CN114466519A - 一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法 - Google Patents

一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114466519A
CN114466519A CN202111584839.0A CN202111584839A CN114466519A CN 114466519 A CN114466519 A CN 114466519A CN 202111584839 A CN202111584839 A CN 202111584839A CN 114466519 A CN114466519 A CN 114466519A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic substrate
copper
active solder
solder
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111584839.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114466519B (zh
Inventor
杨恺
俞晓东
刘晓辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong Weispeer Semiconductor Technology Co ltd
Original Assignee
Nantong Weispeer Semiconductor Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nantong Weispeer Semiconductor Technology Co ltd filed Critical Nantong Weispeer Semiconductor Technology Co ltd
Priority to CN202111584839.0A priority Critical patent/CN114466519B/zh
Publication of CN114466519A publication Critical patent/CN114466519A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114466519B publication Critical patent/CN114466519B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
    • H05K3/022—Processes for manufacturing precursors of printed circuits, i.e. copper-clad substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Circuit Boards (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

本发明公开了一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法，包括以下制备工艺：S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔；S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料；S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接；S4.图形化加工，去除未涂覆焊料区域铜片，得到覆铜陶瓷基板。本发明利用活性焊料通过丝网印刷等方式在陶瓷基板上形成图形，铜片直接与焊料图形进行焊接，非图形区域没有活性焊料以及铜片的存在，能够保持洁净；在后续操作中无需对活性焊料层进行二次蚀刻加工，解决了铜线路层沟槽内活性焊料的残留和蚀刻不净的问题，同时减少了活性焊料的消耗，减少了工艺，降低了成本，使得工艺更为简单，易于操作，生产效率得到提高，适于大规模推广应用。

Description

一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体为一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法。
背景技术
印刷电路板（PCB）通过电子设备传输电信号，满足设备的电气和机械电路要求，是电子产品的支柱。以铜为导电线路，形成路径网络，在其表面周围引导电流，每块印刷电路板的独特作用取决于复杂的铜线路系统。在PCB的制备工艺中，常利用活性金属钎焊，通过活性焊料将金属焊接于陶瓷基板上，得到具有高可靠性、优良散热性能的覆铜陶瓷基板。而现有的活性金属钎焊工艺仍存在以下问题：1、蚀刻工艺复杂：现有活性金属钎焊工艺蚀刻过程分为两步：先除去表面的铜层，再除去焊料层，并且在焊料层去除过程中，容易产生蚀刻不尽，焊料残留的问题，引起线路层沟槽内出现短路的风险；2、制作时钎焊料为整面涂覆，焊料消耗大，工艺成本高。因此，我们提出一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，包括以下制备工艺：
S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；
S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；
