CN106793529B - 一种陶瓷封装基板的制作方法和陶瓷封装基板 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种陶瓷封装基板的制作方法和陶瓷封装基板，其中所述方法包括在预处理过的陶瓷基板上制作导电膜层；在所述导电膜层上制作掩膜层；根据预设的电路图形对所述掩膜层和所述导电膜层进行图形化处理，并得到图形化的电路基层；对所述图形化的电路基层进行全板电镀处理，将所述电路基层的金属膜层加厚；去除非图形化部分的所述导电膜层和所述掩膜层。本发明使得陶瓷封装基板的制作工艺流程更优化，工序更为简单，成本投入更低。

Description

一种陶瓷封装基板的制作方法和陶瓷封装基板

技术领域

本发明涉及陶瓷基板领域，具体涉及一种陶瓷封装基板的制作方法和陶瓷封装基板。

背景技术

随着多芯片高集成器件、大功率半导体器件和激光二极管元器件等新一代大功率电子电力器件的发展，大功率器件所产生的热量也在不断增加，散热问题变得越来越重要。因此，选择一种具有高热导率、高电阻率和低膨胀系数的封装材料正是解决大功率器件封装的关键要素。而氮化铝(AlN)陶瓷具有高导热系数，线膨胀系数与常规芯片(如LED芯片)相匹配，绝缘性好等理想的综合优点，能很好的符合大功率芯片和高密度集成封装的各项要求。

陶瓷封装基板的线路制造方法主要通过借鉴原来线路板制造行业中的光刻显影的方法，采用干法刻蚀或者湿法刻蚀的工艺技术来制备封装基板的电子线路。这种方法就是目前工业中能够大批量产业化的直接镀铜法(DPC法)，在LED功率器件的封装基板(如氧化铝陶瓷封装基板)中得到了成熟的应用。近些年来，也出现了一些新颖的比较高效率的陶瓷封装基板制备技术。其中，直接丝印金属层的制造方法就是比较成熟的一种。这种方法是直接把铜浆丝印到陶瓷基板上，再经过高温烧结，从而制备成陶瓷封装基板。

但这些陶瓷封装基板的制备技术都存在各种不足和缺点。直接镀铜法的工艺工序繁杂，生产时间周期较长，需要的设备昂贵并且较多，污染严重等缺点。如专利CN201210139133.8中所述，其描述的就是一种目前工业生产中比较成熟的制备LED陶瓷封装基板的直接镀铜法(DPC法)。而直接丝印金属层的方法，虽然工艺步骤简单，但所需的丝印设备精度要求高，需要的丝印铜浆严重依赖进口，需要上千度的高温真空或者氮气保护烧结烘箱等，造成了比直接镀铜法更高的制造成本。如专利CN201410477530.5中所述，提出了一种丝印图形的氮化铝陶瓷封装基板的制备方法。这种方法还有一个很明显的缺点就是，丝印的铜层厚度较薄，限制了其在大功率和高集成芯片封装的应用。另外，还有一些新方法只是对某一工序进行了优化，如专利CN201610182149.5中所述，提出了一种调整陶瓷基板金属化膜系工艺，将现有的金铬层金属化膜系调整为钛钨层金属膜系，提高产品效率的方法。在陶瓷封装基板的制备中起到了一定的改善作用，但其工艺还是较为复杂，设备需求多且昂贵，使得陶瓷封装基板的制备成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种陶瓷封装基板的制作方法和陶瓷封装基板，以解决现有技术中存在的工艺复杂、设备需求多且昂贵以及成本较高的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种陶瓷封装基板的制作方法，包括：

在预处理过的陶瓷基板上制作导电膜层；

在导电膜层上制作掩膜层；

根据预设的电路图形对掩膜层和导电膜层进行图形化处理，并得到图形化的电路基层；

对上述图形化的电路基层进行全板电镀处理，将电路基层的金属膜层加厚；

去除非图形化部分的导电膜层和掩膜层。

示例性地，对陶瓷基板的预处理包括表面微蚀粗化、酸碱处理或者超声清洗中的至少一种。

示例性地，导电膜层为金属导电膜层，掩膜层为油墨，根据预设的电路图形对掩膜层和导电膜层进行图形化处理，并得到图形化的电路基层包括：

根据预设的电路图形，采用激光对掩膜层进行刻蚀气化，得到图形化的电路基层。

示例性地，金属导电膜层为合金膜层，包括钛金属薄膜和铜金属薄膜，钛金属薄膜的厚度为100-500nm，铜金属薄膜的厚度为600-1500nm，油墨的厚度为30-100μm。

