CN115274462B - 一种制作Mini基板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作Mini基板的方法,涉及覆铜陶瓷基板加工领域,旨在解决Mini基板的铜瓷间结合力不够的问题,其技术方案要点是:一种制作Mini基板的方法,其特征在于,包括以下步骤:将瓷片进行切割,裁剪成4.5inch*4.5inch面积;通过研磨工艺将瓷片厚度减薄至0.15~0.2mm;将铜片经过裁铜机裁成4.3inch*4.3inch面积;进行直接覆铜工艺将铜片与瓷片烧结在一起,完成半成品制作;半成品采用铜蚀刻和皮带研磨工艺对铜片进行减薄处理;采用Tenting图形转移工艺将客户图纸转移到陶瓷基板表面;经过检验和测试工序,即可包装出货。本发明的一种制作Mini基板的方法采用Tenting工艺进行加工,不仅操作简便,而且适用性广,能够满足各类Mini基板客户的需求。
Description
技术领域
本发明涉及覆铜陶瓷基板的加工方法,更具体地说,它涉及一种制作Mini基板的方法。
背景技术
Mini基板是各类小尺寸封装基板的统称,通常采用不同厚度和种类的陶瓷作为绝缘层,以铜作为主要金属化材料,是连接各个元器件的关键环节,可为元器件提供导通、保护、支撑、散热、组装等功效。
随着近年来电子领域迅猛发展,芯片输入功率越来越高,同时需要对高热量进行较快的传导,避免模块内部温度过高,因此其封装基板要求具有高电绝缘性、高导热性、与芯片匹配的热膨胀系数等特性,因此覆铜陶瓷基板成为了首选。相对于其他金属材料或者树脂材料而言,陶瓷具有耐腐蚀性能好、机械强度高、绝缘性能强、加工工艺简单等特性;此外,根据铜厚和线宽的不同也可以自由的进行工艺匹配。目前较为普及的是以磁控溅射作为种子层,通过Msap工艺实现陶瓷金属化的DPC工艺。该工艺经过几十年的发展,已经较为成熟,各个厂家在磁控溅射层金属的选择上会存在些许差异,但整体工艺流程大同小异,均是通过Msap工艺来制作各类精细线路。但是该工艺客观存在一个技术瓶颈,那就是铜瓷间结合力,尤其是Al2O3基材产品,磁控溅射层很难与陶瓷间形成较强的附着力,在镀铜后,由于铜瓷间CTE的不同,会进一步增加分层的风险,很难满足客户进料检验中的“高温烘烤”测试。
此外,图形电镀后的铜面会受到陶瓷本身表面状态的影响,经常会呈现出凹凸不平的现象,后期很难通过人工修复,因此良率提升受到很大程度的制约。此前也有人考虑过使用DCB直接覆铜技术烧结Mini基板,而后再通过多次铜片减薄工艺将铜片减至磁控溅射层的厚度(数微米),再在此基础上进行图形电镀,这样就可以彻底解决附着力问题,因为DCB的烧结温度达到了1065℃左右,此时通过共晶液冷却而结合到一起的覆铜基板结合力十分优异,能够经受Mini基板客户任何温度的烘烤测试。但是该工艺所包含的铜减薄流程很难推广使用,原因是,如果采用蚀刻的方法进行,那么就会存在蚀刻均匀性的问题,也就是说有的位置铜厚为10μm,同时有的位置铜厚已经达到0μm,因此铜厚为0μm的位置是无法进行图形电镀的;如果采用研磨的方法,平均每次研磨量是10μm,将产品从100~200μm研磨至10μm以下需要研磨几十次,考虑到两面的铜均需要减薄,次数还要再乘以2,整个流程风险极大,某一次的失误就会导致全盘皆输,这条路也行不通,因此该工艺根本不具备量产可能。此外,DCB产品通用的最小瓷片厚度目前为0.25mm,仅能满足极少数的Mini基板产品需求,且整体尺寸远比Mini基板大很多,为了生产Mini基板会浪费很多的瓷片边缘材料,造成大量成本的浪费,多数的Mini基板客户需求厚度为0.2mm以下的产品,此时如果把瓷片厚度降低到Mini基板需求的0.15~0.2mm左右,目前多数的瓷片厂商最大只能做到3inch*3inch面积,而这个尺寸很难通过后续的蚀刻段和研磨段,基于上述原因,该工艺一直停滞不前。
因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提出了一种采用Tenting工艺生产Mini基板的方法,不仅操作简便,而且适用性广,能够满足各类Mini基板客户的需求。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种制作Mini基板的方法,包括以下步骤:a.将瓷片进行切割,裁剪成4.5inch*4.5inch面积;b.通过研磨工艺将瓷片厚度减薄至0.15~0.2mm;c.将铜片经过裁铜机裁成4.3inch*4.3inch面积;d.进行直接覆铜工艺将两面铜片与瓷片烧结在一起,完成半成品制作;e.半成品采用铜蚀刻和皮带研磨工艺对铜片进行减薄处理;f.采用Tenting图形转移工艺将客户图纸转移到陶瓷基板表面;g.经过检验和测试工序,即可包装出货。
