CN1300271A - 金属箔和陶瓷结合材料的制造方法及金属箔层压陶瓷基板 - Google Patents

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Abstract

一种生产高质量金属箔/陶瓷连接材料(19),和金属箔层压陶瓷基板(20)的方法,该方法能防止陶瓷材料的损坏和提高金属箔/陶瓷结合材料和金属箔层压陶瓷基板的生产率,其中陶瓷材料的加热是在金属箔(11)和陶瓷材料(13)二者均进行蚀刻之前进行的,该方法为压力连接法可保证容易的和良好的随后加压连接,陶瓷材料(13)可防止由于加热的损坏,这时它是放置在支架(14)上并在1kg/cm2以下的压力下进行加压连接的。

Description

金属箔和陶瓷结合材料的制造方法及 金属箔层压陶瓷基板
技术领域
本发明是有关在各种陶瓷材料的表面上熔接(焊接)金属箔而制造金属箔和陶瓷结合材料的方法，及自同金属箔和陶瓷结合材制造金属箔层压陶瓷基板。
发明背景
近年来，在陶瓷的应用领域中通过将陶瓷与金属相组合获得新的用途开发。例如，将镍合金、钛合金、铬合金等所组成金属材料连接于由氧化铝、氧化锆、氧化镁等所组成的陶瓷材料上，利用扩散组合等的组合技术制造金属和陶瓷的结合材料，这种材料已使用于各装置和设备中。
但是，生产习知的金属和陶瓷结合材料中，由于将金属材料在一定的压力下简单地结合在陶瓷材料上，因此加压中，与金属比较会使脆性材料的陶瓷材料发生破损，具有生产率下降的问题。
本发明的目的是为了解决上述问题，并提供一种生产金属箔和陶瓷结合材料的方法，仅以较低的压力即可将金属箔结合于陶瓷材料上，防止陶瓷材的破损，从而提高金属箔与陶瓷结合材料或金属箔层压陶瓷基板的生产率，还提供了这样的金属箔层压陶瓷基板。
发明内容
为达成上述目的，权利要求1所述的金属箔与陶瓷结合材的制造方法包括如下步骤：对要连接在一起的金属箔表面与陶瓷材料的表面进行离子蚀刻而予以活化及净化；将支持在支架上的陶瓷材料表面加热至250～500℃；及，以1kg/mm2以下的压力加压使上述金属箔的表面加压熔接在上述支架上的陶瓷材料的表面上，以及这样加热连接金属箔和陶瓷材料来生产金属箔和陶瓷的结合材料。
附图简述
图1为本发明一实施例的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法的步骤说明图。
实施本发明的最佳方式
作为金属箔可使用由Al、Cu、Ni、Fe等所构成的单层箔，及由Al-Cu、Al-反向-Cu等所成的复层箔。其厚度并未加以限定，但是从金属箔层压陶瓷基板的制造条件或用途等的观点来看，最好在10～500μm的范围。
另一方面，陶瓷材料可包括玻璃、SiO2、Al2O3、SiC、Si3N4、AlN等，其厚度可根据其用途而适当加以设定。其厚度虽未特别加以限定，但是从金属箔层压陶瓷基板的制造条件或用途等的观点来看，最好在100μm～1mm为佳。
在上述的方法中，离子蚀刻金属箔的被结合表面是可确实除去形成在金属箔表面的氧化膜予以净化，同时可使其活化。而离子蚀刻陶瓷材料表面则是活化陶瓷材的表面之用。
在金属箔与陶瓷材料加压熔接前，先将陶瓷材料表面经支架加热。这可促进上述活化，及可容易进行随後的加压熔接之用。设定加热温度为250～500℃。这是根据金属箔种类而有不同的适温范围，例如，在铝箔的场合下适合的加热范围为250～400℃，在铜箔的场合下为350～500℃。
在加热过程中，使用支架。这是因为如果加热时没有支架保持陶瓷材，而是以直接加热器等加热时，陶瓷材料不能受到均匀的加热，导致内部产生热应变，造成陶瓷材料破损。
支架最好是使用具有硬质且良好热传导的材料，例如WC-Co烧结材料所制成的超硬合金渗碳碳化物。
在金属箔与陶瓷材料的加压熔接过程中，施加的压力设定在1kg/mm2以下。这是由于一旦加压力大于1kg/mm2时，会引起陶瓷材料断裂。
金属箔与陶瓷材的加压连接最好是使金属箔与支架上的陶瓷材通过转动的加压辊间进行。藉以上所述，一边保持1kg/mm2以下的加压力，可有效地将加压力施加于金属箔与陶瓷材的全部表面上。
加压辊最好是使用表面涂布有聚四氟乙烯涂层的耐热辊。在加压步骤中，加压辊是由于藉陶瓷加热所成，因此要求具有耐热性。
将上述所获得之金属箔与陶瓷结合材料切断成预定尺寸大小的片块，可制造金属箔层压陶瓷基板。
以下，参阅附图式表示的一实施例，具体说明本发明之金属箔与陶瓷结合材的制造方法如下。
首先，如图1(a)表示，在离子淋浴装置10内，配设厚度50μm的铝构成的金属箔11。在极低压力的惰性气体(例如，Ar+气体)环境中，利用阴阳两极间的放电与电子照射，可对于形成金属箔11的被结合表面的一侧面全面进行离子照射，可从其表面除去氧化膜予以净化的同时，并予以活化。
如图1(b)所示，在离子淋浴装置12内，以载置于超硬合金的WC-Co合金构成的平板状支架14上的状态配置厚度300μm的SiC所构成的陶瓷材13。经支架14以加热装置之一例的电热加热器15将陶瓷材13加热至250～400℃。在保持该加热状态的状态下，于极低压惰性气体环境中，利用阴阳两极间的放电与电子照射，用离子照射形成陶瓷材13结合表面的一侧面的整个表面，使其表面活化。
如图1(c)所示，将金属箔11从离子淋浴装置10取出至外部，同时将陶瓷材13与支架14同时从离子浴装置12取出于外部，将金属箔11与支架14上的陶瓷材13移送至加压装置16，予以转动之外，通过上下加压辊17、18而加压熔接金属箔于陶瓷材料上。
如该附图所示，提供了多个压辊作为下加压辊18，仅设置1个上加压辊17。这是因为利用多个下压辊18以稳定状态支持一次或数次往返移动之金属箔11与支架14上的陶瓷材13，同时以1个压辊17依序加压往返移动之金属箔11的表面，藉此可防止过度的加压力通过金属箔11而作用于陶瓷材13整体，可防止陶瓷材13破损之用。又，施加压力由于是设定在1kg/mm2以下，因此从该面而言，亦可确实防止陶瓷材料13的破损。
再者，上、下压辊17、18是受到来自支架14或陶瓷材料13的热，因此最好使用表面涂复聚四氟乙烯的耐热压辊。
如图1(d)所示，从加压装置16中取出利用上述加压熔接所制造的金属箔和陶瓷结合材料19。
可将此金属箔和陶瓷结合材料19加工使用于各种系统和装置。
其一例有如图1(e)所述，将金属箔与陶瓷结合材料19切断形成预定尺寸的片块，可以大量制造IC用的金属箔层压陶瓷基板20。产业上的可利用性
如以上说明，权利要求1所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法是将彼此分别进行离子蚀刻的金属箔与陶瓷材料在加压熔接前，将陶瓷材加热。这可容易且确保进行随後的加压熔接。又，由于将陶瓷材载置于支架上，加热可防止陶瓷材料的破坏。此外，由于加压熔接时的施加压力设定在1kg/mm2以下，因此从该面而言也可以防止陶瓷材的破坏。因此，可以高生产率生产高品质的金属箔与陶瓷结合材料。
在权利要求2所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法中，金属箔与陶瓷材料加压熔接，是金属箔与支架上的陶瓷材料在上下加压辊之间通过。因此可防止过度加压力作用于陶瓷材，也可防止陶瓷材的破损。
在权利要求3所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法中，支架是使用具有硬质且良好之热传导性材料，例如超硬合金渗碳碳化物，因此可对于陶瓷材料表面均匀地完全地加热，可有效地防止由于热应变引起的陶瓷材的破损。
在权利要求5所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法中，由于加压辊是使用表面施以聚四氟乙烯涂层的耐热辊，藉此可增长加压辊的寿命，可减少更换次数提高维修有效性。
在权利要求6所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法中，是将金属箔与陶瓷结合材料切断成预定尺寸的片块，可大量生产IC等所使用的金属箔层压陶瓷基板。

