CN110662359A - 氮化硅陶瓷电路板结构 - Google Patents

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张胜翔
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施彩云
吴书豪
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Abstract

本发明主要是有关于一种氮化硅陶瓷电路板结构。本发明主要是先提供一陶瓷基板，且此陶瓷基板可以是氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)或氮化铝(AlN)，其中最好是氮化硅；之后，在所述的陶瓷基板二侧同时的镀上一层钛金属层，在所述的钛金属层之上则再镀上一层的铜层；待铜层镀完后，则以350～500度的高温以及4±1Kg/mm2的压力将一层厚铜板直接地压合固定在上述的铜层上；待厚铜板和前述的铜层结合后，则以黄光显影的方式将所需要的图形蚀刻出来，则完成了陶瓷电路板的制作。

Description

氮化硅陶瓷电路板结构
技术领域
本发明主要是有关于一种新颖的陶瓷电路板，尤其是一种氮化硅陶瓷电路板的结构。
背景技术
又称印制电路板，印刷线路板，常使用英文缩写PCB(Printed circuit board)或写PWB(Printed wire board)，是重要的电子部件，依电路设计，将连接电路零件的电气布线绘制成图形，然后再以设计所指定的机械加工、表面处理等方式，在绝缘体上使电气导体重现所构成的电路板而言；换言之，印刷电路板是搭配电子零件之前的基板。该类产品的作用是将各项电子零件以电路板所形成的电子电路，发挥各项电子零组件的功能，以达到信号处理的目的；是电子元件的支撑体，是电子元器件线路连接的提供者。
传统的电路板，采用印刷蚀刻阻剂的工法，做出电路的线路及图面，因此被称为印刷电路板或印刷线路板。由于电子产品不断微小化跟精细化，目前大多数的电路板都是采用贴附蚀刻阻剂(压膜或涂布)，经过曝光显影后，再以蚀刻做出电路板。
印刷线路板的基材普遍是以基板的绝缘部分作分类，常见的原料为电木板、玻璃纤维板，以及各式的塑胶板。而PCB的制造商普遍会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分，再以环氧树脂和铜箔压制成「黏合片」(prepreg)使用。
在明白了印刷电路板的基本资料后，凡是熟于此项技艺者当能了解到现行的印刷电路板都是基于微小化后的电子零件而生成，也就是说，现行的印刷电路板基本上在配合上变压器的作用后，亦仅能适用于一般的小型电器设备；亦即，在目前的印刷电路板基本上都是以通过低伏特数(约12伏特)、低安培数(约一安培或二安培)的直流电；当工业上欲通过大电压(约300伏特)或以上的大电流时，由于现行的印刷电路板背面抑或是正面的散热效率相当的差，也无法在印刷电路板的背面加散热鳍片或是风扇来主动散热，因此，目前的印刷电路板结构无法承受电路在工作时所产生的热能。
欲解决此一问题，业界则推出了一种新技法-＂硬焊或软焊＂(Brazing)；是一种焊接方式，将熔点低于欲连接工件的熔填料(钎料)加热至高于熔点，使之具有足够的流动性，利用毛细作用充分填充于两工件间(称为浸润)，并待其凝固后将二者接合起来的一种接合法，其间所适用的温度高于840℉(450℃)。也就是说，业界为了解决大电流的问题，其可借由一厚铜片直接地借由前述所称的熔填料来直接地和一不导电，或是导电性不良的基板连结在一起；尔后，则再行黄光显影的方式将线路予以呈现出来。这种方式确实地可以达到承载大电流的功效。为了获得高品质的焊接接头，相互焊接的工件必须安装紧密且基板必须格外干净并除去氧化物。在大多数情况下，推荐的最佳焊缝间隙为0.03～0.08毫米(mm)，以充分发挥毛细作用的接合力。但是，在某些情况下，焊缝间隙大到0.6毫米也常常见到，因此，维持工件间平整度实是考验制造者工艺的一大学问。
另一个至关重要的议题就是焊接表面的整洁度；因为任何污染都将导致熔填金属的浸润性变差。焊前有两种主要清洗零件的方法：化学清洗和研磨或其它方式的机械清洁。使用机械清洁，除了表面清洁外也保持适当的表面粗糙度，在粗糙表面上比在光滑表面更容易充分浸润。
