CN108323003A - 一种带金属化通孔的陶瓷线路板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于PCB板制造技术领域，旨在提供一种带金属化通孔的陶瓷线路板及其制造方法，该陶瓷线路板包括陶瓷基板，通过激光在陶瓷基板上开设至少一个连接通孔，随后往各连接通孔内填塞金属浆料，高温固化后的金属浆料随即成型为金属柱，由此实现各连接通孔的金属化，且孔内不会藏有药水，确保陶瓷线路板的可靠性，规避传统电镀填孔工艺中填孔有空洞的缺陷；另外，机械打磨凸出陶瓷基板上下两表面的各金属柱的两端，然后在陶瓷基板的至少一个表面上磁控真空溅射金属层组，因金属层组能与陶瓷基板牢固结合，且磁控真空溅射工艺能很好地控制其厚度，故，该陶瓷基板适于制作成精细的陶瓷线路板，显然，该陶瓷线路板能兼顾到精细制作和高可靠性。
Description
技术领域
本发明属于PCB板制造技术领域，更具体地说，是涉及一种带金属化通孔的陶瓷线路板及其制造方法。
背景技术
随着LED芯片技术的发展，LED产品的封装结构从引脚式封装结构到表面贴装式(简称SMD)封装结构再到功率型封装结构。众所周知，LED的散热性能对LED芯片的效率、寿命、可靠性等有重大影响，这就要求LED封装具有良好的散热功能。因陶瓷基板具有高散热、低电阻、寿命长、耐电压等性能，因而，LED封装基板从传统的玻璃环氧树脂到以铝或铜为主要材料的基板，逐渐转移到以高导热的陶瓷材料为主要材料的新型LED陶瓷基板上。以DPC陶瓷基板(又称直接镀铜陶瓷板)为例，其因较高的性价比已在众多的电子封装基板中具有较强的竞争力，成为未来功率型LED封装的发展趋势。
无论哪种基板，为实现基板各层的信号导通，通常需在基板上开设通孔，并对通孔进行金属化。然而，传统双面陶瓷基板主要的两种覆铜方式分别存在以下缺陷：(1)烧结铜方式，通常，此方式需要板材的铜厚一般在10oz以上，且此类板材一般没有金属化孔，如有通孔，则通常采用金属填料填孔烧结以金属化通孔，显然，此方式不利于制作精细的线路板；(2)电镀铜方式，通常，该方式采用电镀填孔工艺来金属化通孔，然而，该方式容易造成通孔内有空洞，且空洞中易藏有电镀药水，这样，使用过程中，空洞内的电镀药水会对通孔进行咬蚀，造成通孔内电阻异常，最终致使产品存在较大的风险，可靠性降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带金属化通孔的陶瓷线路板，用以解决现有技术中存在的传统陶瓷基板不适于制作精细的线路板，或者适于制作成精细线路板但因容易有空洞导致可靠性较低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种带金属化通孔的陶瓷线路板，该带金属化通孔的陶瓷线路板包括通过激光开设有至少一个连接通孔的陶瓷基板，各所述连接通孔内填塞有先后通过金属灌浆和固化工艺形成的金属柱，经打磨后的各所述金属柱的两端分别与所述陶瓷基板的上下两表面相平齐；所述陶瓷基板的至少一个表面上磁控真空溅射有能包覆各所述金属柱、能与所述陶瓷基板牢固结合的金属层组，且加厚后的所述金属层组上蚀刻有外层线路图形。
进一步地，所述金属层组包括磁控真空溅射于所述陶瓷基板上的第一金属层和磁控真空溅射于所述第一金属层上的第二金属层，且所述第一金属层和所述第二金属层的总厚度小于或等于1um。
进一步地，所述第一金属层为金属钛层，所述第二金属层为铜层。
进一步地，各所述金属柱由银浆烧结固化后形成。
进一步地，所述陶瓷基板的厚度小于或等于0.5mm。
进一步地，所述各所述连接通孔的孔径大小为0.05mm～0.2mm。
本发明的目的还提供了一种带金属化通孔的陶瓷线路板的制造方法，用以解决现有技术中存在的传统陶瓷基板的通孔金属化方式无法兼顾适于制作精细的线路板和保证线路板可靠性的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种带金属化通孔的陶瓷线路板的制造方法，所述制造方法的步骤包括：
S10：准备陶瓷基板；
S20：对所述陶瓷基板进行激光钻孔以加工出各连接通孔；
S30：往各所述连接通孔内浇灌金属浆料，并烧结固化所述金属浆料以形成金属柱；
S40：机械打磨各所述金属柱，以使各所述金属柱的两端分别与所述陶瓷基板的上下两表面相平齐；
S50：往所述陶瓷基板的至少一个表面上磁控真空溅射一层能与所述陶瓷基板牢固结合的金属层组；