S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接；
S4.图形化加工，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
进一步的，所述S1中的陶瓷基片为氧化铝、氮化铝、氮化硅中的一种；定位基准孔孔径为0.5～3.0mm。
进一步的，所述S2中的涂覆方式为丝网印刷、喷涂、辊涂中的一种；活性焊料层厚度为5～100µm。
进一步的，所述S3中的焊接为真空钎焊，工艺为：钎焊温度800～1000℃，钎焊时间10～60min，真空度不高于5×10-3Pa。
进一步的，所述S4中的加工方式为酸性蚀刻、碱性蚀刻、CNC雕刻加工中的一种。
进一步的，所述S4在进行图形化加工前，可在需要的图形表面涂覆抗蚀保护层；使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层表面，形成抗蚀保护层，依次进行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形，图形大小和位置与活性焊料层相同；其中抗蚀刻专用干膜为市场售卖产品；
在上述技术方案中，活性焊料通过丝网印刷等方式在陶瓷基板上形成图形，铜片直接与焊料图形进行焊接，非图形区域没有活性焊料以及铜片的存在，能够保持洁净；在后续操作中无需对活性焊料层进行二次蚀刻加工，解决了铜线路层沟槽内活性焊料的残留和蚀刻不净的问题，同时减少了活性焊料的消耗，减少了工艺，降低了成本，使得工艺更为简单，易于操作，生产效率得到提高，适于大规模推广应用。
进一步的，所述S1中的陶瓷基板为自制陶瓷基板，具体的制备工艺包括：
取氧化锌、氧化镁、氧化铝混合，加入去离子水，以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；
以3～5℃/min升温至1250～1350℃，保温烧结2.8～3.2h，再以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃；
加入二氧化钛、氧化铜、去离子水，以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛60～100目，得到陶瓷粒；
取氮化硅、氧化镁球磨以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛40～60目，得到氮化硅粉体；
取陶瓷粒干压成型，压力10MPa，保持30s，得到陶瓷板；在需要键合的区域平铺氮化硅粉体，再次干压；
以3～5℃/min升温至550℃，保温2h；再升温至1550～1650℃，保温烧结4.8～5.2h；以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃，得到陶瓷基板。
进一步的，所述氧化锌、氧化镁、氧化铝的质量比为0.9:0.1:1，陶瓷粒中二氧化钛的质量占比为1.5～2.0%，二氧化钛与氧化铜的质量比为2:1。
在上述技术方案中，氧化铝具有较高的介电常数，与硅的线膨胀系数匹配度较差；氮化铝与氧的亲和力较强，在烧结过程中氧的进入会导致晶格缺陷，降低所制陶瓷基板的热导率，且在常压下需要较高的烧结温度，对生产设备、工艺的要求极高；氮化硅的介电常数偏高，介电损耗较大；
故本申请选择使用自制陶瓷基板，氧化锌、氧化铝按比例混合制备铝酸锌陶瓷，具备优秀的导热性能和介电性能，同时具备较好的机械强度；
加入氧化镁进行替代部分氧化锌，镁与锌进行离子置换，促进陶瓷的烧结反应，气孔减少，晶粒形态清晰、均匀，提高所制陶瓷基板的致密度；
加入氧化钛、氧化铜进行掺杂，在烧结过程中，能够降低烧结温度，发挥固溶作用，钛离子对镁离子进行置换，氧化铜与氧化锌反应，消除了氧化铜介电影响的同时，大幅度提高击穿场强，使得陶瓷的衍射峰向低角度偏移，增大了晶格常数，造成晶格畸变，阻碍了电畴转向，降低介电常数，优化所制陶瓷基板的介电性能，并能够对机械强度进行提高；
进一步的，氧化镁的质量分数为氮化硅的4%，氮化硅粉体的平铺厚度为1～50μm。
在上述技术方案中，在陶瓷基板的表面设置氮化硅、氧化镁的混合粉体，在烧结过程中，氧化镁能够与氮化硅表面的二氧化硅发生反应，生成液相硅酸盐，冷却后硅酸盐转变为玻璃相将氮化硅与铝酸锌陶瓷板粘附，使得所制陶瓷基板表面需键合的区域覆盖一层氮化硅，利于后续焊接操作；且在氧化镁的固溶作用下，氮化硅与陶瓷基板一同烧结，烧结后形成的氮化硅陶瓷能够与陶瓷基板相适配，缓解降温过程中热失配产生的应力，具有较好的抗弯强度和冷热循环寿命，并能够提高陶瓷基板的热容量，吸收浪涌电压和电流产生的多余热量，避免热击穿；
进一步的，所述S2前还包括以下前处理工艺：
对陶瓷基板表面需要键合的区域进行热氧化，工艺为：温度1000～1300℃，时间30～60min，气氛为氮气、氧气的混合气体，氮氧含量比为（4～10）:1。
进一步的，所述S2中的活性焊料为自制活性焊料，具体的制备工艺包括：
取钛、铜混合，在惰性氛围中，以280～300rpm的转速球磨6～8h；以3～5℃/min升温至1800～2100℃，保温2.8～3.2h，再以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃；
加入氧化镁，在惰性氛围中，以280～300rpm的转速球磨4～8h；以100～300MPa的压力进行冷压，得到活性焊料，厚度为0.2～0.6mm。
进一步的，所述氧化镁、钛、铜的摩尔比为0.2:3:5，尺寸为10～200μm。
进一步的，所述S3包括以下制备工艺：
所述S3中的焊接工艺为：在氮气氛围中，焊接温度800～1000℃，焊接时间10～60min；微波频率1.2～2.0GHz，氮气压力0.1～0.2MPa，微波时间5～10min。
