CN110176437B - 一种窄间距陶瓷接线柱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种窄间距陶瓷接线柱及其制备方法，所述窄间距陶瓷接线柱包括陶瓷基座、金属焊盘、焊料层以及金属接线柱，所述陶瓷基座内加工有分布均匀的金属化线条，所述金属焊盘与所述金属化线条一一对应、且所述金属焊盘通过化学镀方式连接在所述陶瓷基座上，所述金属焊盘彼此间的间距为0.25~1.27mm，所述金属接线柱与所述金属焊盘一一对应，所述焊料层通过钎焊方式将所述金属焊盘和与金属焊盘相对应的金属接线柱连接起来。本发明所述的窄间距陶瓷接线柱通过高温共烧技术和化学镀技术在陶瓷基座上形成窄间距的金属焊盘，在金属焊盘上通过焊料层连接金属接线柱，以此形成所需要的陶瓷接线柱。
Description
技术领域
本发明属于微电子封装技术领域，具体涉及一种窄间距陶瓷接线柱及其制备方法。
背景技术
混合集成电路外壳用陶瓷接线柱，一般由陶瓷基座和金属接线柱构成，为了规避在焊接过程金属接线柱之间由于焊料的流淌导致陶瓷接线短路失效，金属接线柱的间距设置均在1.27mm以上，传统的金属接线柱的直径多在0.38mm以上，高度在1.00mm以上；伴随着电子元器件高集成、小型化的发展，对陶瓷接线柱也提出了新的挑战，即金属接线柱尺寸小型化，接线柱直径进一步减小，高度进一步压缩，由此金属接线柱之间的间距将需要同步缩短，此时采用传统的机械加工方式，难度将陡然增加，在加工成本提高的同时，也不具备批量生产的可能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种窄间距陶瓷接线柱,以克服上述技术问题。
本发明的第一个技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种窄间距陶瓷接线柱，包括陶瓷基座，所述陶瓷基座内加工有分布均匀的金属化线条；金属焊盘，所述金属焊盘与所述金属化线条一一对应、且所述金属焊盘通过化学镀方式连接在所述陶瓷基座上，所述金属焊盘彼此间的间距为0.25～1.27mm；金属接线柱，所述金属接线柱与所述金属焊盘一一对应、且所述金属焊盘的横截面形状与所述金属接线柱的横截面形状一致；焊料层，所述焊料层通过钎焊方式将所述金属焊盘和与金属焊盘相对应的金属接线柱连接起来；所述金属接线柱采用铁镍合金或铁镍钴合金，所述焊料层的材质为银铜共晶焊料。
本发明进一步的技术方案为，所述陶瓷基座的材质为氧化铝或氮化铝。
本发明进一步的技术方案为，所述陶瓷基座的厚度为0.5～2.0mm。
本发明进一步的技术方案为，所述金属焊盘优选为镍镀层。
本发明进一步的技术方案为，所述金属接线柱的厚度为0.1～0.6mm。
本发明另一个目的在于提供一种陶瓷接线柱的制备方法，包括以下步骤，S1、制作陶瓷基座：采用高温共烧技术制作表面和内部具有金属化线条的陶瓷基座，对金属化线条表面进行化学活化，再根据金属化线条通过化学镀在陶瓷基座的表面形成间距一致的金属焊盘，金属焊盘之间的间距为0.25～1.27mm，同时在陶瓷基座的上表面印制光刻标记；S2、钎焊：通过钎焊方式在陶瓷基座上焊接金属片，所述金属片的尺寸以能覆盖陶瓷基座上所有的金属焊盘为准，所述金属片的厚度与金属接线柱的厚度一致；S3、光刻：通过光刻技术在金属片的上表面形成光刻胶膜层，再通过曝光和显影技术获得金属接线柱的图形层，并通过光刻膜对金属接线柱的图形层进行定位；S4、分步蚀刻：先使用1号蚀刻液对定位的图形层外的金属片进行蚀刻，直至金属片蚀刻完成，再通过2号蚀刻液对步骤S2中钎焊形成的焊料层进行蚀刻处理，在图形层外的焊料层蚀刻完成后在焊料层上即可得到金属接线柱，采用丙酮溶剂清除金属接线柱上表面的光刻胶膜层，即可得到窄间距陶瓷接线柱。