示例性地，陶瓷基板的金属膜层的厚度与掩膜层的厚度一致。

示例性地，导电膜层为有机导电膜层，掩膜层为油墨，根据预设的电路图形对掩膜层和导电膜层进行图形化处理，并得到图形化的电路基层包括：

根据预设的电路图形，采用激光对掩膜层和有机导电膜层进行刻蚀气化，并对陶瓷基板进行激光金属化处理，得到图形化的电路基层。

示例性地，有机导电膜包括导电聚乙烯薄膜，有机导电膜的厚度为10-100μm，油墨的厚度为10-100μm。

示例性地，陶瓷基板的金属膜层的厚度与掩膜层和有机导电膜层的总厚度一致。

另一方面，本发明实施例还提供了一种陶瓷封装基板，包括陶瓷基板以及该陶瓷基板上图形化的电路基层，电路基层根据预设的电路图形对所述陶瓷基板上的掩膜层和导电膜层进行图形化处理得到，电路基层上形成有加厚的金属膜层。

示例性地，导电膜层为金属导电膜层，掩膜层为油墨，电路基层根据预设的电路图形对陶瓷基板上的掩膜层进行刻蚀气化得到。

示例性地，导电膜层为有机导电膜层，掩膜层为油墨，电路基层根据预设的电路图形对陶瓷基板上的掩膜层和有机导电膜层进行刻蚀气化，并对陶瓷基板进行激光金属化处理得到。

本发明实施例提供的陶瓷封装基板的制作方法和陶瓷封装基板，通过在预处理过的陶瓷基板上制作导电膜层，在导电膜层上制作掩膜层，并根据预设的电路图形对掩膜层和导电膜层进行图形化处理得到图形化的电路基层以及对上述图形化的电路基层进行全板电镀处理，将电路基层的金属膜层加厚，最后去除非图形化部分的导电膜层和掩膜层制作陶瓷封装基板，克服了陶瓷封装基板制造工艺制程复杂，产品周期较长，效率低和成本高等缺点。金属导电膜结合全板电镀技术方案精简了旧工艺繁琐的工序流程，缩短生产周期，降低了成本，提高了产品的生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种陶瓷封装基板的制作方法流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的依次覆盖上金属导电膜层和掩膜层的陶瓷基板侧面结构图；

图3为本发明实施例二提供的激光图形化刻蚀掩膜层的陶瓷基板侧面结构图；

图4为本发明实施例二提供的电镀加厚金属膜层后去除多余掩膜层和金属导电膜层的侧面结构图；

图5为本发明实施例三提供的依次覆盖上有机导电膜层和掩膜层的陶瓷基板侧面结构图；

图6为本发明实施例三提供的激光图形化刻蚀掩膜层和有机导电膜层的陶瓷基板侧面结构图；

图7为本发明实施例三提供的电镀加厚金属膜层后去除多余掩膜层和有机导电膜层的侧面结构图；

图8为本发明实施例四提供的一种陶瓷封装基板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种陶瓷封装基板的制作方法流程示意图。本实施例中的陶瓷封装基板的制作方法可以用于陶瓷封装基板，满足陶瓷封装基板在大功率、多芯片器件封装领域日益严苛的封装要求。

本实施例提供的陶瓷封装基板的制作方法包括：

S110、在预处理过的陶瓷基板上制作导电膜层。

示例性地，对陶瓷基板的预处理包括表面微蚀粗化、酸碱处理或者超声清洗中的至少一种，采用上述方法对陶瓷基板进行预处理，接着放入烘箱进行烘干，以去除陶瓷基板表面的杂质和污垢。烘箱优先选用氮气保护或者真空烘箱，烘干温度设置为150℃。

导电膜层可以通过丝印、涂布、贴膜或者真空镀膜的方法制备。

S120、在导电膜层上制作掩膜层。

掩膜层通常为线路板行业中不导电的油墨或者干膜等，可以通过丝印或者贴膜的方法制备。

S130、根据预设的电路图形对掩膜层和导电膜层进行图形化处理，并得到图形化的电路基层。

可选地，采用激光技术制作更精确的电路图形，使得图形化的电路基层更加精确和完整，激光加工可以根据封装基板的不同工艺制程条件选用不同功率和波长的激光来加工。激光功率一般选用10-100W，波长一般为300nm-2μm。