S60：加厚所述金属层组；
S70：在加厚后的所述金属层组上蚀刻出外层线路图形。
与现有技术相比，本发明提供的带金属化通孔的陶瓷线路板及其制造方法的有益效果在于：
该带金属化通孔的陶瓷线路板包括陶瓷基板，通过激光在陶瓷基板上开设至少一个连接通孔，并对各连接通孔进行金属灌浆以填塞各连接通孔，经高温固化后，各连接通孔内的金属浆料成型为金属柱，这样，即可实现各连接通孔的金属化，且孔内不会藏有药水，不会影响到陶瓷线路板的电气性能，可靠性高，显然能规避传统电镀填孔工艺中填孔有空洞的缺陷；通过机械打磨确保各金属柱的两端分别与陶瓷基板的上下两表面相平齐，然后在陶瓷基板的至少一个表面上磁控真空溅射金属层组，加厚金属层组后在其上蚀刻外层线路图形，因金属层组能与陶瓷基板牢固结合，且磁控真空溅射工艺能很好地控制其厚度，因而，该陶瓷基板还适于制作成精细的陶瓷线路板，也即能兼顾到精细制作和高可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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它的附图。
图1是本发明实施例步骤S10中准备的陶瓷基板的横截面示意图；
图2是图1中经步骤S20激光钻孔后的陶瓷基板的横截面示意图；
图3是图2中连接通孔经步骤S30金属浆料浇灌和烧结固化后的陶瓷基板的横截面示意图；
图4是图3中金属柱经过步骤S40机械打磨后的陶瓷基板的横截面示意图；
图5是图4中的陶瓷基板经步骤S50磁控真空溅射后的横截面示意图；
图6是图5中的陶瓷基板经步骤S60加厚后的横截面示意图；
图7是经步骤S70图形蚀刻最终形成的本发明实施例中带金属化通孔的陶瓷线路板；
图8是本发明实施例中带金属化通孔的陶瓷线路板的制造流程图。
其中，附图中的标号如下：
100-陶瓷基板、110-连接通孔、111-金属柱、1111-凸料；
200-金属层组、300-外层线路图形。
具体实施方式
为了使本发明的所要解决的技术问题、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以下结合附图1至图7对本发明提供的一种带金属化通孔的陶瓷线路板的实现进行详细地描述。
需说明的是，该带金属化通孔的陶瓷线路板，主要应用于LED技术领域中，用于LED功率型封装结构，如LED芯片封装用的DPC陶瓷线路板中。当然，实际应用中，还可用于其它合适的技术领域的其它产品中。
如图1和图7所示，该带金属化通孔的陶瓷线路板包括一陶瓷基板100。需说明的是，具体在本实施例中，该陶瓷基板100的厚度小于或等于0.5mm，这样，方便制作超薄线路板。当然，实际上，制作该带金属化通孔的陶瓷线路板能选用的陶瓷基板100的厚度不仅限于0.5mm以内，还可选用较厚一点的陶瓷基板100。
为实现信号的导通，如图2所示，通常，需要在陶瓷基板100的层压方向上开设至少一个连接通孔110。因传统的陶瓷基板100比较脆，为克服普通的机械开孔方式容易致使陶瓷基板100开裂的不足，本实施例中，各连接通孔110通过激光钻孔的方式来开设，这样，相比传统的机械开孔方式，还利于开设出孔径较小的连接通孔110。具体在本实施例中，优选地，各连接通孔110的孔径大小为0.05mm～0.2mm。
如图3所示，各连接通孔110内填塞有金属柱111。因传统的铜层与陶瓷的结合力不佳，在本实施例中，各金属柱111是先通过往对应的连接通孔110内进行金属灌浆，然后高温固化才最终形成，这样，即可克服陶瓷基板100采用化学置换等传统孔金属化方式导致金属层容易脱落，进而影响线路板可靠性的缺陷。不仅如此，“金属灌浆+高温固化”的方式还可以保证各连接通孔110在金属化过程中避免产生空洞，由此药水不易藏在各连接通孔110内，进而能确保最终的陶瓷线路板具有较高可靠性。
如图3所示，通常，金属灌浆过程中，为使各连接通孔110内灌满金属浆料，往往会有部分金属浆料溢出连接通孔110，这样，固化后会在金属柱111的两端形成凸料1111。考虑到简化线路板的结构以及保证其可靠性等因素，在本实施例中，如图4所示，需将金属柱111两端的凸料1111打磨掉，从而确保各金属柱111的两端分别与陶瓷基板100的上下两表面相平齐。需说明的是，在本实施例中，优选地，各金属柱111由银浆烧结固化后形成，也即是说，金属浆料为银浆。当然实际上，金属浆料还可为其它合适的金属浆料，如铜浆等。