本发明进一步设置为:所述步骤b的研磨工艺包括使用陶瓷刷辊和不织布刷辊进行研磨。
本发明进一步设置为:在步骤d中,铜片经过热氧化炉进行铜片氧化,使铜片表面生成Cu2O。
本发明进一步设置为:所述热氧化炉的炉内温度区间600~800℃,带速170mm/min,整个氧化时间小于2分钟。
本发明进一步设置为:所述热氧化炉内气氛包括氧气和氮气。
本发明进一步设置为:所述铜片表面的Cu2O增重8~12mg。
本发明进一步设置为:所述步骤e中,铜蚀刻工艺采用碱性蚀刻体系,将铜厚减至60μm。
本发明进一步设置为:所述碱性蚀刻体系包括碱性条件下,通过强氧化性的二价络合离子去蚀刻铜,而后生成不具有氧化能力的一价的络合离子,一价的络合离子在氯化铵、氨水、氧气的共同作用下,再生为具有强氧化性的二价络合离子,进行如此循环直至铜厚满足要求。
本发明进一步设置为:所述碱性蚀刻体系还包括采用二流体喷头,二流体喷头分别接有水管和气管,当气体和液体在喷嘴出口端喷出而发生接触时,由于气体喷出的气流速度相对较高,而液体流出的速度相对较低,在两流体之间存在着较大的相对速度,从而产生摩擦力,将料液雾化。
综上所述,本发明具有以下有益效果:采用先切割再研磨的工艺将瓷片的面积裁至4.5inch*4.5inch,同时厚度减薄至客户需求水平,再调整裁铜机,将铜片裁成4.3inch*4.3inch,而后采用直接覆铜工艺将铜片和瓷片烧结在一起,此时半成品就已经制作完成了;接下来,采用碱性蚀刻工艺和皮带研磨工艺对铜片进行减薄处理,最后采用Tenting图形转移工艺将客户图纸转移到陶瓷基板表面,此时再经过正常的检验和测试工序,即可包装出货,这样制作出来的Mini基板能够完全满足检验要求,即直接将产品放在350℃加热平台,维持5分钟,铜片表面无气泡、脱落等不良现象,良品率高。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明进行详细描述。
本发明提出了一种采用Tenting工艺生产Mini基板的方法,不仅操作简便,而且适用性广,能够满足各类Mini基板客户的需求,现概述如下:
首先,需要解决瓷片尺寸问题,使用氧化铝瓷片或者氮化铝瓷片,采用先切割再研磨的工艺将其面积裁至4.5inch*4.5inch,同时厚度减薄至客户需求水平,通常为0.15~0.2mm之间。
再调整裁铜机,将铜片裁成4.3inch*4.3inch,而后采用直接覆铜工艺将铜片和瓷片烧结在一起,此时半成品就已经制作完成了。
接下来,采用铜蚀刻和皮带研磨工艺对铜片进行减薄处理,特别注意,需要严格控制铜面均匀性,避免出现厚铜差异过大情况。
最后,采用Tenting图形转移工艺将客户图纸转移到陶瓷基板表面;此时再经过正常的检验和测试工序,即可包装出货。
工艺包括:a.将瓷片进行切割,裁剪成4.5inch*4.5inch面积;b.通过研磨工艺将瓷片厚度减薄至0.15~0.2mm;c.将铜片经过裁铜机裁成4.3inch*4.3inch面积;d.进行直接覆铜工艺将铜片与瓷片烧结在一起,完成半成品制作;e.半成品采用铜蚀刻和皮带研磨工艺对铜片进行减薄处理;f.采用Tenting图形转移工艺将客户图纸转移到陶瓷基板表面;g.经过检验和测试工序,即可包装出货。
其中步骤b的研磨工艺包括使用陶瓷刷辊和不织布刷辊进行研磨;在步骤d中,铜片经过热氧化炉进行铜片氧化,使铜片表面生成Cu2O;其中热氧化炉的炉内温度区间600~800℃,带速170mm/min,整个氧化时间小于2分钟。氧化炉内气氛包括氧气和氮气,使铜片表面的Cu2O增重8~12mg。
在步骤e中,铜蚀刻采用碱性蚀刻体系 ,一次性将铜厚从127μm减至60μm。可以在碱性条件下,通过强氧化性的二价络合离子去蚀刻铜,而后生成不具有氧化能力的一价的络合离子,一价的络合离子在氯化铵、氨水、氧气的共同作用下,再生为具有强氧化性的二价络合离子,进行如此循环直至铜厚满足要求。
然后经过Tenting工艺,其工艺流程包括贴膜、曝光、显影、蚀刻、去膜;并且其中的蚀刻步骤采用酸性蚀刻体系。
具体的实施工艺步骤举例如下:
先通过瓷片切割工艺将瓷片裁成4.5inch*4.5inch面积,再通过研磨工艺 将瓷片厚度减薄至0.15mm~0.2mm。
