CN109195340A - 一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距图形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距图形的方法，属于电力电子器件封装领域。在正常的金属化陶瓷基板产品生产过程中，由于需要在陶瓷基板上加工出来电路图形，不可避免的会有蚀刻工序，当铜厚达到300μm以上，那么图形的线宽、线距有保障的约为500μm以上。但在高端电子封装领域要求线宽、线距要低于100μm以下，这就限制了金属化陶瓷基板在这些高端电子封装领域的应用。针对此种现象本发明提供了一种制作金属化陶瓷基板电路图形超窄线宽、线距的方法，本方案使用激光蚀刻与化学蚀刻相结合的方式蚀刻金属化层，从而达到蚀刻出精细的线宽线距的目的，大大提高线宽线距的下限值和精确度，拓宽了金属化陶瓷基板的应用领域。

Description

一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距图形的方法
技术领域
本发明涉及电力电子器件封装领域，更具体地说，涉及一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距图形的方法。
背景技术
在正常的金属化陶瓷基板产品生产过程中，由于要在陶瓷基板上加工出来电路图形，批量生产的工艺中不可避免的会有蚀刻工序，目前现有技术是将金属化陶瓷基板通过贴膜、曝光、显影等方式将图形转移到金属化层上，然后通过化学蚀刻再将图形蚀刻出来。
技术缺陷：金属化层厚度超过100μm，通过常规化学蚀刻有保障的线宽、线距约为200μm，金属化层厚度达300μm后，通过化学蚀刻有保障的线宽线距为500μm，当金属化厚度达到700μm甚至更厚时，传统的化学蚀刻已经不适合加工金属化陶瓷基板的线路了，因为侧蚀现象尤为严重，尺寸精度与误差无法估计。
现有技术也有相应的技术提供窄间距的线路，如中国专利申请，申请号201710711171.9，公开日2017年12月12日，公开了提供一种高可靠度新型激光蚀刻工艺，包括以下步骤，S1：预备待加工的FPC电路板、PCB电路板或陶瓷集成电路板；S2：准备用于进行蚀刻加工的激光器；S3：对激光器发射的激光进行整形处理，形成平顶光与高斯光；S4：采用激光器对FPC电路板、PCB电路板或陶瓷集成电路板进行蚀刻加工，去除对应电路板上的保护膜，Soldermask油墨层以及阻焊层，露出金属Pad；且金属Pad与金属Pad间形成阻焊堤；实际操作过程中，焊盘可以小型化，做到0.1mm以下，非常有利于后续的线路密集化处理，且PI表面的平整度为+/-5微米,可以显著提高焊接性与元件的拉力值，减少Underfill的使用，不会有传统FPC制作时的压合产生的溢胶，导致焊接面积变小，可靠性变差的问题，有效的防止细间距间的短路现象。但是，其没有考虑到对于集成电路领域的陶瓷板在工艺过程共的侧蚀问题。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的传统的化学蚀刻已经不适合加工金属化厚度超过400um陶瓷基板的线路，侧蚀现象尤为严重，尺寸精度与误差无法估计问题，本发明提供一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距图形的方法。它可以实现对于金属化陶瓷基板尤其是直接覆铜陶瓷基板双面板的产品生产过程，可以将金属化厚度超过400um的陶瓷基板的图形线宽、线距控制在100μm以内，并且侧蚀现象极其微小，大大提高线路图形的精度与线宽线距的下限。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距图形的方法，其步骤如下：
S1：将需要加工出来的超窄线宽、线距电路图形在金属化陶瓷基板的金属化层以非完全蚀刻方式直接加工出来。
