CN111800948A - 一种陶瓷基板新型电镀图形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，属于电子电路技术领域，本发明通过工艺顺序的重新调整以及增加锡镀层工艺,采用陶瓷金属化后直接贴膜，曝光后留出需要电镀加厚的图形部分，并且采用激光打孔技术和真空多弧离子溅镀技术，本发明科学合理，使用安全方便，调整工艺顺序和增加锡镀层工艺，陶瓷金属化后直接贴膜有力的减少了时间成本，提高了产品品质，采用激光打孔技术可降低生产成本，加工的稳定性也更好，孔径的选择性更多，且本专利采用真空多弧离子溅镀技术，安全性好，效率更高，品质更好且稳定。

Description

一种陶瓷基板新型电镀图形的方法
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体是一种陶瓷基板新型电镀图形的方法。
背景技术
随着多芯片高集成器件、大功率半导体器件和激光二极管元器件等新一代大功率电子电力器件的发展，大功率器件所产生的热量也在不断增加，散热问题变得越来越重要，由于陶瓷具有高热导率、高电阻率，线膨胀系数，且耐高压高温，正是解决大功率器件封装的关键基板材料，能很好的符合大功率芯片和高密度集成封装的各项要求，所以陶瓷与常规芯片的组合越来越受欢迎，目前已被广泛应用于汽车、油井、电力变送等高压、高绝缘、高频、高温、高可靠、小体积的电子产品中；
常规陶瓷基板主要有平面板及3D板(带围坝)两种，本发明主要改进是的平面基板，常规基板制作方法主要有：
一、直接丝印金属层：工艺比较成熟，直接将铜浆或者其它金属浆料丝印到陶瓷基板上，再经过高温烧结，从而制备陶瓷线路板，该方法虽然工艺步骤简单，但所需的丝印设备精度要求高，需要的丝印铜浆严重依赖进口，需要上千度的高温真空或者氮气保护下烧结，成本较高，且经过高温后图形一致性及精确度会有所改变，精密图形较难控制；
二、电镀沉积法：该工艺原流程为：基板打孔、基板金属化、电镀加厚、整平、贴膜、曝光、显影、刻蚀、喷砂、化镍/化金和成品检验，该工艺主要难度在于刻蚀过程需要采用比较精密且昂贵的设备，多则几十万上百万，少则十多万一台。另外刻蚀时间比较长，以酸性刻蚀药水刻蚀举例，图形刻蚀时间需要大约12min，常规刻蚀药水无论是碱性刻蚀还是酸性刻蚀，酸雾或者碱雾挥发性较大，对环境或者操作人工污染伤害较大，且刻蚀过程图形一致性控制难度较大，常规设备极易产生线路过蚀或者刻蚀不到位的品质异常，且刻蚀过程需要人工显微镜下反复多次观察确认，耗时长，效率低，人员易眼睛疲劳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，以解决现有技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100：基板打孔：根据电路设计要求对陶瓷基板进行激光打孔，所述激光打孔的孔直径为0.5mm或0.15mm；所述陶瓷基板的材质为氮化铝或氧化铝,所述陶瓷边缘四周设有4个定位孔，定位孔尺寸为1mm；
陶瓷基板打孔加工工艺采用当前最先进的激光打孔技术，比层压PCB板加工工艺更高效且简单。常规PCB板采用机加工钻孔方法，常规设备极限0.5mm,且加工成本高，效率低，本专利采用激光打孔技术，可以大大提高生产效率及降低生产成本，加工的稳定性也更好，孔径的选择性更多；
S200：基板金属化：对打孔后的陶瓷基板进行预处理，然后对陶瓷表面金属化处理,使用真空多弧离子溅镀方法所镀的钛底层厚度为100-500um,铜层厚度为600-1500um；
真空多弧离子溅镀从阴极直接产生等离子体，不用熔池，阴极靶可根据工件形状在任意方向布置，使夹具大为简化；入射粒子能量高，膜的致密度高，强度和耐久性好，附着强度好；离化率高，一般可达60％～80％；且蒸镀速率快；
预处理关系到镀层的结合力、耐蚀性和平整程度等性能，要获得优质的镀层，预处理工艺十分必要。
S300：贴膜：对金属化后的陶瓷基板依据线路设计进行贴膜处理；所述步骤S300中贴膜可以为干膜也可以为湿膜，干膜厚度为40-70um；
