CN108040435A - 一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法 - Google Patents

一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法。所述的氮化铝陶瓷基板为活性钎焊陶瓷基板，所述的刻蚀分两步进行，第一步刻蚀合金钎料层，第二步刻蚀钎料和陶瓷的界面反应层。第一步刻蚀液由硝酸和过氧化氢组成，所述硝酸和过氧化氢的体积比为0.3‑2：0.8‑1.5，所述的硝酸的质量浓度为65％‑70％，所述的过氧化氢的质量浓度为20％‑40％。第二步刻蚀液由硫酸和过氧化氢和水组成，所述的硫酸和过氧化氢的体积比为0.5‑2：0.3‑1.5：0.1，所述的硫酸的质量浓度是98％，所述的过氧化氢的质量浓度为20％‑40％。本发明采用新配方的刻蚀溶液，可以对活性钎焊散热基板的钎焊层和界面反应层进行选择性的去除，刻蚀速率较快，实现了陶瓷基板的高精度高效刻蚀。

Description

一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法
技术领域
本发明涉及一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法，特别涉及一种用于活性合金钎料及其界面反应层的刻蚀溶液及方法。
背景技术
活性钎焊氮化铝陶瓷基板是将导电金属铜层和陶瓷基片通过真空钎焊获得封装基板，活性钎焊散热基板具有独特的耐高低温冲击失效能力，已成为新一代半导体和新型大功率电力电子器件的首选封装材料。合金钎料主要是由银铜钛组成，在高温钎焊时钎料中的活性元素会与陶瓷基片发生化学反应，生成TiN、TiAl3等复杂化合物，且合金钎料层主要为银基固溶体和铜基固溶体。
但由于其合金钎料层和界面反应层成分较复杂，在陶瓷基板线路制备时容易出现侧蚀以及残留，导致精度降低或者线路连通失效的问题。所以性能稳定、安全高效的线路刻蚀配方和方法是活性陶瓷基板制备的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法，采用多步刻蚀以及新的刻蚀溶液配方，解决了线路刻蚀残留，钎料合金层和界面反应层不易去除的问题。
本发明所述一种氮化铝线路刻蚀的溶液及方法，步骤如下：
1)对氮化铝陶瓷基板导电金属铜层表面进行处理，涂覆感光油墨，经曝光显影使带有图形的感光油墨固化在覆铜板金属侧；并利用湿法化学刻蚀方法去除暴露的金属铜层。
2)刻蚀合金钎料层：先采用湿法化学刻蚀方法刻蚀导电铜层至钎料金属层，然后浸入硝酸和过氧化氢刻蚀液中进行充分反应至到钎料金属层完全刻蚀至界面反应层；
3)刻蚀钎料和陶瓷的界面反应层：将步骤2)露出界面反应层的样品浸入硫酸和过氧化氢和水组成的刻蚀液中刻蚀界面反应层，直至露出陶瓷层。
4)去除感光油墨，完成线路板刻蚀工艺。
进一步地，步骤2)所述刻蚀合金钎料层主要成分为银基固溶体和铜基固溶体，步骤3)所述刻蚀钎料和陶瓷的的界面反应层，主要成分为TiN、TiAl3等复杂化合物。
进一步地，步骤2)所述刻蚀合金钎料层的刻蚀液由硝酸和过氧化氢组成，硝酸和过氧化氢的体积比为0.3-2：0.8-1.5，所述的硝酸的质量浓度为65％-70％，所述的过氧化氢的质量浓度为20％-40％。
进一步地，步骤3)所述刻蚀钎料和陶瓷的的界面反应层的刻蚀液由硫酸和过氧化氢和水组成，所述的硫酸和过氧化氢的体积比为0.5-2：0.3-1.5：0.1，所述的硫酸的质量浓度是98％，所述的过氧化氢的质量浓度为20％-40％。
进一步地，步骤3)所述的刻蚀液中的水为去离子水或蒸馏水。
进一步地，所述的钎料金属层刻蚀时间10-20min，界面反应层刻蚀时间5-20s。
本发明的有益效果是：本发明采用新配方的刻蚀溶液，可以选择性的在陶瓷散热基板上形成线路，刻蚀掉合金钎料层和界面反应层。保证了刻蚀的均匀性和线路的精度。
附图说明
图1为本发明刻蚀线路的流程图
图2为本发明刻蚀前活性钎焊散热基板示意图
图3为本发明刻蚀前导电金属层刻蚀后的示意图
图4为本发明合金钎料层刻蚀后的示意图
图5为本发明界面反应层刻蚀后的示意图
其中，1是氮化铝陶瓷基片，2是界面反应层，3是钎焊层，4是铜金属片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
活性钎焊散热基板合金钎料层使用的多为银铜钛活性焊料，钎焊后钎料层主要是银基固溶体和铜基固溶体，由于活性钎焊散热基板陶瓷使用的多为氮基陶瓷，界面反应层主要成分为氮化钛或钛或钛铝化合物，合金钎料层和界面反应层成分复杂，化学性质较稳定不溶于盐酸硫酸，但本发明的配方可以有效去除合金钎料层和界面反应层。下面将提供具体实施例。