在上述技术方案中，先将氮化硅陶瓷表面进行热氧化，在微波助焊过程中，生成的二氧化硅能够自制活性焊料中的氧化镁发生反应，生成硅酸盐玻璃相，将铜片与陶瓷基板进行粘结；同时，活性金属钛与未氧化的氮化硅发生反应，形成结合层，完成铜片与陶瓷基板间的稳定焊接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法，利用活性焊料通过丝网印刷等方式在陶瓷基板上形成图形，铜片直接与焊料图形进行焊接，非图形区域没有活性焊料以及铜片的存在，能够保持洁净；在后续操作中无需对活性焊料层进行二次蚀刻加工，解决了铜线路层沟槽内活性焊料的残留和蚀刻不净的问题，同时减少了活性焊料的消耗，减少了工艺，降低了成本，使得工艺更为简单，易于操作，生产效率得到提高，适于大规模推广应用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中实施例1的工艺流程图；
图2是本发明实施例1中步骤S2实施后的陶瓷基板；
图3是本发明实施例1中步骤S3实施后的陶瓷基板；
图4是本发明实施例1中步骤S4实施后的覆铜陶瓷基板。
图中：1、陶瓷基片；2、定位基准点；3、活性焊料层；4、金属铜层。
具体实施方式
下面将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1
S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；陶瓷基片为氧化铝；定位基准孔孔径为1.0mm；
S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；涂覆方式为丝网印刷；活性焊料层厚度为5µm；活性焊料为Ag-Ti-Cu焊料；
S3.将铜片与陶瓷片固定，真空钎焊，工艺为：钎焊温度900℃，钎焊时间10min；
S4.使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层表面，依次进行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形，图形大小和位置与活性焊料层相同；
图形化加工，加工方式为酸性蚀刻，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
实施例2
S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；陶瓷基片为氮化铝；定位基准孔孔径为2.0mm；
S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；涂覆方式为喷涂；活性焊料层厚度为50µm；活性焊料为Ag-Ti-Cu焊料；
S3.将铜片与陶瓷片固定，真空钎焊，工艺为：钎焊温度900℃，钎焊时间30min；
S4.使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层表面，依次进行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形，图形大小和位置与活性焊料层相同；
图形化加工，加工方式为碱性蚀刻，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
实施例3
S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；陶瓷基片为氮化硅；定位基准孔孔径为3.0mm；
S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；涂覆方式辊涂；活性焊料层厚度为100µm；活性焊料为Ag-Ti-Cu焊料；
S3.将铜片与陶瓷片固定，真空钎焊，工艺为：钎焊温度900℃，钎焊时间60min；
S4.使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层表面，依次进行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形，图形大小和位置与活性焊料层相同；
图形化加工，加工方式为CNC雕刻加工，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
实施例4
S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；定位基准孔孔径为1.0mm；
陶瓷基板为自制陶瓷基板，具体的制备工艺包括：
取氧化锌、氧化镁、氧化铝混合，加入去离子水，以300rpm的转速球磨12h，100℃烘箱干燥，过40目筛；
以5℃/min升温至1250℃，保温烧结2.8h，再以5℃/min降温至1000℃，炉冷至100℃；
加入二氧化钛、氧化铜、去离子水，以300rpm的转速球磨12h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛100目，得到陶瓷粒；
取氮化硅、氧化镁球磨以300rpm的转速球磨12h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛60目，得到氮化硅粉体；
取陶瓷粒干压成型，压力10MPa，保持30s；在需要键合的区域平铺氮化硅粉体，再次干压；
以5℃/min升温至550℃，保温2h；再升温至1600℃，保温烧结4.8h；以5℃/min降温至1000℃，炉冷至100℃，得到陶瓷基板。
氧化锌、氧化镁、氧化铝的质量比为0.9:0.1:1，陶瓷粒中二氧化钛的质量占比为1.5%，二氧化钛与氧化铜的质量比为2:1；氧化镁的质量分数为氮化硅的4%，氮化硅粉体的平铺厚度为1μm；