本发明进一步的技术方案为，步骤S1中，高温共烧技术的步骤如下：将原料生瓷片平整装入贴片承载框，在设定程序的情况通过冲孔机进行冲通孔，选择钨浆对通孔进行填充，在一定压力和一定时间下进行整平，整平后通过精密印制机进行印制，印制后进行等静压成型、分切、排胶工序，最后在1750-1850℃下烧结，即可制得表面和内部有钨金属化的陶瓷基座。
本发明进一步的技术方案为，步骤S2中，钎焊温度为790-850℃，焊接气氛为纯氢气氛，钎焊采用的焊料为银铜共晶焊料。
本发明进一步的技术方案为，步骤S4中，1号蚀刻液包括以下重量组份的成分：氨基磺酸200-500份、硝酸钠100-300份、双氧水80-200份、缓蚀剂10-20份。
本发明进一步的技术方案为，步骤S4中，2号蚀刻液包括以下重量组份的成分：盐酸100-300份、磷酸二甲酯100-200份、硫酸50-200份、双氧水100-300份、EDTA 50-100份、巯基丙酸5-20份、缓蚀剂30-50份。
有益效果：
1、本发明通过高温共烧技术制作表面和内部具有金属化线条的陶瓷基座，在活性后在金属化线条上通过化学镀镍的方法制备一层焊盘，最后通过钎焊方式在焊盘上连接一层金属片，最终通过光刻与蚀刻技术形成所需要的窄间距陶瓷接线柱；
2、本发明所述采用的两种蚀刻液均为酸性，对光刻胶不发生溶解，解决碱性溶液对光刻胶溶解的问题，因此可以保证蚀刻后产品的线条精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图中：1、陶瓷基座；2、金属化线条；3、金属焊盘；4、金属接线柱；5、焊料层。
具体实施方式
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”等指示的方位或位置关系仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或结构必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明所述的窄间距陶瓷接线柱，包括陶瓷基座、金属焊盘、以及金属接线柱，所述陶瓷基座的材质优选为氧化铝或氮化铝，所述金属接线柱采用铁镍合金或铁镍钴合金，所述陶瓷基座的厚度为0.5～2.0mm，在所述陶瓷基座内加工有分布均匀的金属化线条，所述金属化线条的材质优选为钨，所述的金属焊盘通过化学镀方式连接在所述陶瓷基座上、且所述金属焊盘与所述金属化线条一一对应，所述金属焊盘优选为镍镀层，所述金属焊盘与相邻的金属焊盘之间的间距为0.25～1.27mm，所述金属接线柱与所述金属焊盘一一对应、且所属金属接线柱和金属焊盘之间为焊料层，所述金属焊盘的厚度为0.1～0.6mm，所述焊料层的材质为银铜共晶焊料，所述焊料层通过钎焊方式将所述金属焊盘和与金属焊盘相对应的金属接线柱连接起来，所述金属焊盘的横截面形状与所述金属接线柱的横截面形状需要保持一致。
上述结构按以下制备方法进行制备：
S1、制作陶瓷基座：采用高温共烧技术制作表面和内部具有金属化线条的陶瓷基座，对金属化线条表面进行化学活化，再根据金属化线条通过化学镀在陶瓷基座的表面形成间距一致的金属焊盘，金属焊盘之间的间距为0.25～1.27mm，同时在陶瓷基座的上表面印制光刻标记；
S2、钎焊：通过钎焊方式在陶瓷基座上焊接金属片，所述金属片的尺寸以能覆盖陶瓷基座上所有的金属焊盘为准，所述金属片的厚度与金属接线柱的厚度一致；
S3、光刻：通过光刻技术在金属片的上表面形成光刻胶膜层，再通过曝光和显影技术获得金属接线柱的图形层，并通过光刻膜对金属接线柱的图形层进行定位；
S4、分步蚀刻：先使用1号蚀刻液对定位的图形层外的金属片进行蚀刻，直至金属片蚀刻完成，再通过2号蚀刻液对步骤S2中钎焊形成的焊料层进行蚀刻处理，在图形层外的焊料层蚀刻完成后在焊料层上即可得到金属接线柱，采用丙酮溶剂清除金属接线柱上表面的光刻胶膜层，即可得到窄间距陶瓷接线柱。