Claims (6)

1．一种金属箔层压陶瓷材料的制造方法，包括如下各步骤：对彼此要连接的金属箔和陶瓷材料的表面进行离子蚀刻而予活化及净化；当陶瓷材料保持在支架上时，将陶瓷材表面加热至250～500℃；将金属箔表面加压熔接到上述支架上的陶瓷材料的表面上，压力为1kg/mm2以下，以及加热连接金属箔和陶瓷材料来制造金属箔和陶瓷的结合材料。
2．如权利要求1所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法，其中上述金属箔与上述陶瓷材料的加压熔接是将上述金属箔与上述支架上的陶瓷材料在转动的加压辊间通过完成。
3．如权利要求1所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法，其中所述的支架是由硬质且良好热传导性的材料制成。
4．如权利要求3所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法，其中所述的材料为超硬合金渗碳的碳化物。
5．如权利要求1至4中任一项所述的金属箔与陶瓷结合材料的制造方法，其中所述耐热加压辊的表面是涂布有聚四氟乙烯涂层而用作压辊。
6．一种通过以下各步骤生产的金属箔层压陶瓷基板：对彼此连接的金属箔和陶瓷材料的表面进行离子蚀刻以活化和净化其表面，将金属箔的表面加压熔接到所述的陶瓷表面上以生产金属箔和陶瓷相结合的材料，以及将金属箔和陶瓷相结合的材料切割成所需尺寸大小的片块。
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