S140、对上述图形化的电路基层进行全板电镀处理，将电路基层的金属膜层加厚。

电镀方式选择改进的线路板行业中的全板电镀的方式，全板电镀即对整个陶瓷基板进行电镀，对上述图形化的电路基层进行全板电镀处理，电镀完成后将该电路基层的金属膜层加厚，再进行图形的印制(正像图形，即所需要的线路形成图形)。电镀金属膜层厚度达到30-100μm的厚度。

S150、去除非图形化部分的导电膜层和掩膜层。

本实施例提供的陶瓷封装基板的制作方法，通过在预处理过的陶瓷基板上制作导电膜层，在导电膜层上制作掩膜层，并根据预设的电路图形对掩膜层和导电膜层进行图形化处理得到图形化的电路基层以及对上述图形化的电路基层进行全板电镀处理，将电路基层的金属膜层加厚，最后去除非图形化部分的导电膜层和掩膜层制作陶瓷封装基板，克服了陶瓷封装基板制造工艺制程复杂，产品周期较长，效率低和成本高等缺点。导电膜层结合全板电镀技术方案精简了旧工艺繁琐的工序流程，缩短生产周期，降低了成本，提高了产品的生产效率，激光图形化技术取代光刻显影还可以减少对环境的污染，并且采用激光技术可以制备更加精细的电子线路，更适合于高密度集成电路的封装。

实施例二

在上述实施例的基础上，本实施例提供的陶瓷封装基板的制作方法中，导电膜层为金属导电膜层，掩膜层为油墨。下面按照工艺流程步骤对陶瓷封装基板的制作方法进行说明。图2为本发明实施例二提供的依次覆盖上金属导电膜层和掩膜层的陶瓷基板侧面结构图。如图2所示，陶瓷基板210的典型尺寸为长114.3mm，宽114.3mm，厚0.38mm，也可以选择别的尺寸。

对陶瓷基板210表面进行处理，包括表面微蚀粗化，酸碱处理和超声清洗，接着放进烘箱进行烘干，烘箱优先选用氮气保护或者真空烘箱，烘干温度设置为150℃。

金属导电膜层220的制备。在已经预处理过的陶瓷基板210表面镀上一层金属导电膜层220，金属导电膜层220可以选择钛、铜、镍、钨、铬金属或者其合金，也可以选择掺铝氧化锌导电膜等导电物质。在本实施例中金属导电膜层220为合金膜层，采用钛金属和铜金属。

金属导电膜层220可以通过真空镀膜或者丝印的方法制备。首先在陶瓷基板210表面镀上一层100-500nm的钛金属薄膜，然后在钛金属薄膜上镀上一层600-1500nm的铜金属薄膜，从而制成合金的金属导电膜层220。

掩膜层230为线路板行业中的油墨或者干膜等，掩膜层230可以通过丝印或者贴膜的方式制备。本实施例中在金属导电膜层220上丝印一层油墨作为掩膜层230，油墨的厚度为30-100μm。

图3为本发明实施例二提供的激光图形化刻蚀掩膜层的陶瓷基板侧面结构图。根据设计好的电子线路图形，采用功率为10W，波长为355nm的激光对掩膜层230进行刻蚀气化。刻蚀完成后，封装基板如图3所示，陶瓷基板210，金属导电膜层220，图形化后的掩膜层230。

掩膜层230被刻蚀气化的地方露出来的铜金属膜层可以作为电镀加厚的孵化层进行电镀加厚。电镀加厚的铜膜层厚度和掩膜层230的厚度一致，为30-100μm。

图4为本发明实施例二提供的电镀加厚金属膜层后去除多余掩膜层和金属导电膜层的侧面结构图。通过酸碱刻蚀去掉掩膜层和掩膜层正下方的金属导电膜层部分，从而完成陶瓷封装基板的制备。如图4所示，陶瓷基板210，电镀加厚的金属膜层240，为一块完整的陶瓷封装基板。