在步骤S1中，高温共烧技术的步骤具体如下：将原料生瓷片平整装入贴片承载框，在设定程序的情况通过冲孔机进行冲通孔，选择钨浆对通孔进行填充，在一定压力和一定时间下进行整平，整平后通过精密印制机进行印制，印制后进行等静压成型、分切、排胶工序，最后在1750-1850℃下烧结，即可制得表面和内部有钨金属化的陶瓷基座。步骤S2中，钎焊温度为790-850℃，焊接气氛为纯氢气氛，钎焊采用的焊料为银铜共晶焊料。
在步骤S4中，1号蚀刻液包括以下重量组份的成分：氨基磺酸200-500份、硝酸钠100-300份、双氧水80-200份、缓蚀剂10-20份；2号蚀刻液包括以下重量组份的成分：盐酸100-300份、磷酸二甲酯100-200份、硫酸50-200份、双氧水100-300份、EDTA 50-100份、巯基丙酸5-20份、缓蚀剂30-50份。
蚀刻原理：1、本发明所述金属片与1号蚀刻液会发生化学反应生成金属离子，局部没有光刻胶保护的金属片区域发生溶解到蚀刻液中，最终保留出接线柱区域；进一步，2号蚀刻液与银铜共晶焊料的发生化学反应生成银离子和铜离子，进而溶解到蚀刻中，可以有效的去除了残留在陶瓷表面的非光刻胶保护区域的银铜共晶焊料，以保证金属接线柱间的绝缘性能。
2、本发明所述采用的两种蚀刻液均为酸性，对光刻胶不发生溶解，解决碱性溶液对光刻胶溶解的问题，因此可以保证蚀刻后产品的线条精度；此外对于氮化铝陶瓷材料不耐碱，氮化铝材料在碱性溶液中会发生水解反应而导致陶瓷表面发雾失效，影响外观及使用，本发明中的所采用酸性蚀刻液可以有效避免此问题的发生。
实施例1
接线柱间距0.25mm的制作：S1、制作陶瓷基座：采用高温共烧技术制作表面和内部具有金属化线条的陶瓷基座，对金属化线条表面进行化学活化，再根据金属化线条通过化学镀在陶瓷基座的表面形成间距一致的镀镍层焊盘，镀镍层焊盘之间的间距为0.25mm，同时在陶瓷基座的上表面印制光刻标记；S2、钎焊：选择银铜共晶焊料，通过钎焊方式在陶瓷基座上焊接铁镍合金片，铁镍合金片的尺寸覆盖陶瓷基座上钎焊的所有镀镍层焊盘为准，所述铁镍合金片的厚度为0.1mm；S3、光刻：通过光刻技术在铁镍合金片的上表面形成光刻胶膜层，再通过曝光和显影技术获得金属接线柱的图形层，并通过光刻膜对金属接线柱的图形层进行定位；S4、分步蚀刻：先使用1号蚀刻液对定位的图形层外的铁镍合金片进行蚀刻，直至铁镍合金片蚀刻完成，再通过2号蚀刻液对步骤S2中银铜共晶焊料层进行蚀刻处理，在图形层外的银铜共晶焊料层蚀刻完成后在银铜共晶焊料层上即可得到0.1mm的金属接线柱，清除金属接线柱上表面的光刻胶膜层，即可得到间距0.25mm窄间距陶瓷接线柱。
在步骤S4中，1号蚀刻液包括以下重量组份的成分：氨基磺酸200份、硝酸钠100份、双氧水80份、缓蚀剂10；2号蚀刻液包括以下重量组份的成分：盐酸100份、磷酸二甲酯100份、硫酸50份、双氧水100份、EDTA 50份、巯基丙酸5份、缓蚀剂30份。
实施例2
接线柱间距1.27mm的制作：S1、制作陶瓷基座：采用高温共烧技术制作表面和内部具有金属化线条的陶瓷基座，对金属化线条表面进行化学活化，再根据金属化线条通过化学镀在陶瓷基座的表面形成间距一致的镀镍层焊盘，镀镍层焊盘之间的间距为1.27mm，同时在陶瓷基座的上表面印制光刻标记；S2、钎焊：选择银铜共晶焊料，通过钎焊方式在陶瓷基座上焊接铁镍合金片，铁镍合金片的尺寸覆盖陶瓷基座上钎焊的所有镀镍层焊盘为准，所述铁镍合金片的厚度为0.6mm；S3、光刻：通过光刻技术在铁镍合金片的上表面形成光刻胶膜层，再通过曝光和显影技术获得金属接线柱的图形层，并通过光刻膜对金属接线柱的图形层进行定位；S4、分步蚀刻：先使用1号蚀刻液对定位的图形层外的铁镍合金片进行蚀刻，直至铁镍合金片蚀刻完成，再通过2号蚀刻液对步骤S2中银铜共晶焊料层进行蚀刻处理，在图形层外的银铜共晶焊料层蚀刻完成后在银铜共晶焊料层上即可得到0.6mm的金属接线柱，清除金属接线柱上表面的光刻胶膜层，即可得到间距1.27mm窄间距陶瓷接线柱。
