CN108257876A - 一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板及其图形化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板及其图形化方法，包括氮化物陶瓷基板、金属焊料图形层、无机材料阻断层、金属铜层、酸性蚀刻图形化、图形化氮化物陶瓷覆铜基板；本发明采用预先在陶瓷表面印刷金属焊料图形，并在焊料图形间隙处制作无机材料阻断层，可有效防止金属焊料在高温钎焊时从图形边缘处溢出，整体线路图形精度高，有利于批量化生产，不必对多余焊料层进行二次蚀刻加工，无机材料阻断层在高温钎焊时完全不与氮化物陶瓷、铜层及金属焊料反应，在线路图形间隙处无残留，工艺简单，生产效率高，适于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及氮化物陶瓷基板技术设备领域，特别涉及一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板及其图形化方法。
背景技术
活性金属钎焊工艺是把活性金属粉(Ti、Zr等)和能与其在一定温度下形成合金的金属焊料(Ag、Cu)一起放置在陶瓷基板和金属铜之间，在真空或惰性气氛中加热熔化实现金属铜与陶瓷基板封接的一种方法。由该工艺制成的覆铜陶瓷基板具有金属化层结合强度高、气密性好、导电导热性能优良等特点，已在大功率模块领域得到广泛应用。
目前活性金属钎焊陶瓷基板图形化方法主要分为两种：1.预先在陶瓷表面涂布金属焊料图形并覆铜烧结，随后通过线路对位方式实现陶瓷基板图形化；2.预先在陶瓷表面满覆涂布金属焊料图形层并覆铜烧结，随后通过二次蚀刻方式将多余的焊料层去除实现陶瓷基板图形化。
现有技术中，活性金属钎焊陶瓷基板图形化方法的缺点在于：1.金属焊料在高温烧结过程中极易发生流动，预先在陶瓷表面印刷金属焊料图形，虽然可以避免非图形区域焊料的去除，但工艺控制难度大，焊料很容易从图形边缘溢出，影响整体线路图形精度，不利于批量化生产；2.焊料层与陶瓷基板反应产物化学性质稳定，很难被常规化学蚀刻液去除，若采用二次蚀刻方式，不仅对蚀刻液配方有极高要求，而且工序繁琐，生产效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板及其图形化方法，针对现有技术中的不足，采用预先在陶瓷表面印刷金属焊料图形，并在焊料图形间隙处制作无机材料阻断层，可有效防止金属焊料在高温钎焊时从图形边缘处溢出，整体线路图形精度高，有利于批量化生产，不必对多余焊料层进行二次蚀刻加工，工艺简单，生产效率高。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板图形化方法，包括氮化物陶瓷基板、金属焊料图形层、无机材料阻断层、金属铜层、酸性蚀刻图形化、图形化氮化物陶瓷覆铜基板，其特征在于：
1.所述氮化物陶瓷基板，所述氮化物陶瓷为氮化铝陶瓷或者氮化硅陶瓷，所述氮化物陶瓷基板的厚度尺寸范围为0.25mm—2.0mm；
2.金属焊料图形层，首先在氮化物陶瓷基板的表面采用金属焊料、通过丝网印刷制作一层金属焊料图形层，所述金属焊料图形层的形状与目标线路图形排布匹配设置，所述氮化物陶瓷基板上获得金属焊料图形层；
3.无机材料阻断层，在氮化物陶瓷基板上的金属焊料图形层的图形间隙处，采用无机材料、通过丝网印刷制作一层无机材料阻断层，所述无机材料阻断层的图形与目标线路图形排布的互补图形匹配；所述带有金属焊料图形层的氮化物陶瓷基板上获得无机材料阻断层；
所述无机材料阻断层中的无机材料，包括氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化镁中的任意一种或两种以上的混合物，所述无机材料的平均粒径范围为50目—5000目，所述无机材料阻断层的厚度尺寸范围为5μm—100μm；
4.金属铜层，选用金属铜层的厚度尺寸范围为0.2mm—0.5mm；对金属铜层进行表面清洗，并将清洗过的金属铜层置于氮化物陶瓷基板上的金属焊料图形层和无机材料阻断层表面，采用活性金属钎焊工艺，在真空气氛下，实现金属铜层与氮化物陶瓷基板的紧密结合，到得氮化物陶瓷覆铜基板；
所述活性金属钎焊工艺的钎焊温度不高于1000℃，钎焊时间不超过60min；真空度不高于5×10-3Pa；
5.酸性蚀刻图形化，在氮化物陶瓷覆铜基板上表面均匀覆盖抗蚀刻专用干膜，并通过对位、曝光、显影在氮化物陶瓷覆铜基板上的金属铜层表面形成线路图形，所述线路图形的形位、尺寸与金属焊料图形层相同；
采用酸性蚀刻液HCl+NaClO3，对覆盖有抗蚀刻专用干膜的氮化物陶瓷覆铜基板进行喷淋酸性蚀刻，通过蚀刻掉多余铜层的方式在氮化物陶瓷覆铜基板表面实现图形化；获得图形化的氮化物陶瓷覆铜基板；