本实施例提供的陶瓷封装基板的制作方法，通过对陶瓷基板进行预处理，并在预处理过的陶瓷基板表面覆盖上金属导电膜层，在金属导电膜层上覆盖掩膜层，激光刻蚀掩膜层，全板电镀加厚，去除非图形化的金属导电膜层和掩膜层，完成陶瓷封装基板的制造。采用上述技术方法，精简了工序流程，缩短生产周期，减少光刻显影昂贵设备的使用，降低了成本，提高了产品的生产效率；激光图形化技术取代光刻显影还可以减少对环境的污染，并且采用激光技术可以制备更加精细的电子线路，更适合于高密度集成电路的封装，满足陶瓷封装基板在大功率、多芯片器件封装领域日益严苛的封装要求。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实施例提供的陶瓷封装基板的制作方法中，导电膜层为有机导电膜层，掩膜层为油墨。下面按照工艺流程步骤对陶瓷封装基板的制作方法进行说明。图5为本发明实施例三提供的依次覆盖上有机导电膜层和掩膜层的陶瓷基板侧面结构图。如图5所示，陶瓷基板310的典型尺寸为长114.3mm，宽114.3mm，厚0.38mm，也可以选择别的尺寸。

对陶瓷基板310表面进行处理，包括表面微蚀粗化，酸碱处理和超声清洗，接着放进烘箱进行烘干，烘箱优先选用氮气保护或者真空烘箱，烘干温度设置为150℃。

有机导电膜层320的制备。有机导电膜层320可以是聚苯胺，导电聚乙烯薄膜，四氟乙烯导电膜或者由炭黑填充制成的复合导电高分子材料等组成。有机导电膜层320可以通过丝印、涂布或者贴膜的方式制备。在已经预处理过的陶瓷基板310表面贴上一层有机导电膜层320，本实施例中的有机导电膜层320为导电聚乙烯薄膜，其厚度为10-100μm。

掩膜层330为线路板行业中的油墨或者干膜等，掩膜层330可以通过丝印或者贴膜的方式制备。本实施例中在有机导电膜层320上丝印一层油墨作为掩膜层330，油墨的厚度可以根据有机导电膜层320的厚度和电子封装电气要求来设置合适的厚度，一般设置为10—100μm。

图6为本发明实施例三提供的激光图形化刻蚀掩膜层和有机导电膜层的陶瓷基板侧面结构图。根据设计好的电子线路图形，采用功率为10W，波长为355nm的激光对有机导电膜层320和掩膜层330进行刻蚀气化，并且对陶瓷基板310进行部分的激光金属化，形成激光金属化层340。刻蚀完成后，封装基板如图6所示，陶瓷基板310，有机导电膜层320，掩膜层330，激光金属化层340。

激光金属化层340的区域就是需要电镀加厚的地方，激光金属化层340和有机导电膜层320连成一体，是全板导电的通道，可以以激光金属化层340为孵化层进行全板图形电镀加厚。电镀加厚的铜膜层厚度为有机导电膜层320和掩膜层330的总厚度一致，为30-100μm。

图7为本发明实施例三提供的电镀加厚金属膜层后去除多余掩膜层和有机导电膜层的侧面结构图。通过酸碱刻蚀或者热分解的方法去除剩余的有机导电膜层和掩膜层，从而完成陶瓷封装基板的制备。如图7所示，陶瓷基板310和电镀加厚金属层350，为一块完整的陶瓷封装基板。

本实施例提供的陶瓷封装基板的制作方法，通过对陶瓷基板进行预处理，并在预处理过的陶瓷基板表面覆盖上有机导电膜层，在有机导电膜层上覆盖掩膜层，激光刻蚀掩膜层和有机导电膜层，全板电镀加厚并去除非图形化的有机导电膜层和掩膜层，完成陶瓷封装基板的制造。采用上述技术方法，精简了工序流程，缩短生产周期，减少光刻显影昂贵设备的使用，降低了成本，提高了产品的生产效率；激光图形化技术取代光刻显影还可以减少对环境的污染，并且采用激光技术可以制备更加精细的电子线路，更适合于高密度集成电路的封装，满足陶瓷封装基板在大功率、多芯片器件封装领域日益严苛的封装要求。

实施例四

图8为本发明实施例四提供的一种陶瓷封装基板的结构示意图。如图8所示，本实施例提供的陶瓷封装基板包括陶瓷基板410以及该陶瓷基板410上图形化的电路基层，电路基层根据预设的电路图形对陶瓷基板410上的掩膜层和导电膜层进行图形化处理得到，该电路基层上形成有加厚的金属膜层420。