在步骤S4中，1号蚀刻液包括以下重量组份的成分：氨基磺酸350份、硝酸钠200份、双氧水150份、缓蚀剂15份；2号蚀刻液包括以下重量组份的成分：盐酸200份、磷酸二甲酯150份、硫酸100份、双氧水200份、EDTA 75份、巯基丙酸15份、缓蚀剂40份。
实施例3
接线柱间距0.7mm的制作：S1、制作陶瓷基座：采用高温共烧技术制作表面和内部具有金属化线条的陶瓷基座，对金属化线条表面进行化学活化，再根据金属化线条通过化学镀在陶瓷基座的表面形成间距一致的镀镍层焊盘，镀镍层焊盘之间的间距为0.7mm，同时在陶瓷基座的上表面印制光刻标记；S2、钎焊：选择银铜共晶焊料，通过钎焊方式在陶瓷基座上焊接铁镍合金片，铁镍合金片的尺寸覆盖陶瓷基座上钎焊的所有镀镍层焊盘为准，所述铁镍合金片的厚度为0.3mm；S3、光刻：通过光刻技术在铁镍合金片的上表面形成光刻胶膜层，再通过曝光和显影技术获得金属接线柱的图形层，并通过光刻膜对金属接线柱的图形层进行定位；S4、分步蚀刻：先使用1号蚀刻液对定位的图形层外的铁镍合金片进行蚀刻，直至铁镍合金片蚀刻完成，再通过2号蚀刻液对步骤S2中银铜共晶焊料层进行蚀刻处理，在图形层外的银铜共晶焊料层蚀刻完成后在银铜共晶焊料层上即可得到0.3mm的金属接线柱，清除金属接线柱上表面的光刻胶膜层，即可得到间距0.7mm窄间距陶瓷接线柱。
在步骤S4中，1号蚀刻液包括以下重量组份的成分：氨基磺酸500份、硝酸钠300份、双氧水200份、缓蚀剂20份；2号蚀刻液包括以下重量组份的成分：盐酸300份、磷酸二甲酯200份、硫酸200份、双氧水300份、EDTA 100份、巯基丙酸20份、缓蚀剂50份。
按照GJB2440A-2006<混合集成电路外壳通用规范>的质量控制要求，在相对湿度不大于50％的条件下，施加500V的直流电压，引线之间的绝缘电阻要大于1.0×1010Ω，通过随机检测实施例1-3制备的陶瓷接线柱的金属接线柱间的绝缘电阻，绝缘电阻满足要求，下述为实施例1-3的检测结果，绝缘电阻均大于1.0×1010Ω，表明采用本发明方法所制备的陶瓷接线柱在满足窄间距的前提下，能够保证金属接线柱间的绝缘特性，保证了的陶瓷接线柱的使用性能。
| 编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 实施例1 | 6.8×10<sup>10</sup>Ω | 1.2×10<sup>11</sup>Ω | 5.4×10<sup>10</sup>Ω | 7.9×10<sup>10</sup>Ω | 9.3×10<sup>10</sup>Ω |
| 实施例2 | 7.4×10<sup>10</sup>Ω | 9.8×10<sup>10</sup>Ω | 6.3×10<sup>10</sup>Ω | 8.1×10<sup>10</sup>Ω | 5.5×10<sup>10</sup>Ω |
| 实施例3 | 6.8×10<sup>10</sup>Ω | 6.5×10<sup>10</sup>Ω | 7.9×10<sup>10</sup>Ω | 1.9×10<sup>11</sup>Ω | 4.2×10<sup>10</sup>Ω |
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以上具体实施例进行说明，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，
所述窄间距陶瓷接线柱包括：
陶瓷基座(1)，所述陶瓷基座内加工有分布均匀的金属化线条(2)；
金属焊盘(3)，所述金属焊盘与所述金属化线条一一对应、且所述金属焊盘通过化学镀方式连接在所述陶瓷基座上，所述金属焊盘彼此间的间距为0.25～1.27mm；
金属接线柱(4)，所述金属接线柱与所述金属焊盘一一对应、且所述金属焊盘的横截面形状与所述金属接线柱的横截面形状一致；
焊料层(5)，所述焊料层通过钎焊方式将所述金属焊盘和与金属焊盘相对应的金属接线柱连接起来；
所述金属接线柱采用铁镍合金或铁镍钴合金，所述焊料层的材质为银铜共晶焊料所述制造方法包括以下步骤，
S1、制作陶瓷基座：采用高温共烧技术制作表面和内部具有金属化线条的陶瓷基座，对金属化线条表面进行化学活化，再根据金属化线条通过化学镀在陶瓷基座的表面形成间距一致的金属焊盘，金属焊盘之间的间距为0.25～1.27mm，同时在陶瓷基座的上表面印制光刻标记；
S2、钎焊：通过钎焊方式在陶瓷基座上焊接金属片，所述金属片的尺寸以能覆盖陶瓷基座上所有的金属焊盘为准，所述金属片的厚度与金属接线柱的厚度一致；
S3、光刻：采用光刻技术，在金属片的上表面涂抹形成光刻胶膜层，再通过曝光和显影技术获得金属接线柱的图形层，并通过光刻膜对金属接线柱的图形层进行定位；
S4、分步蚀刻：先使用1号蚀刻液对定位的图形层外的金属片进行蚀刻，直至金属片蚀刻完成，再通过2号蚀刻液对步骤S2中钎焊形成的焊料层进行蚀刻处理，在图形层外的焊料层蚀刻完成后在焊料层上即可得到金属接线柱，采用丙酮溶剂清除金属接线柱上表面的光刻胶膜层，即可得到窄间距陶瓷接线柱。
2.如权利要求1所述的窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，所述陶瓷基座的材质为氧化铝或氮化铝。
3.如权利要求1或2所述的窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，所述陶瓷基座的厚度为0.5～2.0mm。
4.如权利要求1所述的窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，所述金属焊盘为镍镀层。
5.如权利要求1或4所述的窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，所述金属接线柱的厚度为0.1～0.6mm。
6.如权利要求1所述的窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，步骤S1中，高温共烧技术的步骤如下：将原料生瓷片平整装入贴片承载框，在设定程序的情况通过冲孔机进行冲通孔，选择钨浆对通孔进行填充，在一定压力和一定时间下进行整平，整平后通过精密印制机进行印制，印制后进行等静压成型、分切、排胶工序，最后在1750-1850℃下烧结，即可制得表面和内部有钨金属化的陶瓷基座。
7.如权利要求1所述的窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，步骤S2中，钎焊温度为790-850℃，焊接气氛为纯氢气氛，钎焊采用的焊料为银铜共晶焊料。
8.如权利要求1所述的窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，步骤S4中，1号蚀刻液包括以下重量组份的成分：氨基磺酸200-500份、硝酸钠100-300份、双氧水80-200份、缓蚀剂10-20份。
9.如权利要求1所述的窄间距陶瓷接线柱的制造方法，其特征在于，步骤S4中，2号蚀刻液包括以下重量组份的成分：盐酸100-300份、磷酸二甲酯100-200份、硫酸50-200份、双氧水100-300份、EDTA 50-100份、巯基丙酸5-20份、缓蚀剂30-50份。
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