S2：将阻蚀浆料整体印刷覆盖在蚀刻出来的电路图形上，然后烘干、硬化；
S3：将印刷或覆盖有阻蚀材料的金属化陶瓷基板再经过常规的化学蚀刻快速去除掉残余的金属，实现完全蚀刻；
S4：将经过完全蚀刻的金属化陶瓷基板通过化学处理或物理处理去除阻蚀材料，完成金属化陶瓷基板超窄线距图形的制作。
更进一步的，步骤S1中采用激光蚀刻与化学蚀刻相结合的方式将线路图形以非完全蚀刻方式将超窄线宽、线距图形蚀刻出来，以实现非完全蚀刻。
更进一步的，步骤S1中采用化学蚀刻方式将线路图形以浅层蚀刻方式蚀刻出来后，再采用激光蚀刻或机械加工的方式将图形加深，以实现非完全蚀刻。
更进一步的，金属化陶瓷基板线距宽度≤100μm。
更进一步的，通过丝网印刷、涂覆或直接通过刷胶机将阻蚀材料印刷覆盖在蚀刻出来的电路图形上。
更进一步的，金属化陶瓷基板包括但不局限于DBC、DBA、AMB或DPC陶瓷金属化基板，陶瓷种类包括但不局限Al2O3、高强度氧化铝、ZrO2、ZrO2增韧Al2O3、AlN、Si3N4、SiC或玻璃，金属化层包括但不限于Cu、Al或Ni。金属化厚度≥100μm。
更进一步的，S1所描述的激光蚀刻或机械加工出来的超窄线宽、线距电路图形为非完全蚀刻，激光蚀刻深度或机械加工深度小于金属化层的厚度。
更进一步的，步骤S1最终非完全蚀刻方式结束后残余的金属化层厚度大于等于20μm。
更进一步的，S2中阻蚀浆料包括但不局限于阻焊油墨、修版油墨等有机浆料、无机浆料、有机涂料、无机涂料。
更进一步的，S3中，实现完全蚀刻步骤为将线距位置的残余的铜全部蚀刻完毕直至陶瓷层。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)采用激光蚀刻或机械加工的方式可以快速蚀刻或加工出线宽、线距尺寸小于100um的电路图形，加工速度快，效率高；
(2)采用激光蚀刻或机械加工的方式蚀刻或加工图形可以省去贴膜、曝光、显影等工序，节省设备投入、生产时间、生产成本以及显影药水对环境的影响，成本低、更加环保；
(3)经过激光蚀刻或机械加工后再经过化学蚀刻，可以使化学蚀刻的时间大大减少，节省了蚀刻液，在不完全蚀刻残余的铜厚为20μm的情况下，最后经过化学蚀刻时间小于2min；效率高，成本降低；
(4)与常规单纯化学蚀刻相比，采用激光蚀刻或机械加工与化学蚀刻相结合的方式蚀刻或加工图形可以使蚀刻因子达到10以上，正常情况下，铜厚为500μm采用激光蚀刻残余铜厚为约50μm然后再化学蚀刻方式加工出来的图形侧蚀的量约为50μm左右；侧蚀度大大减小；有效保证了性能；
(5)由于第一步采用不完全蚀刻，蚀刻后的线路底部到顶部至少存在250μm以上的高度差，所以在后端的印刷或涂覆阻蚀浆料时候，只需要整体印刷上去即可，不需要采用对准，工艺简单，由于高度差的存在，使得浆料只能印刷在电路的上部，不会印刷或涂覆到电路的底部。即使浆料的流动性好，有部分浆料进入线距内，也只会流到侧面的铜壁上，这反而保护铜壁，减少了侧蚀；综合减少侧蚀的产生，良品率大大增加；
(6)采用激光蚀刻可以大大提高产品尺寸精度，产品附加值高。
附图说明
图1为实施例1的方法流程图；
图2为实施例4的方法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
该方案可以在金属化层厚度超过300μm的陶瓷基板上快速的生产线宽、线距小于100μm的电路图形，加工速度快，效率高，主要具有以下步骤：
S1：通过激光蚀刻或机械加工的方式将需要加工出来的超窄线宽、线距电路图形在金属化陶瓷基板的金属化层以非完全蚀刻方式直接加工出来，或用化学蚀刻方式将线路图形以浅层蚀刻方式将图形蚀刻出来，再利用激光蚀刻机或机械加工方式将图形加深。更好的优选的方式，保留加工区金属化层的厚度在20um以上，若金属化层的厚度过薄，可能在激光蚀刻或者机械加工的时候损伤底部的陶瓷基板。