示例性地，导电膜层为金属导电膜层，掩膜层为油墨，电路基层根据预设的电路图形对陶瓷基板上的掩膜层进行刻蚀气化得到。

示例性地，导电膜层为有机导电膜层，掩膜层为油墨，电路基层根据预设的电路图形对陶瓷基板上的掩膜层和有机导电膜层进行刻蚀气化，并对陶瓷基板进行激光金属化处理得到。

本实施例提供了一种陶瓷封装基板，该陶瓷封装基板包括陶瓷基板以及该陶瓷基板上图形化的电路基层，该电路基层根据预设的电路图形对陶瓷基板上的掩膜层和导电膜层进行图形化处理得到，该电路基层上形成有加厚的金属膜层。本实施例提供的陶瓷封装基板适合于高密度集成电路的封装，满足其在大功率、多芯片器件封装领域日益严苛的封装要求。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种陶瓷封装基板的制作方法，其特征在于，包括：

在预处理过的陶瓷基板上制作导电膜层；

在所述导电膜层上制作掩膜层；

根据预设的电路图形对所述掩膜层和所述导电膜层进行图形化处理，并得到图形化的电路基层；

对所述图形化的电路基层进行全板电镀处理，将所述电路基层的金属膜层加厚；

去除非图形化部分的所述导电膜层和所述掩膜层；

其中，所述导电膜层为金属导电膜层，所述掩膜层为油墨，所述根据预设的电路图形对所述掩膜层和所述导电膜层进行图形化处理，并得到图形化的电路基层包括：

根据预设的电路图形，采用激光对所述掩膜层进行刻蚀气化，露出金属导电膜层，得到图形化的电路基层；

或所述导电膜层为有机导电膜层，所述掩膜层为油墨，所述根据预设的电路图形对所述掩膜层和所述导电膜层进行图形化处理，并得到图形化的电路基层包括：

根据预设的电路图形，采用激光对所述掩膜层和所述有机导电膜层进行刻蚀气化，并对所述陶瓷基板进行激光金属化处理，形成激光金属化层，得到图形化的电路基层；

对所述图形化的电路基层进行全板电镀处理，将所述电路基层的金属膜层加厚，具体包括：

所述导电膜层为金属导电膜层，所述掩膜层为油墨时，所述陶瓷基板的金属膜层加厚的厚度与所述掩膜层的厚度一致；

或所述导电膜层为有机导电膜层，所述掩膜层为油墨时，所述陶瓷基板的金属膜层加厚的厚度与所述掩膜层和所述有机导电膜层的总厚度一致。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理包括表面微蚀粗化、酸碱处理或者超声清洗中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属导电膜层为合金膜层，包括钛金属薄膜和铜金属薄膜，所述钛金属薄膜的厚度为100-500nm，所述铜金属薄膜的厚度为600-1500nm，所述油墨的厚度为30-100μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机导电膜包括导电聚乙烯薄膜，所述有机导电膜的厚度为10-100μm，所述油墨的厚度为10-100μm。

5.一种陶瓷封装基板，其特征在于，包括陶瓷基板以及所述陶瓷基板上图形化的电路基层，所述电路基层根据预设的电路图形对所述陶瓷基板上的掩膜层和导电膜层进行图形化处理得到，所述电路基层上形成有加厚的金属膜层；

其中，所述导电膜层为金属导电膜层，所述掩膜层为油墨，所述电路基层根据预设的电路图形对所述陶瓷基板上的所述掩膜层进行刻蚀气化露出金属导电膜层得到；

或所述导电膜层为有机导电膜层，所述掩膜层为油墨，所述电路基层根据预设的电路图形对所述陶瓷基板上的所述掩膜层和所述有机导电膜层进行刻蚀气化，并对所述陶瓷基板进行激光金属化处理形成激光金属化层后得到；

所述加厚的金属膜层通过对所述图形化的电路基层进行全板电镀处理，将所述电路基层的金属膜层加厚得到；

所述导电膜层为金属导电膜层，所述掩膜层为油墨时，所述陶瓷基板的金属膜层加厚的厚度与所述掩膜层的厚度一致；

或所述导电膜层为有机导电膜层，所述掩膜层为油墨时，所述陶瓷基板的金属膜层加厚的厚度与所述掩膜层和所述有机导电膜层的总厚度一致。

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