如图5所示，为使该陶瓷线路板能安装各种电子元器件，实现各电子元器件间的信号导通，以及保证陶瓷线路板上的线路图形不易脱落，陶瓷基板100的至少一个表面上形成有能包覆各金属柱111、能与陶瓷基板100牢固结合的金属层组200。在本实施例中，为使该陶瓷线路板能适于制作超薄、精细的线路板，金属层组200通过磁控真空溅射的方式溅射在陶瓷基板100的表面上，也即是说，不同于传统陶瓷基板的金属层，该金属层组200为超薄金属层组，且其厚度能得到有效地控制，这样，即可保证最终成型出的陶瓷线路板的总厚度较小。需说明的是，在本实施例中，陶瓷基板100的上下两表面上均溅射有金属层组200，也即是说，陶瓷基板100实现了双面金属化。
另外，如图6所示，通常，还需采用普通的电镀或化学沉铜等方式对金属层组200进行加厚，以进一步保证陶瓷线路板的可靠性和信号导通。如图7所示，加厚后的金属层组200上蚀刻有外层线路图形300，以方便在陶瓷线路板上安装各电子元器件实现信号导通。
可以理解地，相比传统的陶瓷线路板，该带金属化通孔的陶瓷线路板通过采用异于传统的覆铜方式，具体为，先通过激光钻孔，后往各连接通孔110内灌金属浆料并高温固化成金属柱111，对各金属柱111打磨后，在陶瓷基板100上预先磁控真空溅射金属层组200，以保证陶瓷线路板的可靠性和控制陶瓷线路板的总厚度，最后在加厚后的金属层组200上蚀刻出外层线路图形300，不仅实现微孔的金属化，保证其自身具有较高的可靠性，还能适于制作成精细的线路板，满足线路板的超薄及高功率的发展需求。
进一步地，作为本发明提供的带金属化通孔的陶瓷线路板的一种具体实施方式，金属层组200包括第一金属层(图未示)和第二金属层(图未示)。为保证金属层能与陶瓷基板100的表面牢固地结合，优选地，第一金属层为金属钛层。当然，实际上，第一金属层还可为其它的金属层，只需保证其能与陶瓷基板100具有较好的结合性即可。另外，为能制作超薄的陶瓷线路板，总体厚度能实时控制，第一金属层通过磁控真空溅射的方式铺设在陶瓷基板100的表面上。
对应地，第二金属层(图未示)通过磁控真空溅射的方式铺设在第一金属层(图未示)上。通常，该第二金属层为铜层。当然，实际上，还可为其它的金属层。为制作出超薄的陶瓷线路板，在本实施例中，第一金属层和第二金属层的总厚度小于或等于1um。当然，实际应用中，第一金属层和第二金属层的总厚度并不限在1um以内。
本发明还提供一种带金属化通孔的陶瓷线路板的制造方法，其中，如图8所示，该带金属化通孔的陶瓷线路板的制造方法的步骤包括：
S10：准备陶瓷基板100。具体在本实施例中，如图1所示，该步骤中备用的陶瓷基板100的厚度小于或等于0.5mm，这样，利于制作出超薄的陶瓷线路板。当然，实际上，备用的陶瓷基板100的厚度并不限在0.5mm以内。
S20：对陶瓷基板100进行激光钻孔以加工出各连接通孔110。具体在本实施例中，如图2所示，该步骤中通过激光钻孔钻出的各连接通孔110的孔径大小为0.05mm～0.2mm，这样，利于制作微孔，最终利于制作超薄的陶瓷线路板。当然，实际上，各连接通孔110的孔径大小还可为其它合适的尺寸。
S30：往各连接通孔110内浇灌金属浆料，并烧结固化金属浆料以形成金属柱111。具体在本实施例中，如图3所示，该步骤中采用钢网+真空塞孔的方式往各连接通孔110内灌满银浆，然后高温烧结固化银浆。其中，固化过程中，混在银浆内的有机溶剂即可挥发掉，最终形成导通的金属柱111。显然，通过该步骤，即可实现微孔的金属化，且确保金属化过程中，各连接通孔110内不会如传统的孔金属化工艺一样，出现空洞，由此，保证各连接通孔110内不会藏有药水，进而确保该陶瓷线路板的可靠性。
S40：机械打磨各金属柱111，以使各金属柱111的两端分别与陶瓷基板100的上下两表面相平齐。具体在本实施例中，如图4所示，该步骤主要是通过机械研磨，去除掉各金属柱111的两端凸出连接通孔110孔口的凸料1111。
S50：往陶瓷基板100的至少一个表面上磁控真空溅射一层能与陶瓷基板100牢固结合的金属层组200，以实现陶瓷基板100的表面金属化。需说明的是，在实施例中，如图5所示，陶瓷基板100的上下两表面上均溅射有金属层组200，也即，陶瓷基板100实现了双面金属化。另外，具体地，该步骤包括以下步骤：