S2：通过丝网印刷、涂覆等方式将阻蚀浆料整体印刷覆盖在蚀刻出来的电路图形上，然后烘干、硬化。此时阻蚀浆料覆盖在电路图形上表面，已经加工出来的电路图形之间的线槽内不会有阻蚀浆料。由于第一步采用非完全蚀刻，蚀刻后的线槽深度至少存在250μm以上的高度差，所以在后端的印刷或涂覆阻蚀浆料时候，只需在线路顶部整体印刷上去即可，不需要采用对准，工艺简单，由于高度差的存在，使得浆料只能印刷在电路的上部，不会印刷或涂覆到电路的底部。即使浆料的流动性好，有部分浆料进入线距内，也只会流到侧面的铜壁上，这反而保护铜壁，减少了侧蚀。
S3：将印刷或覆盖有阻蚀材料的金属化陶瓷基板再经过常规的蚀刻去除掉残余的金属，实现完全蚀刻。此时，常规蚀刻所需要的时间很短，最后经过化学蚀刻时间约为2min；加大了效率，减少了由于常规蚀刻造成的侧蚀，正常情况下，铜厚为500μm采用激光蚀刻残余铜厚为约50μm然后再化学蚀刻方式加工出来的图形侧蚀的量约为50μm左右；侧蚀现象大大减少。
S4：将经过完全蚀刻的金属化陶瓷基板通过化学处理或物理处理去除阻蚀材料。
综上所述通过本方案的方法，既可以保证获得超窄线距的金属化陶瓷板，其生产效率提高和成本降低了，且由于减少了常规蚀刻的时间，其侧蚀的量也大大减小，有效保证了产品的性能，具有多重效果，成本低、效率高、精度高、不良品率降低，易于推广。
实施例1
如图1所示，本案用于AlN-DBC超窄线距方法，包括下述步骤：(工艺流程如图1所示)
S1、将138mm*190mm*0.38mm(铜片规格134mm*184mm*0.30mm)规格的AlN-DBC陶瓷基板，通过激光蚀刻方式将设计好的图形在AlN-DBC的铜面上加工出来实现非完全蚀刻，图形线宽、线距为100μm，激光蚀刻深度为250μm±30μm。
S2、通过丝网印刷机将有机阻蚀浆料印刷到蚀刻出来的图形上部，印刷浆料厚度约为20μm。本实施例的有机阻蚀浆料为绿色阻焊油墨。
S3、通过烘干，将覆盖在图形表面的阻蚀浆料固化。
S4、再通过化学蚀刻方式将底部残留的线槽底部金属铜蚀刻掉实现完全蚀刻，化学蚀刻液为盐酸和氯酸钠。
S5、将经过化学蚀刻后的陶瓷基板通过20％的NaOH溶液去除阻蚀浆料。
实施例2
本案用于Al2O3-DBC超窄线宽线距方法，包括下述步骤：
S1、将127mm*127mm*1.00mm(铜片规格124mm*124mm*0.60mm)规格的Al2O3-DBC陶瓷基板，通过机械加工方式将设计好的图形在Al2O3-DBC的铜面上加工出来实现非完全蚀刻。图形线宽、线距为300μm，机械加工深度为550μm±30μm。
S2、通过丝网印刷机将有机阻蚀浆料印刷到蚀刻出来的图形上部。印刷浆料厚度约为20μm。此处有机阻蚀浆料为修版油墨。
S3、通过烘干，将覆盖在图形表面的阻蚀浆料固化。
S4、再通过化学蚀刻方式将线槽底部残留的金属铜去除掉实现完全蚀刻，化学蚀刻液为盐酸和氯酸钠。
S5、将经过化学蚀刻后的陶瓷基板通过NaOH溶液去除阻蚀浆料。
实施例3
本案用于Si3N4-AMB超窄线宽线距方法，包括下述步骤：
S1、将127mm*127mm*0.32mm(铜片规格124mm*124mm*0.40mm)规格的Si3N4-AMB陶瓷基板，通过机械加工方式将设计好的图形在Si3N4-AMB的铜面上加工出来实现非完全蚀刻。图形线宽、线距为200μm，机械加工深度为350μm±30μm。
S2、通过丝网印刷机将有机阻蚀浆料印刷到蚀刻出来的图形上部。印刷浆料厚度约为20μm。此处有机阻蚀浆料为阻焊油墨。
S3、通过烘干，将覆盖在图形表面的阻蚀浆料固化。
S4、再通过化学时刻方式将线槽底部残留的金属铜去除掉实现完全蚀刻。
S5、将经过化学蚀刻后的陶瓷基板通过NaOH溶液去除阻蚀浆料。
实施例4
本案用于氧化锆增韧氧化铝直接覆铜陶瓷基板(ZTA-DBC)超窄线宽、线距方法，包括下述步骤：(工艺流程如图2所示)