将贴膜后的陶瓷基板进行曝光和显影处理，所述显影处理的方法为用1％碳酸钠溶液浸泡两分钟之后洗净；将陶瓷基板金属化后直接贴膜，曝光后留出需要电镀加厚的图形部分，有力的减少了时间成本，提高了产品品质。
S400：基板加厚填孔：对贴膜后的陶瓷基板进行加厚处理及填孔处理，所述加厚处理和所述填孔处理的方法为电镀；
电镀有利于减少无效面积的电镀，同等条件下减少了阳极消耗量；且电镀电流分布更均匀，电镀后面板更平整。
S500：镀锡保护：对基板加厚填孔的陶瓷基板进行镀锡保护处理；
S600：退膜：对镀锡保护后的陶瓷基板予以退膜处理；
S700：刻蚀：对退膜后的陶瓷基板刻蚀处理；
由于采用图形电镀，基板退完膜后，需要刻蚀的膜层仅有溅射的极薄的铜层600-1500nm,利用装有碱性刻蚀液的刻蚀机只需最快速度过机刻蚀时长约1min,即可彻底蚀刻干净且不会伤到图形电镀层，品质稳定，可大幅减短刻蚀的时间及重复检验的时间，药水消耗减少，有效减少了废气排放，且本设计基板电镀加厚以后，加镀一层3-5um锡镀层，采用碱性刻蚀工艺，锡可以做保护层保护加厚的铜层在刻蚀过程中不被腐蚀，确保图形加厚镀层在刻蚀过程中不会产生刻蚀的凹坑异常品质。
S800：整平：对刻蚀后的陶瓷基板予以整平处理；
所述整平处理的方法为基板表面机械抛磨后喷砂。
S900：化镍/化金：对喷砂处理后的陶瓷基板依规格要求进行电镀化学镍化学金处理；
电镀化学镍是为了防腐蚀和氧化，电镀化学金可以增加导电性且利于后段共晶及芯片打线处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过工艺顺序的重新调整,采用陶瓷基板金属化后直接贴膜，曝光后留出需要电镀加厚的图形部分，有力的减少了时间成本，提高了产品品质，详细如下，将电镀加厚和整平的顺序后移，将贴膜、曝光、显影的顺序前移，以及增加镀锡工艺，本发明陶瓷金属化采用真空多弧离子溅镀，首先溅射钛底层，钛层为100-500nm，钛层后溅射铜膜600-1500nm，还采用电镀、刻蚀技术；
多弧离子镀具有以下优点：(1)从阴极直接产生等离子体，不用熔池，阴极靶可根据工件形状在任意方向布置，使夹具大为简化；(2)入射粒子能量高，膜的致密度高，强度和耐久性好，附着强度好；(3)离化率高，一般可达60％～80％；(4)从应用的角度讲，其突出优点是蒸镀速率快；
电镀优点：(1)有利于减少无效面积的电镀，同等条件下减少了阳极消耗量；(2)电镀电流分布会更均匀，电镀后面板更平整；
刻蚀优点：(1)由于采用图形电镀，基板退完膜后，需要刻蚀的膜层仅有溅射的极薄的铜层600-1500nm,利用装有碱性刻蚀液的刻蚀机只需最快速度过机刻蚀时长约1min,即可彻底蚀刻干净且不会伤到图形电镀层，品质稳定，可大幅减短刻蚀的时间及重复检验的时间；(2)药水消耗减少，有效减少了废气排放；(3)本设计基板电镀加厚以后，加镀一层3-5um锡镀层，采用碱性刻蚀工艺，锡可以做保护层保护加厚的铜层在刻蚀过程中不被腐蚀，确保图形加厚镀层在刻蚀过程中不会产生刻蚀的凹坑异常品质；
对比常规PCB板图形电镀差别:(1)层压PCB板与陶瓷基板材质存在本质区别，两种完全不一样，加工工艺路线也差别巨大；(2)常规PCB板采用机加工钻孔方法，常规设备极限0.5mm,且加工成本高，效率低，本专利采用激光打孔技术，可以大大提高生产效率及降低生产成本，加工的稳定性也更好，孔径的选择性更多；(3)PCB属于层压板大多采用化学镀铜予以金属化，本专利采用的是最新技术真空多弧溅射金属化，安全性好，效率更高，品质更好且稳定；(4)PCB板电镀填孔只需导通即可，本专利采用的是填实心孔，可达到电镀填孔密封的效果，难度更大，要求更高；(5)常规PCB板对电镀厚度要求要低，普遍20微米左右即可，本专利陶瓷基板属于双面电镀，单面厚度至少40微米以上，对材料的要求及电镀药水的掌握要求更高，难度系数更大；(6)此种方案电镀的陶瓷基板适合做大功率有气密性要求的器件，PCB板无法做到如此高的要求；
本设计局限在于只针电极图案线条宽度在300um以上，比较实用，过小的线宽由于制作显影干膜精度极其膜粘性有所限制。过于精密的还需走特殊精细化刻蚀制作流程，用高昂的高精密刻蚀机蚀刻出图形。