所述酸性蚀刻液中，HCl的浓度范围为0.5mol/L—2mol/L，NaClO3的浓度范围为15g/L—60g/L。
一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板图形化方法制备的活性金属钎焊氮化物陶瓷基板，包括氮化物陶瓷基板、金属焊料图形层、金属铜层；
所述氮化物陶瓷基板为氮化铝陶瓷或者氮化硅陶瓷，所述氮化物陶瓷基板的厚度尺寸范围为0.25mm—2.0mm；所述氮化物陶瓷基板表面采用金属焊料、通过丝网印刷制作一层金属焊料图形层，所述金属焊料图形层的形状与目标线路图形排布匹配设置；所述金属焊料力形层的间隙处采用无机材料、通过丝网印刷制作一层无机材料阻断层；所述金属焊料图形层和无机材料阻断层表面采用活性金属钎焊工艺制备有金属铜层；所述金属铜层上覆盖抗蚀刻专用干膜，并通过对位、曝光、显影和酸性蚀刻制备得到与线路图形的形位、尺寸相同的、包括氮化物陶瓷基板、金属焊料图形层、金属铜层的活性金属钎焊氮化物陶瓷基板。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：采用预先在陶瓷表面印刷金属焊料图形，并在焊料图形间隙处制作无机材料阻断层，可有效防止金属焊料在高温钎焊时从图形边缘处溢出，整体线路图形精度高，有利于批量化生产，不必对多余焊料层进行二次蚀刻加工，无机材料阻断层在高温钎焊时完全不与氮化物陶瓷、铜层及金属焊料反应，在线路图形间隙处无残留，工艺简单，生产效率高，适于大规模推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板金属焊料图形层示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板俯视图示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板覆铜基板剖面图示意图；
图4为本发明实施例所公开的一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板酸性刻蚀后剖面图示意图
图5为本发明实施例所公开的一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板图形化方法流程图示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1.氮化物陶瓷基板 2.金属焊料图形层； 3.无机材料阻断层；
4.金属铜层； 5.图形化氮化物陶瓷覆铜基板
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1至图5，本发明提供了一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板及其图形化方法，包括氮化物陶瓷基板1、金属焊料图形层2、无机材料阻断层3、金属铜层4、酸性蚀刻图形化、图形化氮化物陶瓷覆铜基板5。
实施例1：
(1)制作金属焊料图形层1：使用丝网印刷法在清洗过的厚度为0.635mm氮化铝陶瓷基板1表面均匀涂布一层金属焊料图形层2，金属焊料图形层2图形与目标线路图形排布相同，厚度控制在20μm；
(2)制作无机材料阻断层3：使用丝网印刷法在已经印刷好金属焊料图形层2的氮化铝陶瓷基板1表面均匀涂布一层平均粒径为400目的氧化硅层，氧化硅层图形与金属焊料图形层2图形相反，具体位于金属焊料图形层2图形间隙处，厚度控制在20μm；
(3)活性金属钎焊：将清洗过的厚度为0.3mm的金属铜层4置于涂覆有金属焊料图形层2和氧化硅层的氮化铝陶瓷表面，进行活性金属钎焊；钎焊温度为800℃，钎焊时间为60min，钎焊气氛为真空气氛，真空度为不高于5×10-3Pa；
(4)化学蚀刻：使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层4表面，通过对位、曝光、显影在金属铜层4表面形成线路图形，图形大小和位置与金属焊料图形层2相同；通过HCl+NaClO3蚀刻工艺去除线路图形外多余铜层，HCl浓度为1.5mol/L，NaClO3浓度为40g/L，喷淋压力为2kg/cm2，即可获得图形化氮化铝陶瓷覆铜基板5。
实施例2
(1)制作金属焊料图形层1：使用丝网印刷法在清洗过的厚度为1.0mm氮化硅陶瓷表面均匀涂布一层金属焊料图形层2，金属焊料图形层2图形与目标线路图形排布相同，厚度控制在50μm；
(2)制作无机材料阻断层3：使用丝网印刷法在已经印刷好金属焊料图形层2的氮化硅陶瓷表面均匀涂布一层平均粒径为3000目的氧化铝层，氧化铝层图形与金属焊料图形层2图形相反，具体位于金属焊料图形层2图形间隙处，厚度控制在50μm；
(3)活性金属钎焊：将清洗过的厚度为0.25mm的金属铜层4置于涂覆有金属焊料图形层2和氧化铝层的氮化硅陶瓷表面，进行活性金属钎焊；钎焊温度为900℃，钎焊时间为10min，钎焊气氛为真空气氛，真空度为不高于5×10-3Pa；
(4)化学蚀刻：使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层4表面，通过对位、曝光、显影在金属铜层4表面形成线路图形，图形大小和位置与金属焊料图形层2相同；通过HCl+NaClO3蚀刻工艺去除线路图形外多余铜层，HCl浓度为2mol/L，NaClO3浓度为20g/L，喷淋压力为2kg/cm2，即可获得图形化氮化铝陶瓷覆铜基板5。
通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：采用预先在陶瓷表面印刷金属焊料图形，并在焊料图形间隙处制作无机材料阻断层，可有效防止金属焊料在高温钎焊时从图形边缘处溢出，整体线路图形精度高，有利于批量化生产，不必对多余焊料层进行二次蚀刻加工，无机材料阻断层在高温钎焊时完全不与氮化物陶瓷、铜层及金属焊料反应，在线路图形间隙处无残留，工艺简单，生产效率高，适于大规模推广应用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板图形化方法，其特征在于，包括氮化物陶瓷基板、金属焊料图形层、无机材料阻断层、金属铜层、酸性蚀刻图形化、图形化氮化物陶瓷覆铜基板；
1.1所述氮化物陶瓷基板，所述氮化物陶瓷为氮化铝陶瓷或者氮化硅陶瓷，所述氮化物陶瓷基板的厚度尺寸范围为0.25mm—2.0mm；
1.2.金属焊料图形层，首先在氮化物陶瓷基板的表面采用金属焊料、通过丝网印刷制作一层金属焊料图形层，所述金属焊料图形层的形状与目标线路图形排布匹配设置，所述氮化物陶瓷基板上获得金属焊料图形层；
1.3.无机材料阻断层，在氮化物陶瓷基板上的金属焊料图形层的图形间隙处，采用无机材料、通过丝网印刷制作一层无机材料阻断层，所述无机材料阻断层的图形与目标线路图形排布的互补图形匹配；所述带有金属焊料图形层的氮化物陶瓷基板上获得无机材料阻断层；
所述无机材料阻断层中的无机材料，包括氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化镁中的任意一种或两种以上的混合物，所述无机材料的平均粒径范围为50目—5000目，所述无机材料阻断层的厚度尺寸范围为5μm—100μm；
1.4.金属铜层，选用金属铜层的厚度尺寸范围为0.2mm—0.5mm；对金属铜层进行表面清洗，并将清洗过的金属铜层置于氮化物陶瓷基板上的金属焊料图形层和无机材料阻断层表面，采用活性金属钎焊工艺，在真空气氛下，实现金属铜层与氮化物陶瓷基板的紧密结合，到得氮化物陶瓷覆铜基板；
所述活性金属钎焊工艺的钎焊温度不高于1000℃，钎焊时间不超过60min；真空度不高于5×10-3Pa；
1.5.酸性蚀刻图形化，在氮化物陶瓷覆铜基板上表面均匀覆盖抗蚀刻专用干膜，并通过对位、曝光、显影在氮化物陶瓷覆铜基板上的金属铜层表面形成线路图形，所述线路图形的形位、尺寸与金属焊料图形层相同；
采用酸性蚀刻液HCl+NaClO3，对覆盖有抗蚀刻专用干膜的氮化物陶瓷覆铜基板进行喷淋酸性蚀刻，通过蚀刻掉多余铜层的方式在氮化物陶瓷覆铜基板表面实现图形化；获得图形化的氮化物陶瓷覆铜基板；
所述酸性蚀刻液中，HCl的浓度范围为0.5mol/L—2mol/L，NaClO3的浓度范围为15g/L—60g/L。
2.根据权利要求1所述的一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板图形化方法，其特征在于，通过活性金属钎焊氮化物陶瓷基板图形化方法制备的活性金属钎焊氮化物陶瓷基板，包括氮化物陶瓷基板、金属焊料图形层、金属铜层；
所述氮化物陶瓷基板为氮化铝陶瓷或者氮化硅陶瓷，所述氮化物陶瓷基板的厚度尺寸范围为0.25mm—2.0mm；所述氮化物陶瓷基板表面采用金属焊料、通过丝网印刷制作一层金属焊料图形层，所述金属焊料图形层的形状与目标线路图形排布匹配设置；所述金属焊料力形层的间隙处采用无机材料、通过丝网印刷制作一层无机材料阻断层；所述金属焊料图形层和无机材料阻断层表面采用活性金属钎焊工艺制备有金属铜层；所述金属铜层上覆盖抗蚀刻专用干膜，并通过对位、曝光、显影和酸性蚀刻制备得到与线路图形的形位、尺寸相同的、包括氮化物陶瓷基板、金属焊料图形层、金属铜层的活性金属钎焊氮化物陶瓷基板。
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