S2.对陶瓷基板表面需要键合的区域进行热氧化，工艺为：温度1000℃，时间30min，气氛为氮气、氧气的混合气体，氮氧含量比为4:1；
在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；涂覆方式为丝网印刷；活性焊料层厚度为5µm；
活性焊料为自制活性焊料，具体的制备工艺包括：
取钛、铜混合，在惰性氛围中，以300rpm的转速球磨6h；以5℃/min升温至1800℃，保温2.8h，再以5℃/min降温至1000℃，炉冷至30℃；
加入氧化镁，在惰性氛围中，以300rpm的转速球磨4h；以100MPa的压力进行冷压，得到活性焊料，厚度为0.2mm；
氧化镁、钛、铜的摩尔比为0.2:3:5，尺寸为10μm；
S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接，工艺为：在氮气氛围中，焊接温度800℃，焊接时间10min；微波频率1.2GHz，氮气压力0.1MPa，微波时间5min；
S4.使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层表面，依次进行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形，图形大小和位置与活性焊料层相同；
图形化加工，加工方式为CNC雕刻加工，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
实施例5
S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；定位基准孔孔径为1.0mm；
陶瓷基板为自制陶瓷基板，具体的制备工艺包括：
取氧化锌、氧化镁、氧化铝混合，加入去离子水，以290rpm的转速球磨13h，100℃烘箱干燥，过40目筛；
以4℃/min升温至1300℃，保温烧结3h，再以4℃/min降温至1000℃，炉冷至60℃；
加入二氧化钛、氧化铜、去离子水，以290rpm的转速球磨13h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛80目，得到陶瓷粒；
取氮化硅、氧化镁球磨以290rpm的转速球磨13h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛50目，得到氮化硅粉体；
取陶瓷粒干压成型，压力10MPa，保持30s；在需要键合的区域平铺氮化硅粉体，再次干压；
以4℃/min升温至550℃，保温2h；再升温至1600℃，保温烧结5h；以4℃/min降温至1000℃，炉冷至60℃，得到陶瓷基板。
氧化锌、氧化镁、氧化铝的质量比为0.9:0.1:1，陶瓷粒中二氧化钛的质量占比为1.7%，二氧化钛与氧化铜的质量比为2:1；氧化镁的质量分数为氮化硅的4%，氮化硅粉体的平铺厚度为25μm；
S2.对陶瓷基板表面需要键合的区域进行热氧化，工艺为：温度1150℃，时间40min，气氛为氮气、氧气的混合气体，氮氧含量比为6:1；
在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；涂覆方式为丝网印刷；活性焊料层厚度为5µm；
活性焊料为自制活性焊料，具体的制备工艺包括：
取钛、铜混合，在惰性氛围中，以290rpm的转速球磨7h；以4℃/min升温至2000℃，保温3h，再以4℃/min降温至1000℃，炉冷至60℃；
加入氧化镁，在惰性氛围中，以290rpm的转速球磨6h；以200MPa的压力进行冷压，得到活性焊料，厚度为0.4mm；
氧化镁、钛、铜的摩尔比为0.2:3:5，尺寸为100μm；
S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接，工艺为：在氮气氛围中，焊接温度900℃，焊接时间30min；微波频率1.6GHz，氮气压力0.15MPa，微波时间7min；
S4.使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层表面，依次进行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形，图形大小和位置与活性焊料层相同；
图形化加工，加工方式为CNC雕刻加工，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
实施例6
S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；定位基准孔孔径为1.0mm；
陶瓷基板为自制陶瓷基板，具体的制备工艺包括：
取氧化锌、氧化镁、氧化铝混合，加入去离子水，以280rpm的转速球磨15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；
以3℃/min升温至1350℃，保温烧结3.2h，再以3℃/min降温至1000℃，炉冷至30℃；
加入二氧化钛、氧化铜、去离子水，以280rpm的转速球磨15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛60目，得到陶瓷粒；
取氮化硅、氧化镁球磨以280rpm的转速球磨15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过40目筛，得到氮化硅粉体；
取陶瓷粒干压成型，压力10MPa，保持30s；在需要键合的区域平铺氮化硅粉体，再次干压；
以3℃/min升温至550℃，保温2h；再升温至1650℃，保温烧结5.2h；以3℃/min降温至1000℃，炉冷至30℃，得到陶瓷基板。