再来要考虑的，不能仅止于考量温度和时间对焊接接头品质的影响。随着焊接合金温度的增加，熔填物的合金化和浸润性将增加。一般情况下，焊接温度选择必须高于熔点的填充金属。然而，有几个因素共同影响焊接设计的温度选择。最佳的焊接温度须顾及：(1)尽可能低的焊接温度，(2)尽量减少热效应对组装的影响，(3)保持熔填物/基板的相互作用到最低限度，及(4)最大限度地使用治具或夹具使用。在某些情况下，选择较高的焊接温度，以迁就设计中的其他因素(如允许使用不同的填充金属，或控制的冶金效果，或充分除去表面的污染)。
时间对焊接接头也是一个重要因素，但大多数生产过程中一般都选择减少焊接时间和费用。虽然并非总是如此，因为在一些非生产因素，时间和成本是受限于其他属性(如强度，外观)。
还有一个因素影响着硬焊的成本；那就是焊料的来源。目前，如前所述的，因为电路的设计需考量多方面的因素，以致于在选择焊料时得多方考量，不是得考虑和基板的匹配，就是得考虑和工件间的熔点是否会影响到基板的整体性，再来就是需考虑焊料自己本身供应链的接续性；目前的焊料实为一种合金，而依据不同的设计需求以及材料选择，包括但不限于下列的合金：银、铜、钛或银、铜、钛、钖。上述不论是何种的合金类，基本上欲走向高端的工业用途时，其所使用的焊料都是把持在世界上少数的几个厂商，以致于其售价居高不下，而制造商也被迫必须在时程以及售价上配合着手握焊料的商家。
目前，在市面上存在着二种主要结合两工件的技术：一称为活性金属焊接(AMB)，另一则称为直接焊接铜(DBC)；这两种技术都是在于制造通过大电压的电路板，且基板均是使用着陶瓷来作为基板的材料。基于上述的说明可以知道不论是AMB或是DBC二种技法，根据所选用陶瓷基板材料的不同，都必不可少的会需要加上一层的焊料，或是助焊剂(氧化层)来协助铜层和基板间的结合。凡是熟知焊接技术者应可知道，在使用DBC时，其所涉及的温度是高达一千度以上，由此可知其间的技术门槛相当的高，并不是任意的拼凑装置即可达成所欲目的。再者，当在谈到AMB时，就会想到其间所涉及到的焊料来源；而由上述的讨论可知，目前的焊料基本上都是一种合金，例如是钛、金、钖和铜或是其中二者或三者间的合金。这类焊料的成本目前居高不下，而且也仅掌握在少数几家的手中，以致选用AMB制程的业者必得要配合供应链的时程来调整自己本身的时序；因此，目前，不管是DBC抑或是AMB这两种技术都存在着各自不同的缺失；亦即，当欲将铜板和陶瓷基板结合，并使用了AMB技术时，就要考虑在二者间需加入的焊料，而在使用DBC技术时，就要考虑氧化物的生成。同时，也要了解到使用这技术时的温度高达了1063～1083摄氏度。而在考虑AMB时，则要考虑其间呈合金的焊料的获得。
现行的DBC制程是包括了下列的步骤:
提供一陶瓷基板；
提供一铜板；
于所述铜板的至少一侧形作氧化铜；
将所述的陶瓷基板贴合于所述铜板形成有氧化铜的一侧；以及
加热所述的陶瓷基板以及所述的铜板。
由以上的步骤说明可知，这种方法涉及的温度高达了一千多度的高温，以致于其工作的环境对操作者而言相当的危险，同时，也因为其间的结合力度并不如AMB，所以很多人宁愿选择较贵，但却较为稳定的AMB。
发明内容
本发明主要的目的即在于提供一种新颖的氮化硅陶瓷电路板结构。本发明主要的目的即在于提供一种不同于传统DBC制程。
本发明的另一目的即是提供一种陶瓷电路板的制作方法，包括了下列的步骤：
提供一陶瓷基板；
在所述的陶瓷基板相对二侧面形成一层非化合物的单一金属层；
提供一铜板；
加热、加压所述的陶瓷基板以及所述的铜板；以及
图案化所述的铜板。
本发明的再一目的即是提供一种陶瓷电路板的制作方法，包括了下列的步骤：
提供一陶瓷基板；
在所述的陶瓷基板相对二侧面形成一层非化合物的单一金属层；
在所述的非化合物层的单一金属层上镀一层铜；
提供一铜板；
加热、加压所述的陶瓷基板以及所述的铜板；以及
图案化所述的铜板。
本发明的另一目的即是在于提供一种陶瓷电路板的制作方法，其中所述的加热步骤是至少加热到350度，至高到500摄氏度；优选地，加热温度为400摄氏度。
本发明的另一目的即是在于提供一种陶瓷电路板的制作方法，其中所述的加压步骤是至少加压4±1.5Kg/mm2。
本发明的再一目的是提供一种陶瓷电路板的结构，其特征在，包括了：
一氧化铝陶瓷基板：
一层包括了硅化钛的中介层，其是形成于所述氧化铝陶瓷基板的相对二侧面上；
一层非合金的单一金属层，其是形成于所述中介层的一自由面上；以及
一图案化的铜板，其是固定于所述的非合金的单一金属层。
本发明的再一目的是提供一种陶瓷电路板，其中，所述的非合金的单一金属层是为金属钛。
本发明的再一目的是提供一种陶瓷电路板，其中，所述的非合金的单一金属层厚度为50～1000nm。
本发明的再一目的是提供一种陶瓷电路板，其中，所述的铜板厚度为大于0.1mm。
本发明的再一目的是提供一种陶瓷电路板还包括了一层的铜层，其是夹设于所述铜板以及非合金的单一金属层之间。