附图说明
图1为本发明一种陶瓷基板新型电镀图形的方法步骤结构示意图；
图2为本发明一种陶瓷基板新型电镀图形的方法的改后工艺结构示意图；
图3为本发明一种陶瓷基板新型电镀图形的方法的前工艺流程结构示意图；
图4为本发明一种陶瓷基板新型电镀图形的方法的前工艺和改后工艺的流程区别结构示意图。
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做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。
实施例：本发明陶瓷基板新型电镀图形制作工艺：
1、基板打孔：根据电路设计要求对陶瓷基板进行激光打孔，所述陶瓷基板选用品质合格的氮化铝陶瓷基板，规格尺寸为长宽120*120mm，厚度0.5mm，所述激光打孔的孔直径为0.15mm，所述陶瓷基板边缘四周设有4个定位孔，定位孔尺寸为1mm(也可选用氧化铝基板，尺寸根据实际需要也可变动)。
2、基板金属化：对打孔后的陶瓷基板进行预处理，对基板进行真空多弧依次溅射，钛底层100-500um,铜层600-1500um(因为钛与陶瓷结合力较好，故通常需要在陶瓷表面金属化时溅射一层过渡性的钛，以提高金属层与陶瓷表面的结合力)。
3、贴膜：对金属化后的陶瓷基板依据线路设计进行贴膜处理；将溅射完铜层陶瓷基板根据实际需求电路图形进行贴干膜处理(也可用湿膜处理)，干膜厚度40-70um，此干膜必须耐强酸，在强酸中不分解不脱落粘性好且为正性膜，即曝光部分分解，贴膜用的菲林片采用留出电镀图形部分方式，等下一步曝光，后附简图说明。
4、曝光：将贴膜后的陶瓷基板进行曝光处理，时间20秒。
5、显影：将曝光后的陶瓷基板显影处理，1％碳酸钠溶液浸泡两分钟，洗净，后附简图说明。
6、电镀加厚(镀铜)：保持温度为25℃，4-10ASD的电流密度，ASD为安培每平方分米，对显影后的陶瓷基板用电镀液处理，时间为4-6小时，电镀液配方为浓度为200g/L的硫酸铜溶液浓液、70g/L的硫酸溶液、70mg/L的氯离子、6ml/L的110Mu和0.5ml/L的110A混合(也可采用电镀镍加厚处理)。
7、镀锡保护：保持温度为15℃，5-20ASD的电流密度，对电镀加厚后的陶瓷基板用镀锡液处理，时间为5min，镀锡液的配方为浓度为30g/L的硫酸亚锡溶液、150g/L的硫酸溶液、30ml/L的纯锡开缸剂和2ml/L的纯锡光泽剂混合。
8、退膜：在室温状态下(10-35℃)，用5％的NaOH溶液对电镀锡后的陶瓷基板予以退膜处理，浸泡时间3min，用水洗净。
9、刻蚀：在45℃温度下，将退膜后的陶瓷基板进行刻蚀处理，时间为1.2min，刻蚀溶液为浓度为150g/L的氯化铵溶液、200g/L的铜粉，450g/L的氨水溶液混合，刻蚀线路处理用刻蚀机处理，刻蚀机走速为100mm/min，压力为3Kg。
10、退锡、退钛底层：在常温状态下，将刻蚀线路后陶瓷基板用浸泡剥锡液方式予以退锡处理，处理时间2min；再将退锡后的陶瓷基板予以浸泡5％HF处理，退钛底层，时间2min。
11、整平：将退钛后陶瓷基板予以机械磨平表面并进行300目金刚砂喷砂表面处理。
12、化镍/化金：对喷砂处理后的陶瓷基板依规格要求进行电镀化学镍化学金处理，化学镍规格要求：3-5um；化学金规格要求：大于0.05um。
13、成品检验：将化镍/化金后的陶瓷基板进行成品检验，平面基板制作完成。
陶瓷基板新型电镀图形参数要求：
陶瓷基板材质：氮化铝陶瓷基板；陶瓷基板规格尺寸：120*120mm；陶瓷基板厚度：0.5mm；定位孔孔径：0.15mm；定位孔个数：4；定位孔尺寸：1mm；钛底层厚度：100—500um；铜层厚度：600-1500um；干膜厚度：40-70um；碳酸钠溶液浓度：1％；
镀铜参数要求：
硫酸铜溶液浓度范围为180-220g/L，标准浓度为200g/L；硫酸溶液浓度范围为50-85g/L，标准浓度为70g/L；氯离子浓度范围为50-120mg/L，标准浓度为70mg/L；110Mu浓度范围为6-8ml/L，标准浓度为6ml；110A浓度范围为0.4-0.6ml/L，标准浓度为0.5ml；温度范围为18-38℃，标准温度为25℃；阴极电流密度范围为1-6A，标准密度为4A；阳极电流密度范围为1-3A，标准密度为2A；