氧化锌、氧化镁、氧化铝的质量比为0.9:0.1:1，陶瓷粒中二氧化钛的质量占比为2.0%，二氧化钛与氧化铜的质量比为2:1；氧化镁的质量分数为氮化硅的4%，氮化硅粉体的平铺厚度为50μm；
S2.对陶瓷基板表面需要键合的区域进行热氧化，工艺为：温度1300℃，时间60min，气氛为氮气、氧气的混合气体，氮氧含量比为10:1；
在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；涂覆方式为丝网印刷；活性焊料层厚度为5µm；
活性焊料为自制活性焊料，具体的制备工艺包括：
取钛、铜混合，在惰性氛围中，以280rpm的转速球磨8h；以3℃/min升温至2100℃，保温3.2h，再以3℃/min降温至1000℃，炉冷至30℃；
加入氧化镁，在惰性氛围中，以280rpm的转速球磨8h；以300MPa的压力进行冷压，得到活性焊料，厚度为0.6mm；
氧化镁、钛、铜的摩尔比为0.2:3:5，尺寸为200μm；
S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接，工艺为：在氮气氛围中，焊接温度1000℃，焊接时间60min；微波频率2.0GHz，氮气压力0.2MPa，微波时间10min；
S4.使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层表面，依次进行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形，图形大小和位置与活性焊料层相同；
图形化加工，加工方式为CNC雕刻加工，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
对比例1
S1，陶瓷基板中未添加氧化铜；其他工艺步骤与实施例4相同，得到覆铜陶瓷基板。
对比例2
S1，陶瓷基板中未添加氧化铜、二氧化钛；其他工艺步骤与实施例4相同，得到覆铜陶瓷基板。
对比例3
S1，陶瓷基板为铝酸锌陶瓷；其他工艺步骤与实施例4相同，得到覆铜陶瓷基板。
对比例4
S1中，氮化硅粉体中未添加氧化镁；
对比例5
S1中，将氮化硅粉体中的氮化硅替换为等质量的二氧化硅；S2中，陶瓷基板不含热氧化工艺；其他工艺步骤与实施例4相同，得到覆铜陶瓷基板。
对比例6
S2中，自制活性焊料替换为Ag-Ti-Cu焊料；其他工艺步骤与实施例4相同，得到覆铜陶瓷基板。
对比例7
S3中，焊接工艺中删除微波操作；其他工艺步骤与实施例4相同，得到覆铜陶瓷基板。
上述抗蚀刻专用干膜选择日立 PH-2337。
实验
取实施例1-6、对比例1-7中得到的陶瓷基板、覆铜陶瓷基板，制得试样，分别对其性能进行检测并记录检测结果：
陶瓷基板性能测试：采用矢量网络分析仪、激光导热分析仪、差示扫描量热仪，对得到的陶瓷基板进行介电常数、介电损耗、热导率的测试与计算；
剪切强度：采用万能试验机对得到的覆铜陶瓷基板进行剪切强度测试，测试速度为0.50mm/min；
介电常数 介电损耗（×10<sup>-4</sup>MHz） 热导率(W/(m·K)) 剥离强度（MPa）
实施例1 10.13 1.0 18.7 36.4
实施例2 10.50 5.0 50.7 53.7
实施例3 9.72 50 94 75.0
实施例4 8.48 1.81 30.87 178.8
实施例5 8.56 1.82 31.21 180.0
实施例6 8.60 1.82 31.64 181.3
对比例1 8.40 1.37 18.47 \
对比例2 8.31 1.28 17.66 \
对比例3 8.77 2.0 14.4 \
对比例4 \ \ \ 120.4
对比例5 \ \ \ 94.2
对比例6 \ \ \ 81.7
对比例7 \ \ \ 141.5
根据上表中的数据，可以清楚得到以下结论：
实施例1-6中得到的陶瓷基板、覆铜陶瓷基板与对比例1-7得到的陶瓷基板、覆铜陶瓷基板形成对比，检测结果可知，
与实施例1-3相比，实施例4-6中得到的陶瓷基板、覆铜陶瓷基板，其介电常数、介电损耗、热导率、剥离强度的综合数据表现较为优秀；这充分说明了本申请中的自制陶瓷基板、活性焊料能够实现对所制覆铜陶瓷基板介电性能、热性能、陶瓷基板与铜片间结合强度综合性能的提高；
与实施例4-6相比，对比例1-7中得到的陶瓷基板、覆铜陶瓷基板，其介电常数、介电损耗、热导率、剥离强度数据各有劣化；可知本申请对自制陶瓷基板、活性焊料组分及其制备工艺的设置，能够促进所制覆铜陶瓷基板介电性能、热性能、陶瓷基板与铜片间结合强度综合性能的提高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程方法物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程方法物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：包括以下制备工艺：
S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；
S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；
S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接；
S4.图形化加工，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
2.根据权利要求1所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S1中的陶瓷基片为氧化铝、氮化铝、氮化硅中的一种；定位基准孔孔径为0.5～3.0mm。
