CN113751404A - 提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式及处理后制品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式及处理后制品，其包括以下步骤：对AlN陶瓷基板进行油污清洗和干燥处理；在氧气气氛对AlN陶瓷基板进行高频等离子清洗获得氧化铝中间层。通过氧化铝中间层来改善金属与陶瓷湿润性，提高附着力，增大了AlN陶瓷与金属的结合力，改善了AlN陶瓷上沉积金属层的质量，金属层均匀且不易脱落，有效确保了陶瓷线路板元器件的正常工作，更能发挥出AlN陶瓷高散热性能在大功率器件中的优势；而且整个处理方式流程简单、方便，只需进行油污清洗、烤干和高频等离子清洗，省去传统高温处理和减少了有机溶剂和强碱性溶剂的使用，经济环保，成本低，可适用于多种陶瓷金属线路的应用开发。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，特别涉及一种提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式及采用该项处理方式处理后的金属覆着陶瓷基板制品。
背景技术
AlN陶瓷作为新兴的导热材料，兼有热膨胀系数小、强度高、绝缘性能好及散热能力优异等优点，是功率型电子元器件理想的封装散热材料。对其应用的开发，必须对陶瓷表面进行金属化处理。但金属在陶瓷表面润湿性差，直接金属化的膜层结合力较差，因此对陶瓷表面进行前处理尤为关键。
目前对陶瓷表面进行前处理的技术方案主要有三种：(1)通过预制中间层氧化铝或者氧化铜后与金属进行共晶钎焊实现金属化，其工艺窗口窄，实施难度大，难以进行高精密线路产品的运用。(2)通过碱性溶剂或有机界面偶联剂对陶瓷表面进行改性处理后，再通过真空溅射或蒸发的方式实施金属化。但碱性溶剂处理AlN陶瓷后，表面粗糙，会增加后续研磨抛光处理成本；有机溶剂的使用，不利于环保。(3)通过高真空和加热的方式，除去水汽，再结合真空溅射和烧结形成金属化。其前处理方案只是进行除水处理，表面附着力的提升还是依赖于烧结工序，此方案仅限于厚膜金属化产品，适用范围窄。
如公开号“CN111592382A”，名称为“一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法”的发明专利公布了一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，其采用氢氧化钠进行表面粗化来以此增强附着力。但要根据陶瓷板来料粗糙度调整碱液浓度和时间，操作繁琐，且强碱危害大。另外粗糙度过大，会使加厚层金属层粗糙，不利于后续图形转移及增加研磨抛光成本。
如公开号“CN104072206A”，名称为“提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法”的发明专利公布了一种提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法，其采用真空加热方式消除水气，附着力改善依赖于后工序的高温烧结。运用领域限定于厚膜电子产品，适用范围窄。
如公开号“CN103360122A”，名称为“一种提高陶瓷工件表面金属化表面性能的方法”的发明专利公布了一种提高陶瓷工件表面金属化表面性能的方法，其采用先碱性湿法腐蚀，再用高功率脉冲磁控溅射金属层,氩气等离子清洗。强碱危害大，设备昂贵，不利推广。
如公开号“CN111548196A”，名称为“一种氮化铝陶瓷基板表面处理方法”的发明专利公布了一种氮化铝陶瓷基板表面处理方法，采有机溶剂和界面偶联剂进行前面。有机溶剂毒性大，且此方案仅适于AMB活性金属焊接，应用范围有限。
如公开号“CN108675834A”，名称为“一种提高陶瓷表面金属化薄膜附着力的方法”的发明专利公布了一种提高陶瓷表面金属化薄膜附着力的方法，其采用极性溶剂进行表面处理，沉积多层金属形成金属化。有机溶剂污染及毒性大。沉积的多层金属在图形转移后，去除底层种子金属工序多，效率低。
为此，目前急需研发一种方法简单，经济实用，适用于多种陶瓷金属化应用领域的前处理方式。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种易于实现，减少了有机溶剂和强碱性溶剂的使用，经济环保，可适用于多种陶瓷金属线路的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其包括以下步骤：
(1)除油剂对AlN陶瓷基板进行油污清洗，接着再用纯水清洗，清洗完毕后进行干燥处理，如静置风干或放入鼓风烤箱进行烘干；
(2)在氧气气氛下，对AlN陶瓷基板采用高频等离子清洗，安全环保；高频等离子的频率不低于100MHz，优选在2.4GHz左右；部分能量较高的氧等离子体轰击AlN陶瓷基板表面的氮原子并将之替换，以在AlN陶瓷基板的表面上形成一层厚度为10～100nm的氧化铝中间层，通过该氧化铝中间层来改善金属与AlN陶瓷基板的湿润性，提高附着力；
(3)经步骤(1)和(2)处理后的AlN陶瓷基板的表面具有氧化铝中间层，结合传统的真空磁控溅射或真空蒸发方式在氧化铝中间层上沉积一层金属，通过氧化铝中间层有效提升金属与AlN陶瓷基板之间结合力，从而获得高结合力的金属覆着陶瓷基板制品，该金属覆着陶瓷基板制品可以进行多种陶瓷金属线路应用开发，如DPC陶瓷工艺、厚膜陶瓷工艺和AMB工艺等，适用范围广。
一种采用上述提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式处理后的金属覆着陶瓷基板制品。
本发明的有益效果为：本发明合理采用高频等离子对AlN陶瓷进行预先处理得到氧化铝中间层，有效改善金属与陶瓷湿润性，进而提高附着力，增大了AlN陶瓷与金属的结合力，改善了AlN陶瓷上沉积金属层的质量，金属层均匀且不易脱落，有效确保了陶瓷线路板元器件的正常工作，更能发挥出AlN陶瓷高散热性能在大功率器件中的优势；而且整个处理方式流程简单、方便，只需进行油污清洗、烤干和高频等离子清洗，有效简化整个处理流程，无需传统高温处理工序和减少了有机溶剂和强碱性溶剂的使用，经济环保，成本低，可适用于多种陶瓷金属线路的应用开发。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明的处理流程示意图。