本发明的再一目的是提供一种陶瓷电路板，其中，所述的中介层还包括了氮化硅钛以及/或氮化钛。
附图说明
图1～图3：是为本发明步骤的流程图；
图4：是为本发明加温时的温度和压力关系图；
图5：是为本发明借由前述步骤组合后的结构示意图；以及
图6～图9：是为本发明再一实施例的各个制程的示意图。
附图标记与部件的对应关系如下：
基板10；单一金属层20；中介层21；铜板30；薄铜层31；单纯的银、金、镍银合金或是镍金合金32。
具体实施方式
请参看图1所示，其中可见及本发明的第一步是提供一种陶瓷基板10；此陶瓷基板可以是氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)。由于陶瓷基板基本上是为一种絶缘体，故而欲作成电路板时，必须要在这种絶缘体的陶瓷基板作出一些表面的处理；因此，在本发明的制作步骤中，是将所述的陶瓷基板10的表面以溅镀的方式镀上一层非化合物，非合金且厚度约为200～1000μm的单一金属层20，如图2所示。这一层非化合物的单一金属层可以是任何可和前述的陶瓷基板10相结合的单一金属层20，譬如是：钛。而由于钛在镀上所述的陶瓷基板10时，处在了高温的环境，所以在所述的陶瓷基板10以及所述的单一金属层20之间，会形成一中介层21。此中介层21可以是一种氧化物，包括了：二氧化钛(TiO2)或氧化铝钛(AlTiO)；或是一种化合物，包括了：氮化钛(TiN)、氮化硅钛(TiSiN)、氮化铝钛(TiAlN)或硅化钛(TiSi)。此中介层21之所以会有各种不同化合物的态样，完全地在于所选用陶瓷基板10材质的不同而产生不同。
再请参看图3所示，其中可见在将所述的单一金属层20形成于所述的陶瓷基板10的相对二面后，下一步则是以高压、高温的方式来将一厚度是大于0.1mm的铜板30压合于所述的单一金属层20上。由图图4中可见及本发明的压力以及温度间的关系是沿用了硬焊技术间的关系图，由其中可见及温度以及压力间基本上是呈现一反比的关系；也就是说，当温度愈大时，所需要的压力则就愈小。经过不断的实验以及摸索后，本发明制程的温度可在300～700摄氏度，最好是定在500±100摄氏度，而压力则最好是定在了4±1.5公斤/mm2。
由附图所示的图5中可知，本发明的结构是由中心为一陶瓷基板10，而在所述的陶瓷基板10相对的两侧则是有一层非化合物层的单一金属层20，而在所述的单一金属层20以及所述的陶瓷基板10之间，则夹设有一氧化物或是化合物21；之后，则在所述的单一金属层20外侧，则再固设一层的铜板30。
再一具体实施例
本发明的具体实施例虽说已由上述的说明予以详列，但为求结构上的贴合性，本发明的步骤可予以再次的精进；下列则就本发明的制程再一次的予以说明。
请参看图6所示，其中可见及本发明再一具体实施例的第一步是提供一种陶瓷基板10；此陶瓷基板可以是氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)。由于陶瓷基板基本上是为一种絶缘体，故而欲作成电路板时，必须要在这种絶缘体的陶瓷基板作出一些表面的处理；因此，在本发明的制作步骤中，是将所述的陶瓷基板10的表面以溅镀的方式镀上一层非化合物、非合金的单一金属层20。
这一层非化合物的单一金属层可以是任何可和前述的陶瓷基板10相结合的单一金属层20，譬如是：钛。而由于钛在镀上所述的陶瓷基板10时，处在了高温的环境，所以在所述的陶瓷基板10以及所述的单一金属层20之间，会形成一中介层21。此中介层21可以是一种氧化物，包括了：二氧化钛(TiO2)或氧化铝钛(AlTiO)；或是一种化合物，包括了：氮化钛(TiN)、氮化硅钛(TiSiN)、氮化铝钛(TiAlN)、硅化钛(TiSi)或氮化硅(TiN)。此中介层21之所以会有各种不同化合物的态样，完全地在于所选用陶瓷基板10材质的不同而产生不同。
在将单一金属层20固定在所述的陶瓷基板10两侧后，为顾及后续铜板的黏合，本发明的步骤中可在所述单一金属层20表面再以电镀的方式镀上一层薄铜层31，其则如图8所示。
之后，如图9所示，则是以高压、高温的方式来将一铜板30压合于所述的单一金属层20上。借由这种方式，所述的铜板则可更加稳固地贴合于所述的陶瓷基板10。
以上二种具体实施例完成后，则再实施黄光显影的步骤，来将所需要的图形利用蚀刻的方式来呈现出来；而由于后续的铜板30厚度的考量，前述的黄光显影以及蚀刻可以重复使用多次，譬如是，二次或更多次。
在如第九图所示的结构中，可在前述的薄铜层31以及铜板30之间再加上一层的单纯的银、金、镍银合金或是镍金合金32来强化铜板30和基板10间键结的结合力。