3.根据权利要求2所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S2中的涂覆方式为丝网印刷、喷涂、辊涂中的一种；活性焊料层厚度为5～100µm。
4.根据权利要求3所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S3中的焊接为真空钎焊，工艺为：钎焊温度800～1000℃，钎焊时间10～60min。
5.根据权利要求4所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S4中在需要的图形表面涂覆抗蚀保护层，行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形的；图形化加工方式为酸性蚀刻、碱性蚀刻、CNC雕刻加工中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S1中的陶瓷基板具体的制备工艺包括：
取氧化锌、氧化镁、氧化铝混合，加入去离子水，以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；
以3～5℃/min升温至1250～1350℃，保温烧结2.8～3.2h，再以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃；
加入二氧化钛、氧化铜、去离子水，以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛60～100目，得到陶瓷粒；
取氮化硅、氧化镁球磨以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛40～60目，得到氮化硅粉体；
取陶瓷粒干压成型，压力10MPa，保持30s，得到陶瓷板；在需要键合的区域平铺氮化硅粉体，再次干压；
以3～5℃/min升温至550℃，保温2h；再升温至1550～1650℃，保温烧结4.8～5.2h；以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃，得到陶瓷基板。
7.根据权利要求6所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S2前还包括以下前处理工艺：
对陶瓷基板表面需要键合的区域进行热氧化，工艺为：温度1000～1300℃，时间30～60min，气氛为氮气、氧气的混合气体，氮氧含量比为（4～10）:1。
8.根据权利要求7所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S2中的活性焊料具体的制备工艺包括：
取钛、铜混合，在惰性氛围中，以280～300rpm的转速球磨6～8h；以3～5℃/min升温至1800～2100℃，保温2.8～3.2h，再以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃；
加入氧化镁，在惰性氛围中，以280～300rpm的转速球磨4～8h；以100～300MPa的压力进行冷压，得到活性焊料，厚度为0.2～0.6mm。
9.根据权利要求8所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S3包括以下制备工艺：
所述S3中的焊接工艺为：在氮气氛围中，焊接温度800～1000℃，焊接时间10～60min；微波频率1.2～2.0GHz，氮气压力0.1～0.2MPa，微波时间5～10min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的一种预图形化覆铜陶瓷基板。
CN202111584839.0A 2021-12-23 2021-12-23 一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法 Active CN114466519B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111584839.0A CN114466519B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111584839.0A CN114466519B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114466519A true CN114466519A (zh) 2022-05-10
CN114466519B CN114466519B (zh) 2023-07-28

Family

ID=81406668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111584839.0A Active CN114466519B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114466519B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114380614A (zh) * 2022-01-17 2022-04-22 杨晓战 高刻蚀精度陶瓷覆金属板、制备方法及芯片封装模块
CN115551213A (zh) * 2022-11-28 2022-12-30 江苏富乐华半导体科技股份有限公司 一种覆铜陶瓷基板图形侧壁无镀银层的方法
CN117279218A (zh) * 2023-10-16 2023-12-22 江苏皓越真空设备有限公司 一种多层覆铜陶瓷基板的制备方法