S51：往陶瓷基板100的至少一个表面上磁控真空溅射一层能与陶瓷基板100牢固结合的第一金属层(图未示)。具体在本实施例中，优选地，该第一金属层为钛层，也即，通过磁控真空溅射的方式，在陶瓷基板100的表面上溅射一层薄薄的金属钛，以此增强金属层组200与陶瓷基板100的结合力。
S52：往第一金属层上磁控真空溅射一层第二金属层(图未示)。具体在本实施例中，该第二金属层为铜层，也即，再在钛层的表面溅射一层能与钛层有较强的结合力的铜，以方便后续能沿用传统的表面覆铜的工艺，简化制作成本。总体上，步骤S50中溅射的金属层组200的厚度能适时地控制，具体在本实施例中，第一金属层和第二金属层的总厚度小于或等于1um。
可以理解地，步骤S50中的金属层组200包括第一金属层和溅射于第一金属层上的第二金属层，因第一金属层和陶瓷基板100、第一金属层和第二金属层之间均具有较强的结合力，因而，通过预先溅射一层薄钛，然后在钛层上溅射一层薄铜，即可确保金属层组200能牢固地结合在陶瓷基板100上，且利于控制金属层组200乃至整个陶瓷线路板超薄化。
S60：加厚金属层组200。具体在实施例中，因第二金属层(图未示)为铜层，因而，该步骤可以沿用传统的电镀或化学沉积等方式来加厚第二金属层也即铜层。
S70：在加厚后的金属层组200上蚀刻出外层线路图形300，从而实现该陶瓷线路板的电气性能连接。
由上可知，本发明通过采用“激光钻孔+银浆塞孔+高温固化+机械研磨+先后磁控真空溅射钛和铜+传统沉铜+蚀刻线路图形”等各个步骤的密切配合，实现可超薄陶瓷线路板的制作，同时，解决了传统的电镀填孔时孔内有空洞导致藏有药水，最终影响陶瓷线路板可靠性的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种带金属化通孔的陶瓷线路板，其特征在于，所述陶瓷线路板包括通过激光开设有至少一个连接通孔的陶瓷基板，各所述连接通孔内填塞有先后通过金属灌浆和固化工艺形成的金属柱，经打磨后的各所述金属柱的两端分别与所述陶瓷基板的上下两表面相平齐；所述陶瓷基板的至少一个表面上磁控真空溅射有能包覆各所述金属柱、能与所述陶瓷基板牢固结合的金属层组，且加厚后的所述金属层组上蚀刻有外层线路图形。
2.根据权利要求1所述的带金属化通孔的陶瓷线路板，其特征在于，所述金属层组包括磁控真空溅射于所述陶瓷基板上的第一金属层和磁控真空溅射于所述第一金属层上的第二金属层，且所述第一金属层和所述第二金属层的总厚度小于或等于1um。
3.根据权利要求2所述的带金属化通孔的陶瓷线路板，其特征在于，所述第一金属层为金属钛层，第二金属层为铜层。
4.根据权利要求2所述的带金属化通孔的陶瓷线路板，其特征在于，各所述金属柱由银浆烧结固化后形成。
5.根据权利要求1至4任一项所述的带金属化通孔的陶瓷线路板，其特征在于，所述陶瓷基板的厚度小于或等于0.5mm。
6.根据权利要求5所述的带金属化通孔的陶瓷线路板，其特征在于，所述各所述连接通孔的孔径大小为0.05mm～0.2mm。
7.一种带金属化通孔的陶瓷线路板的制造方法，其特征在于，所述制造方法的步骤包括：
S10：准备陶瓷基板；
S20：对所述陶瓷基板进行激光钻孔以加工出各连接通孔；
S30：往各所述连接通孔内浇灌金属浆料，并烧结固化所述金属浆料以形成金属柱；
S40：机械打磨各所述金属柱，以使各所述金属柱的两端分别与所述陶瓷基板的上下两表面相平齐；
S50：往所述陶瓷基板的至少一个表面上磁控真空溅射一层能与所述陶瓷基板牢固结合的金属层组；
S60：加厚所述金属层组；
S70：在加厚后的所述金属层组上蚀刻出外层线路图形。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S50中包括以下步骤：
S51：往所述陶瓷基板的至少一个表面上磁控真空溅射一层能与所述陶瓷基板牢固结合的第一金属层；
S52：往所述第一金属层上磁控真空溅射一层第二金属层，其中，所述第一金属层和所述第二金属层的总厚度小于或等于1um。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S10中备用的所述陶瓷基板的厚度小于或等于0.5mm。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S20中激光加工出的各所述连接通孔的孔径大小为0.05mm～0.2mm。
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