Claims (10)

1.一种氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，包括了：
一氮化硅陶瓷基板：
一层包括了硅化钛的中介层，其是形成于所述氮化硅陶瓷基板的相对二侧面上；
一层非合金的单一金属层，其是形成于所述中介层的一自由面上以将所述的中介层夹设于所述的氮化硅陶瓷基板之间；以及
一图案化的铜板，其是固定于所述的非合金的单一金属层。
2.如权利要求1所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，所述的非合金的单一金属层是为金属钛。
3.如权利要求2所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，所述的非合金的单一金属层厚度为50～1000nm。
4.如权利要求1所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，所述的铜板厚度为大于0.1mm。
5.如权利要求1、2、3或4所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，还包括了一层薄铜层，其是夹设于所述铜板以及非合金的单一金属层之间。
6.如权利要求1所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，所述的中介层还包括了氮化硅钛以及/或氮化钛。
7.如权利要求5所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，在所述的薄铜层和铜板之间还包括了一层银。
8.如权利要求5所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，在所述的薄铜层和铜板之间还包括了一层金。
9.如权利要求5所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，在所述的薄铜层和铜板之间还包括了一层镍金合金层。
10.如权利要求5所述的氮化硅陶瓷电路板结构，其特征在于，在所述的薄铜层和铜板之间还包括了一层镍银合金层。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62291153A (ja) * 1986-06-11 1987-12-17 Kyocera Corp セラミツク配線基板
CN103741141A (zh) * 2014-01-24 2014-04-23 浙江工业大学 一种氮化铝陶瓷板金属化的方法
TWI512150B (zh) * 2013-11-29 2015-12-11 Nat Inst Chung Shan Science & Technology Preparation of copper - clad copper - clad copper clad copper
CN105452195A (zh) * 2013-09-30 2016-03-30 三菱综合材料株式会社 Cu-陶瓷接合体、Cu-陶瓷接合体的制造方法及功率模块用基板
CN105622126A (zh) * 2015-12-25 2016-06-01 上海申和热磁电子有限公司 一种Si3N4陶瓷覆铜基板及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62291153A (ja) * 1986-06-11 1987-12-17 Kyocera Corp セラミツク配線基板
CN105452195A (zh) * 2013-09-30 2016-03-30 三菱综合材料株式会社 Cu-陶瓷接合体、Cu-陶瓷接合体的制造方法及功率模块用基板
TWI512150B (zh) * 2013-11-29 2015-12-11 Nat Inst Chung Shan Science & Technology Preparation of copper - clad copper - clad copper clad copper
CN103741141A (zh) * 2014-01-24 2014-04-23 浙江工业大学 一种氮化铝陶瓷板金属化的方法
CN105622126A (zh) * 2015-12-25 2016-06-01 上海申和热磁电子有限公司 一种Si3N4陶瓷覆铜基板及其制备方法

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