具体实施方式
实施例1：本实施例以制作DPC陶瓷线路板为例：
(1)去除油污：预备AlN陶瓷基板，该AlN陶瓷基板的厚宽长尺寸为0.38mm*120mm*120mm，将AlN陶瓷基板放入超声波清洗器的清洗槽中，倒入除油剂，清洗温度敲定为50-60℃，超声清洗时间为10-30min；
(2)纯水清洗：将AlN陶瓷基板取出采用纯水清洗5-10min；
(3)烘干：将AlN陶瓷基板放入鼓风烤箱烘干，烘干温度设定100-150℃，烘干时间设定为30-60min；
(4)高频等离子清洗：将AlN陶瓷基板置于氧气氛围下进行高频等离子清洗处理，频率设定为2.4GHz，氧气流量60-100sccm,真空度5-10pa，时间10-15min；这个过程中，部分能量较高的氧等离子体轰击AlN陶瓷基板表面的氮原子并将之替换，从而在AlN陶瓷基板的表面上形成一层薄薄的氧化铝中间层；
(5)真空磁控溅：采用真空磁控溅射金属铜，在氧化铝中间层上形成厚度为800-1200nm的金属铜层；
(6)电镀：进行图形化电镀；
(7)表面处理：进行表面处理，化镀镍金或镍钯金，制得DPC陶瓷线路板。实施例2：本实施例以制作厚膜陶瓷线路板为例：
(1)去除油污：预备AlN陶瓷基板，该AlN陶瓷基板的厚宽长尺寸为0.25mm*80mm*80mm，将AlN陶瓷基板放入超声波清洗器的清洗槽中，倒入除油剂，清洗温度敲定为50-60℃，超声清洗时间为10-30min；
(2)纯水清洗：将AlN陶瓷基板取出采用纯水清洗5-10min；
(3)烘干：将AlN陶瓷基板放入鼓风烤箱烘干，烘干温度设定100-150℃，烘干时间设定为30-60min；
(4)高频等离子清洗：将AlN陶瓷基板置于氧气氛围下进行高频等离子清洗处理，频率设定为2.4GHz，氧气流量60-100sccm,真空度5-10pa，时间10-15min；这个过程中，部分能量较高的氧等离子体轰击AlN陶瓷基板表面的氮原子并将之替换，从而在AlN陶瓷基板的表面上形成一层薄薄的氧化铝中间层；
(5)真空磁控溅：采用治具遮蔽，然后进行图形化真空磁控溅射金属钨，在氧化铝中间层上形成厚度为600-1500nm的金属钨层；
(6)印刷：印刷金属浆料和阻浆；
(7)高温烧结：进行850-1300℃的高温烧结；
(8)调阻：在调阻后，制得厚膜陶瓷线路板。
上述实施例仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。
对比例1：其与实施例1基本相同，只是未进行步骤(4)处理，即未对AlN陶瓷基板进行高频等离子清洗处理。
对比例2：其与实施例2基本相同，只是未进行步骤(4)处理，即未对AlN陶瓷基板进行高频等离子清洗处理。
将实施例1、2和对比例1、2制得的DPC陶瓷线路板和厚膜陶瓷线路板进行对比，由于对比例1、2未采用高频等离子处理的AlN陶瓷，金属铜层和金属钨层容易出现脱落现象，不仅影响了陶瓷线路板元器件的正常工作，也无法发挥AlN陶瓷高散热性能在大功率器件中的优势。而实施例1、2制得的DPC陶瓷线路板和厚膜陶瓷线路板由于采用高频等离子对AlN陶瓷进行预先处理得到氧化铝中间层，通过氧化铝中间层来改善金属与陶瓷湿润性，进而提高附着力，增大了AlN陶瓷与金属铜层或金属钨层的结合力，改善了AlN陶瓷上沉积金属层的质量，金属层均匀且不易脱落，有效确保了陶瓷线路板元器件的正常工作，更能发挥出AlN陶瓷高散热性能在大功率器件中的优势。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的步骤而得到的其它方法及制品，均在本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)对AlN陶瓷基板进行油污清洗后，进行干燥处理；
(2)在氧气气氛下，对AlN陶瓷基板采用高频等离子清洗，部分能量较高的氧等离子体轰击AlN陶瓷基板表面的氮原子并将之替换，以在AlN陶瓷基板的表面上形成氧化铝中间层。
2.根据权利要求1所述的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于：所述步骤(1)采用除油剂对AlN陶瓷基板进行油污清洗。
3.根据权利要求1所述的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于：所述步骤(1)采用超声清洗工艺进行清洗。
4.根据权利要求1所述的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于：所述步骤(1)采用鼓风烤箱对AlN陶瓷基板进行干燥处理。
5.根据权利要求1所述的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于：所述高频等离子的频率大于或等于100MHz。
6.根据权利要求1所述的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于：所述步骤(2)中的氧气流量为60～100sccm，真空度为5-10pa。
7.根据权利要求1所述的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于：所述步骤(2)的处理时间为10～15min。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于：所述氧化铝中间层的厚度为10～100nm。
9.根据权利要求8所述的提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式，其特征在于：其还包括以下步骤：
(3)采用真空磁控溅射或真空蒸发方式在氧化铝中间层上沉积一层金属，通过氧化铝中间层提升金属与AlN陶瓷基板之间结合力。
10.一种采用权利要求1-9中任意一项所述提升金属与AlN陶瓷结合力的前处理方式处理后的金属覆着陶瓷基板制品。
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