CN117334795A (zh) * 2023-09-30 2024-01-02 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 一种基于陶瓷围坝的高功率led封装结构的制备及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108257876A (zh) * 2018-01-11 2018-07-06 苏州久奥新材料有限公司 一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板及其图形化方法
CN110012597A (zh) * 2019-04-12 2019-07-12 中国科学院电工研究所 一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法
CN112319078A (zh) * 2021-01-06 2021-02-05 北京漠石科技有限公司 一种陶瓷线路板的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108257876A (zh) * 2018-01-11 2018-07-06 苏州久奥新材料有限公司 一种活性金属钎焊氮化物陶瓷基板及其图形化方法
CN110012597A (zh) * 2019-04-12 2019-07-12 中国科学院电工研究所 一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法
CN112319078A (zh) * 2021-01-06 2021-02-05 北京漠石科技有限公司 一种陶瓷线路板的制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114380614A (zh) * 2022-01-17 2022-04-22 杨晓战 高刻蚀精度陶瓷覆金属板、制备方法及芯片封装模块
CN115551213A (zh) * 2022-11-28 2022-12-30 江苏富乐华半导体科技股份有限公司 一种覆铜陶瓷基板图形侧壁无镀银层的方法
CN117334795A (zh) * 2023-09-30 2024-01-02 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 一种基于陶瓷围坝的高功率led封装结构的制备及应用
CN117334795B (zh) * 2023-09-30 2024-02-20 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 一种基于陶瓷围坝的高功率led封装结构的制备及应用
CN117279218A (zh) * 2023-10-16 2023-12-22 江苏皓越真空设备有限公司 一种多层覆铜陶瓷基板的制备方法
CN117279218B (zh) * 2023-10-16 2024-05-24 江苏皓越真空设备有限公司 一种多层覆铜陶瓷基板的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114466519B (zh) 2023-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114466519A (zh) 一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法
CN107546132B (zh) 金属-陶瓷复合衬底的制造方法及其制造的复合衬底
CN111908924A (zh) 一种氮化硅瓷片界面改性方法及覆铜陶瓷基板制备方法
CN114710848A (zh) 基于蚀刻工艺的超薄加热板及其制备方法
JP2005286107A (ja) 加熱装置
JP2005063991A (ja) 半導体製造装置
JPH10326949A (ja) 回路基板
CA1151316A (en) Metal support for an electronic component interconnection network and process for manufacturing this support
CN111785643B (zh) 一种钛箔化学减薄方法
JP2003218516A (ja) 配線基板の製造方法
JPH05198917A (ja) セラミックス配線基板の製造方法
JP3526710B2 (ja) 回路基板の製造方法
JP3419620B2 (ja) 金属回路を有するセラミックス回路基板の製造方法
JP2001358207A (ja) シリコンウェハ支持部材
CN113488399A (zh) 一种超细节距半导体互连结构及其成型方法
JP2007248317A (ja) 加熱冷却モジュール
JPS60253295A (ja) 多層セラミツク基板の製造方法
JP2005267931A (ja) ヒータユニット
JPS60253294A (ja) 多層セラミツク基板
CN107986810A (zh) 功率电子器件用AlN陶瓷敷铜基板及其制备方法
RU2231939C1 (ru) Способ изготовления печатных плат
JPH07142858A (ja) セラミックス配線基板の製造方法
CN112718435A (zh) 无机导电基板的制备方法
JP2018195784A (ja) セラミックス回路基板の製造方法
JP3460155B2 (ja) 窒化アルミニウム基板及び回路基板

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant