂膨润过后的光阻，然后由循环系统收集，清理被去除的光阻，后段再以加压水洗、超音波震荡等清洁方式，配合吸水棉及吹干烘烤方式，如此完成去除光阻的整个制程。
第七步骤为蚀刻步骤108：蚀刻制程是将一个材料使用化学反应或物理撞击作用去移除的技术，本发明使用湿蚀刻，经由化学反应来达到蚀刻目的，将所要蚀刻的材料经由浸泡，或将化学溶液喷洒至被蚀刻物，经由溶液与被蚀刻物间的化学反应，来移除薄膜表面的原子，以达到蚀刻的目的。
制程中先由强酸型药剂来移除钛铜合金层，该层是使用物理气象沉积的溅镀方式形成，该导电层主要作为后段电镀金属材料所需的电流传导路径，可由金属、合金或沉积数层金属层构成的，如铜、锡、镍、钛、铬等合金其中之一所组成。在经由喷洒装置喷洒强酸药剂并与钛铜合金表面产生化学反应移除该导电层，后段再经由加压水洗、超音波震荡等清洁方式，配合吸水棉及吹干烘烤方式完成蚀刻的整个制程。
第八步骤为磨刷步骤109：磨刷步骤主要用以处理前制程所产生的融渣、厚度不均、铜凸、溢镀、防焊后粗糙而使基板表面平整。制程前段使用砂带研磨整平线路表面，后段再以不织布抛光抛细线路表面。然后进入水洗阶段，清洗基板研磨后残留在铜表面的铜粉，清洗成品板上的孔洞或切割后的残屑及粉末，清洗残留在板面或孔径内的药液，清洗前制程的污染物。除了使用近接水洗与加压水洗以得到良好的洗净效果，提高产品的良率外，还可使用超音波震荡清洗去除产品表面的杂污，清洗不易清洗的细缝，使导通孔达到精密量产化的目的。最后再用吸水滚轮吸干基板表面、强风吹干孔洞内部，热风循环风机蒸发孔隙内吸附的水气。
第九步骤为绝缘层防护印刷步骤110：在第二层线路上，为了防止焊锡及导体间的短路或外来的机械伤害、湿气等的危害，需要在线路上覆盖一绝缘层，以保持良好的线路导通、绝缘性，因此使用热固型防焊涂料作为表面绝缘层，使用时，先通过网版印制第三层于第二层金属线路上，再经由第一次热烘烤，将内部有机物完全挥发，再经第二次热烘烤，硬化第三层线路。当所需精度、准确度的要求较高时，则需选择感光型油墨，先全面印刷，再经曝光、显影使第三层绝缘层线路成形，最后经热处理使油墨中的环氧树脂彻底硬化。此外，防焊漆也可作识别标志及填孔之用，当作为识别标志时，与前述方式相同；当作为填孔用途时，则需要经由重复印刷，达到填孔之实。
第十步骤为表面改质步骤111：表面改质(银、镍金、镍钯金)为表面最终处理的制程，不管是电镀或化学镀，目的都是要将金属镀在铜线路上，形成的表面金属层不但可提高表面焊锡强度、打线强度，如果镀在铜线路上的金属为银层还可提光反射率，但易氧化；如果镀在铜线路上的金属为金层则因金为惰性金属，可提高产品的稳定度。
本发明的陶瓷金属化散热板制造方法，经以上制程步骤，不仅能使陶瓷基板金属化，且通过多重的清洁辅助制程，基板可以在完全无杂质的情形下形成线路，进而提高产品的稳定度。
而本发明的陶瓷金属化散热板制造方法，还可以应用于以下的样品需求，包括：
实施例一：挡墙制程
挡墙，是为了在LED晶粒上方以点胶方式涂布荧光粉时，因为挡墙使溶胶局限在一定范围内不流出去。
本发明提供三种解决方案，包括网印制程、点胶制程和贴环制程。其中，
网印制程，是利用防焊油墨作为基材，印制于基板上，该制程又细分为两个小制程；其中之一为显影型，此方式为先全面印刷，印刷完成后，曝光显影，最后线路形成。另一种为热固型，此方法为印刷完、烘烤后直接成形。
点胶制程，本发明是通过精密的点胶机进行点胶，此设备是通过精确的线马平台及点胶控制器的搭配，点制出不同形状的档墙，并稳定控制挡墙位置的准确性。
贴环制程，根据不同需求制作不同材质的环圈(FR4、铝圈、陶瓷圈等)，然后经定位后贴置于基板上。
实施例二：亮银表面制程
为了使产品有更高的反光表面，需使用亮银制程。实施时，在剥膜步骤(第七步骤)之前，即在电镀后用来保护金属表面不被侵蚀，后续剥膜蚀刻完成后再进行化学镀银，保持电镀出来的亮面。
亮银表面的制作，是以直流电源供应器在线路的最表面电镀致密而光亮的铜，以化学镀的方式在铜的表面沉积一层很薄的金属保护层(镍或银)，此保护层可在种子层蚀刻制程中，保护线路电镀出的亮面铜，不被蚀刻而使表面产生雾化现象降低反射，当种子层蚀刻完毕后再以不蚀刻铜的溶剂去除金属保护层，使线路能保持原有电镀出的亮度，最后再以浸镀银的方式于线路上沉积一层银，以达到高反射表面散热基板的目的。
实施例三：电镀银制程
为了使线路表面有更厚且致密的银层，而电镀银因为图面过于复杂，不能拉导线时，则需使用此电镀银制程，首先在铜线路电镀完成后，直接进行电镀银层以完成所需电路，紧接着移除电镀框架的干膜光阻，使应移除的种子层裸露出来，再以保护层覆盖于电镀线路上方，然后以蚀刻液移除种子层，即可将完整的图样显现出来，最后再将保护层剥离即完成制程。
因此，可有以下三种方式实施：
方式一:直接在光罩上拉导线，在蚀刻步骤(第九步骤)之后进行电镀银。
方式二:在电铸填孔(第六步骤)之后，经剥膜、膜刷抛平表面，再曝上一层光阻以保护露出来的种子层不会被电镀上银，然后再经剥膜、蚀刻种子层，完成此制程。
方式三:在电铸填孔(第六步骤)之后，直接电镀银，经剥膜过后，上一反向光阻覆盖铜线路并裸露种子层，再经蚀刻去除种子层，最后去除光阻完成此制程。
此方式可直接使用种子层当导线电镀，不会有增加导电线路的问题，此外，制程中电镀出的银层，在蚀刻制程中都有保护层的保护，所以产品完成后都可保有完整的表面及特性。
需要说明，以上所述是本发明的较佳具体实施例，根据本发明的构想所进行的改变，其产生的功能作用仍未超出说明书与附图所涵盖的精神时，均应包含在本发明的范围内。
Claims (17)
1.一种陶瓷金属化散热板的制造方法，步骤包括：
钻孔步骤：使用聚焦的高温雷射，从陶瓷基板背面以气化方式钻孔加工，使线路正面形成较小的孔径；
清洁步骤：利用有机溶剂将基板表面可能残留的金属与有机物去除，然后清洁基板，确保基板上没有其它影响后续制程的物质存在；
导电铜层沉积步骤：以垂直连续式溅镀法，在基板上沉积导电层铜(Cu)，并且在铜层与基板之间加上一层中介层(TiCu合金、Ti、TiW合金或NiCr合金)，以增加线路附着性；
黄光微影成像步骤：使用负型干膜光阻覆盖在第一层金属上，再依照各第二层金属厚度要求，选择适合的干膜光阻厚度，配合适当的加热温度、压力、贴合速度及干膜张力，填入第二层金属线路；
电铸填孔步骤：利用电镀方式在未被光阻覆盖的种子层上方进行沉积，以镀厚铜线路，并且将通孔填满导通；
剥膜步骤：使用强碱型溶液药剂采用水平式去膜线或浸泡式去膜槽进行去膜；
蚀刻步骤：以湿蚀刻经强酸型药剂移除钛铜合金层，或喷洒强酸药剂与钛铜合金表面产生化学反应以移除该导电层，然后进行清洁；
磨刷步骤：使基板表面平整，然后进行清洁；
绝缘层防护印刷步骤：使用热固型防焊涂料作为表面绝缘层；
表面改质步骤：在铜线路上镀上银、镍金或镍钯金的金属层，以提高表面焊锡强度及打线强度，进而增加产品的稳定性。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中所述清洁步骤也可利用氯化铁将基板表面可能残留的金属与有机物清除。