再将量产规格最薄的0.127mm厚度铜片裁成4.3inch*4.3inch面积,并经过热氧化炉进行铜片氧化,控制氧化温度曲线和炉内气氛,使铜片表面生成大量 Cu2O,铜片表面的Cu2O增重8~12mg。
然后将上述准备好的铜片和瓷片放入专用治具 ,并将治具和产品一起放入烧结炉,控制烧结温度曲线和炉内气氛,将铜瓷烧结在一起。
并且以同样的方法,将瓷片另一面也和铜片烧结在一起。
此时铜瓷半成品已经完成,瓷片厚度符合客户需求,但铜片偏厚,此时为0.127mm,通常Mini基板产品图形电镀后铜厚约40~60μm,因此接下来需要将铜片减薄。此时为了得到更好的蚀刻均匀性,该流程采用带有二流体功能的碱性蚀刻体系,一次性将铜厚从127μm减至60μm。
具有二流体功能的碱性蚀刻体系包括:采用二流体喷头,二流体喷头分别接有水管和气管,当气体和液体在喷嘴出口端喷出而发生接触时,由于气体喷出的气流速度很高,而液体流出的速度不大,因此在两流体之间存在着很大的相对速度,从而产生相当大的摩擦力,将料液雾化。从而极大的提高了蚀刻均匀性,二流体喷头测试相关参数参考下图:
接下来为了去除蚀刻后铜面印记,同时将进一步提高铜片表面平坦度,将产品进行皮带研磨,由于产品尺寸已经达到了4.5inch*4.5inch,因此可以顺利通过陶瓷刷辊和不织布刷辊的研磨,刷磨后铜片厚度达到了约50μm,且表面较为光亮。
此时将产品按照Tenting工艺流程,进行贴膜、曝光、显影流程,其中为了提高显影效果,采用特定的二流体显影技术,其中包括二流体喷头,二流体喷头参照碱性蚀刻工艺中的二流体喷头。
将显影后产品进行蚀刻去膜处理,考虑到碱性蚀刻液会对干膜造成破坏,故该流程蚀刻采用酸性蚀刻体系。
借助于二流体显影和二流体碱性蚀刻技术,最终产品外观和线路精度同时达到了客户要求,最重要的是,可以轻松通过客户需求的各种温度烘烤测试;DPC行业目前最严的标准是:直接将产品放在350℃加热平台,维持5分钟,铜片表面无气泡、脱落等不良现象。而我们采用直接覆铜工艺的话,由于烧结温度已经达到了近1100℃,因此可以轻松达到350℃的耐热测试从而彻底解决了磁控溅射层与陶瓷结合力较弱的问题,对Mini基板领域未来发展提供了一条新的路径。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种制作Mini基板的方法,其特征在于,包括以下步骤:
a.将瓷片进行切割,裁剪成4.5inch*4.5inch面积;
b.通过研磨工艺将瓷片厚度减薄至0.15~0.2mm;
c.将0.127mm厚度的铜片经过裁铜机裁成4.3inch*4.3inch面积;
d.进行直接覆铜工艺将铜片与瓷片烧结在一起,完成半成品制作;
e.半成品先采用铜蚀刻工艺中的带有二流体功能的碱性蚀刻体系 ,一次性将铜厚从127μm减至60μm,然后通过皮带研磨,使研磨后铜片达到了50μm;
f.采用Tenting图形转移工艺将客户图纸转移到陶瓷基板表面,包括贴膜、曝光、显影流程,其中显影流程采用二流体显影技术,并且采用酸性蚀刻体系;
g.经过检验和测试工序,即可包装出货;
其中,所述步骤b的研磨工艺包括使用陶瓷刷辊和不织布刷辊进行研磨;
在步骤d中,铜片经过热氧化炉进行铜片氧化,使铜片表面生成Cu2O;
所述铜片表面的Cu2O增重8~12mg。
2.根据权利要求1所述的一种制作Mini基板的方法,其特征在于:所述热氧化炉的炉内温度区间600~800℃,带速170mm/min,整个氧化时间小于2分钟。
3.根据权利要求2所述的一种制作Mini基板的方法,其特征在于:所述热氧化炉内气氛包括氧气和氮气。
4.根据权利要求1所述的一种制作Mini基板的方法,其特征在于:所述碱性蚀刻体系包括碱性条件下,通过强氧化性的二价络合离子去蚀刻铜片,而后生成不具有氧化能力的一价的络合离子,一价的络合离子在氯化铵、氨水、氧气的共同作用下,再生为具有强氧化性的二价络合离子,进行如此循环直至铜厚满足要求。
5.根据权利要求4所述的一种制作Mini基板的方法,其特征在于:所述碱性蚀刻体系还包括采用二流体喷头,二流体喷头分别接有水管和气管,当气体和液体在喷嘴出口端喷出而发生接触时,由于气体喷出的气流速度相对较高,而液体流出的速度相对较低,在两流体之间存在着较大的相对速度,从而产生摩擦力,将料液雾化。
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