实施例1：
1、对氮化铝陶瓷基板导电金属铜层表面进行处理，涂覆感光油墨，经曝光显影使带有图形感光油墨固化在覆铜板金属侧，采用三氯化铁和铜的反应选择性的去除金属铜导电层4，直至露出钎料层3，如图3所示。
2、在室温下，将露出钎料层3的样品浸入体积比0.3:0.8的硝酸和过氧化氢刻蚀溶液中进行反应，直至钎料层3完全去除，直至露出界面反应层2，如图4所示。
3、将露出界面反应层2的样品浸入体积比0.5:0.3:0.1的硫酸过氧化氢和水的刻蚀溶液中，直至界面反应层完全去除，露出陶瓷基片，如图5所示。
4、去除感光油墨，完成线路板刻蚀工艺。
实施例2：
1、上述步骤相同，在室温下，将露出钎料层3的样品浸入体积比2:1.5的硝酸和过氧化氢刻蚀溶液中进行反应，直至钎料层3完全去除，直至露出界面反应层2，如图4所示。
2、将露出界面反应层2的样品浸入体积比2:1.5:0.1的硫酸过氧化氢和水的刻蚀溶液中，直至界面反应层完全去除，露出陶瓷基片，如图5所示。
实施例3：
1、上述步骤相同，在室温下，将露出钎料层3的样品浸入体积比为1:1的硝酸和过氧化氢刻蚀溶液中进行反应，直至钎料层3完全去除，直至露出界面反应层2，如图4所示。
2、将露出界面反应层2的样品浸入体积比1:1:0.1的硫酸过氧化氢和水的刻蚀溶液中，直至界面反应层完全去除，露出陶瓷基片，如图5所示。
本实施例中温度对刻蚀的影响较小，在反应时会放出大量热量，优选的在常温15-30℃下进行反应。
本实施例中氮化铝陶瓷基板使用银铜钛活性焊料制备，钎焊后合金钎料层主要是银基固溶体和铜基固溶体，界面反应层主要成分为氮化钛或钛或钛铝化合物。
本实施例中采用现有三氯化铁选择性去除铜金属导电层4，后采用本发明的刻蚀液去除钎料层和界面反应层，在刻蚀钎焊层和界面反应层的过程中，由于反应速率不一致，导电铜层的形状改变不明显。
本发明采用了新配方的刻蚀液，可以选择性的去除合金钎料层和界面反应层。解决了由于其合金钎料层和界面反应层成分较复杂而难以刻蚀的问题，在陶瓷基板线路制备时避免了出现侧蚀以及残留，导致精度降低或者线路连通失效的问题。
以上所述仅为本发明较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法，其特征在于采用两步法对基板进行快速刻蚀；
1)对氮化铝陶瓷基板导电金属铜层表面进行处理，涂覆感光油墨，经曝光显影使带有图形的感光油墨固化在覆铜板金属侧；并利用湿法化学刻蚀方法去除暴露的金属铜层；
2)刻蚀合金钎料层：先采用湿法化学刻蚀方法刻蚀导电铜层至钎料金属层，然后浸入硝酸和过氧化氢刻蚀液中进行充分反应至到钎料金属层完全刻蚀至界面反应层；
3)刻蚀钎料和陶瓷的的界面反应层：将步骤1)露出界面反应层的样品浸入硫酸和过氧化氢和水组成的刻蚀液中刻蚀界面反应层，直至露出陶瓷层；
4)去除感光油墨，完成线路板刻蚀工艺。
2.根据权利要求1所述一种氮化铝陶瓷基板线路线路刻蚀方法，其特征在于步骤2)所述刻蚀合金钎料层主要成分为银基固溶体和铜基固溶体，步骤3)所述刻蚀钎料和陶瓷的的界面反应层，主要成分为TiN、TiAl3复杂化合物。
3.根据权利要求1所述一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法，其特征在于步骤2)所述刻蚀合金钎料层的刻蚀液由硝酸和过氧化氢组成，硝酸和过氧化氢的体积比为0.3-2：0.8-1.5，所述的硝酸的质量浓度为65％-70％，所述的过氧化氢的质量浓度为20％-40％。
4.根据权利要求1所述一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法，其特征在于步骤3)所述刻蚀钎料和陶瓷的的界面反应层的刻蚀液由硫酸和过氧化氢和水组成，所述的硫酸和过氧化氢的体积比为0.5-2：0.3-1.5：0.1，所述的硫酸的质量浓度是98％，所述的过氧化氢的质量浓度为20％-40％。
5.根据权利要求4所述一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法，其特征在于所述的刻蚀液中的水为去离子水或蒸馏水。
6.根据权利要求1所述一种氮化铝陶瓷基板线路刻蚀方法，其特征在于所述的钎料金属层刻蚀时间10-20min，界面反应层刻蚀时间5-20s。
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