镀锡参数要求：
硫酸亚锡溶液浓度范围为50-100g/L，标准浓度为80g/L；硫酸溶液浓度范围为120-200g/L，标准浓度为150g/L；纯锡开缸剂浓度范围为20-35ml/L，标准浓度为30ml/L；纯锡光泽剂浓度范围为1-6ml/L，标准浓度为2ml；电流密度范围为10-35ASD，标准浓度为20ASD；温度范围为3-20℃，标准温度为15℃；
退膜参数要求：5％NaOH溶液，常温；
刻蚀参数要求：
氯化铵溶液浓度范围为100-180g/L，标准浓度为150g/L；铜粉浓度范围为180-220g/L，标准浓度为200g/L；氨水溶液浓度范围为400-600g/L，标准浓度为450g/L；温度范围为40-60℃，标准温度为45℃。
工作原理：先根据电路设计要求对陶瓷基板进行激光打孔，然后将对打孔后的陶瓷基板进行预处理，然后对陶瓷表面金属化处理，接着对金属化后的陶瓷基板依据线路设计进行贴膜处理，然后对贴膜后的陶瓷基板进行加厚处理及填孔处理，对电镀加厚的陶瓷基板进行镀锡处理，再然后对电镀锡后的陶瓷基板予以退膜处理、刻蚀处理和整平喷砂处理，接着对整平喷砂的陶瓷基板进行电镀化学镍化学金处理，最后将化镍/化金后的陶瓷基板进行成品检验，平面基板制作完成。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100：基板打孔：根据电路设计要求对陶瓷基板进行激光打孔；
S200：基板金属化：对打孔后的陶瓷基板进行预处理，然后对陶瓷表面金属化处理；
S300：贴膜：对金属化后的陶瓷基板依据线路设计进行贴膜处理；
S400：基板加厚填孔：对贴膜后的陶瓷基板进行加厚处理及填孔处理；
S500：镀锡保护：对基板加厚填孔的陶瓷基板进行镀锡保护处理；
S600：退膜：对镀锡保护后的陶瓷基板予以退膜处理；
S700：刻蚀：对退膜后的陶瓷基板刻蚀处理；
S800：整平：对刻蚀后的陶瓷基板予以整平处理；
S900：化镍/化金：对整平后的陶瓷基板依规格要求进行电镀化学镍化学金处理。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：所述陶瓷基板的材质为氮化铝或氧化铝。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：所述陶瓷基板上设有定位孔。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：所述步骤S200中所述基板金属化采用的方法为真空多弧离子溅镀，所述真空多弧离子溅镀到基板上。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：所述步骤S400中加厚处理和填孔处理的方法为电镀。
6.根据权利要求1所述的一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：所述步骤S500中，镀锡保护处理的参数要求为：硫酸亚锡溶液浓度范围为50-100g/L，硫酸溶液浓度范围为120-200g/L，纯锡开缸剂浓度范围为20-35ml/L，纯锡光泽剂浓度范围为1-6ml/L，电流密度范围为10-35ASD，温度范围为3-20℃。
7.根据权利要求1所述的一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：所述步骤S700中，刻蚀处理的参数要求为：氯化铵溶液浓度范围为100-180g/L，铜粉浓度范围为180-220g/L，氨水溶液浓度范围为400-600g/L，温度范围为40-60℃。
8.根据权利要求1所述的一种陶瓷基板新型电镀图形的方法，其特征在于：所述步骤S800中，整平处理的方法为基板表面机械抛磨后喷砂。
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