S1、将138mm*190mm*0.32mm(铜片规格134mm*184mm*0.40mm)规格的ZTA-DBC陶瓷基板，通过传统的贴膜、曝光、显影工序将设计好的图形在ZTA-DBC的铜面上加工出来实现浅层蚀刻。图形线宽、线距为200μm，蚀刻深度为100μm±30μm。
S2、通过NaOH溶液将感光膜去除。
S3、通过激光蚀刻方式将图形线槽的深度加深到350μm±20μm，实现的依然是非完全蚀刻。
S4、通过丝网印刷机将有机阻蚀浆料印刷到蚀刻出来的图形上部。印刷浆料厚度约为20μm。
S5、通过烘干，将覆盖在图形表面的阻蚀浆料固化。
S6、再通过化学时刻方式将底部残留的金属铜去除掉实现完全蚀刻。
S7、将经过化学蚀刻后的陶瓷基板通过NaOH溶液去除阻蚀浆料。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距图形的方法，其步骤如下：
S1：将需要加工出来的超窄线宽、线距电路图形在金属化陶瓷基板的金属化层以非完全蚀刻方式直接加工出来；
S2：将阻蚀浆料整体印刷覆盖在蚀刻出来的电路图形上，然后烘干、硬化；
S3：将印刷或覆盖有阻蚀材料的金属化陶瓷基板再经过常规的化学蚀刻快速去除掉残余的金属，实现完全蚀刻；
S4：将经过完全蚀刻的金属化陶瓷基板通过化学处理或物理处理去除阻蚀材料，完成金属化陶瓷基板超窄线距图形的制作。
2.根据权利要求1所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：步骤S1中采用激光蚀刻与化学蚀刻相结合的方式将线路图形以非完全蚀刻方式将超窄线宽、线距图形蚀刻出来，以实现非完全蚀刻。
3.根据权利要求2所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：步骤S1中采用化学蚀刻方式将线路图形以浅层蚀刻方式蚀刻出来后，再采用激光蚀刻或机械加工的方式将图形加深，以实现非完全蚀刻。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：金属化陶瓷基板线宽、线距尺寸≤100μm。
5.根据权利要求1所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：通过丝网印刷、涂覆或直接通过刷胶机将阻蚀材料印刷覆盖在蚀刻出来的电路图形上。
6.根据权利要求1所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：金属化陶瓷基板包括但不局限于DBC、DBA、AMB或DPC陶瓷金属化基板，陶瓷种类包括但不局限Al2O3、高强度Al2O3、ZrO2、ZrO2增韧Al2O3、AlN、Si3N4、SiC、蓝宝石或玻璃，金属化层包括但不限于Cu、Al或Ni。
7.根据权利要求1所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：S1所描述的激光蚀刻或机械加工出来的图形为非完全蚀刻，激光蚀刻深度或机械加工深度小于金属化层的厚度。
8.根据权利要求1所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：步骤S1最终非完全蚀刻方式结束后残余的金属化层厚度大于等于20μm。
9.根据权利要求1所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：S2中阻蚀浆料包括但不局限于阻焊油墨或修版油墨。
10.根据权利要求1所述的一种制作金属化陶瓷基板超窄线宽、线距电路图形的方法，其特征在于：S3中，实现完全蚀刻步骤为将线距位置的残余的铜全部蚀刻完毕直至陶瓷层。
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