3.如权利要求1所述的制造方法，其中所述导电铜层沉积步骤，是在使用垂直连续式溅镀法时，将垂直式靶材设于腔体左右两侧，进行溅镀时使双面同时沉积以避免落尘直接掉落在基板上。
4.如权利要求3所述的制造方法，其中所述导电铜层沉积步骤，其中在腔体的最前段加装一离子枪进行清洁，以确保基板在进入溅镀腔体内时其表面是完全洁净的状态，进而确保溅镀完成后金属层在基板上的附着性是可靠的。
5.如权利要求1所述的制造方法，其中所述电铸填孔步骤，在进行电镀之前，先进行打底电镀，以确保电镀稳定再进行填孔电镀。
6.如权利要求1或5所述的制造方法，其中所述电铸填孔步骤，在制程中使用硫酸铜及硫酸等酸性镀铜体系，硫酸铜用于供给金属离子，硫酸用于增加溶液导电性，降低金属离子浓度，增加附着能力，促进阳极腐蚀，以防止盐基性铜盐或亚铜盐产生与沉淀造成铜镀层粗糙。
7.如权利要求1所述的制造方法，其中所述剥膜步骤，实施时，先由强碱性溶液或其它去膜液将光阻膨润，再由喷洒设备或循环设备以适当的压力和循环量，清除经过药剂膨润后的光阻，然后经过循环系统收集，清理被去除的光阻，之后再以加压水洗、超音波震荡等清洁方式，配合吸水棉及吹干烘烤方式，完全去除光阻。
8.如权利要求1所述的制造方法，其中所述蚀刻步骤，实施时，先由喷洒装置喷洒强酸药剂与钛铜合金表面产生化学反应移除该导电层，再经过加压水洗、超音波震荡等清洁方式，配合吸水棉及吹干烘烤方式完成蚀刻制程。
9.如权利要求1所述的制造方法，其中所述磨刷步骤，先使用砂带研磨整平线路表面，再以不织布抛光抛细线路表面，然后进入水洗阶段，清洗基板研磨后残留在铜表面的铜粉，清洗成品板上的孔洞或切割后的残屑及粉末，清洗残留在板面或孔径内的药液，清洗前制程的污染物。
10.如权利要求1所述的制造方法，其中所述绝缘层防护印刷步骤，使用热固型防焊涂料作为表面绝缘层时，先通过网版印制第三层于第二层金属线路上，经过第一次热烘烤，将内部有机物完全挥发，再经第二次热烘烤，硬化第三层线路。
11.如权利要求1所述的制造方法，其中所述绝缘层防护印刷步骤，也可使用感光型油墨作为表面绝缘层，实施时，先全面印刷，再进行曝光、显影使第三层绝缘层线路成形，最后经热处理使油墨中的环氧树脂彻底硬化。
12.如权利要求1所述的制造方法，其中还包括挡墙制作，实施方式有网印制程、点胶制程或贴环制程。
13.如权利要求12所述的制造方法，其中所述网印制程，可分为显影型和热固型，其中显影型是以防焊油墨作为基材印制于基板上后，先全面印刷，印刷完成后，曝光显影，最后形成线路；而热固型是在印刷完、烘烤后直接成形。
14.如权利要求12所述的制造方法，其中所述点胶制程通过精密的点胶机进行点胶，通过精确的线马平台及点胶控制器的搭配，点制出不同形状的档墙，并稳定地控制挡墙位置的准确性。
15.如权利要求12所述的制造方法，其中所述贴环制程，根据不同需求制作不同材质的环圈，然后经定位后贴置于基板上。
16.如权利要求1所述的制造方法，其中还包括亮银表面制程，以直流电源供应器在线路的最表面电镀致密而光亮的铜，以化学镀的方式在铜的表面沉积一层很薄的金属保护层(镍或银)，以达到高反射表面散热基板的目的。
17.如权利要求1所述的制造方法，其中还包括电镀银制程，在铜线路电镀完成后，直接进行电镀银层以完成所需电路，紧接着移除电镀框架的干膜光阻，使应移除的种子层裸露出来，以保护层覆盖于电镀线路上方，再以蚀刻液移除种子层，即可将完整的图样显现出来，最后再将保护层剥离即完成制程。
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