201008422 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種陶瓷與金屬複合板及其製造方 法，特別是指利用具有單面氧化銅的銅箔，與陶瓷板經熱接 合處理製造的複合板及其製造方法。 【先前技術】 一般陶瓷與金屬複合板的製造方式，是利用直接的接合 技術’例如銅箔與陶瓷之間是利用直接銅接合（簡稱DCb， 驗 Direct C〇Pper Bonding)來形成複合板，其主要包含兩步驟： 步驟一是先使銅箔兩側表面形成氧化銅層，步驟二是將氧化 銅層貼覆於陶瓷板表面，使其在銅與氧化銅共晶溫度（1〇63 t )與金屬銅熔點（約1083°c )的溫度範圍内進行熱處理， 而將銅箔結合於陶瓷板表面。 上述步驟一是先單獨對銅箔進行另一熱處理程序以將 銅箔表面氧化，但熱處理後的銅箔，其雙面都會形成氧化銅 層，而當陶瓷板兩面都要接合銅箔時，便會產生問題。如圖 參 1所示’將雙面都形成氧化銅層911、921的銅箔91 ' 92分 別層疊於陶瓷板93的上下側進行熱處理，由於進行熱處理 時承載用的匣钵94亦為陶瓷材質，且下層銅箔92與匣缽94 的接觸面亦為氧化銅層921，使得熱處理後會造成銅箔％不 當黏附於匣缽94的困擾。 由於金屬銅的熔點較高，所以前述熱處理（1〇63<t至約 1080 C )時，若銅箔92朝下的一側是金屬銅，則不會造成 上述的黏附困擾，因此若陶瓷板兩面都要接合銅箔時，則需 201008422 要施以適备的還原處理才能達成，配合參閲圖2至圖4來加 以說明相關製程如下：先將一具有氧化銅層951、952的銅 箔95放置於陶瓷板96的一表面上，再以陶瓷板96的另一 面置於匣缽97上進行第一次使銅箔95與陶瓷板％結合的 熱處理（如圖2所示）’使銅箔95與陶瓷板％結合後經 第一次還原處理將銅箔95顯露於外的氧化銅層952還原為 銅（如圖3所示）；接下來將表面為銅層的銅箔％翻轉置於 匮缽97上，再於陶瓷板96的另一面放置另一具有氧化銅層 981、982的銅箔98，進行第二次使銅箔98與陶瓷板96結 合的熱處理（如圖4所示），通常會再施以第二次還原處理© 將外露的氧化銅層982還原為銅，如此才能使陶瓷板96的 兩面都結合有銅箔95、98(參閲圖5)。上述製製程不但繁 複，且須經過額外的還原處理步驟，相當耗費成本及時間。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種單面氧化層金屬的 製造方法。 本發明之另一目的，在於提供一種利用上述單面氧化層 金屬與陶瓷形成複合板的方法。 © 本發明之再一目的，即在提供一種由上述方法製造的複 合板® 於是’本發明單面氧化層金屬的製造方法，包含下列三 步驟：（A)在一非氧化氣氛下，將二疊置的金屬箔片周緣接 合，使該二金屬箔片之間形成一密閉空間；（B)氧化該二金 屬箔片相互遠離的一側表面，以分別形成一氧化層；及（c) 201008422 -單面-广屬箔片的接合處’以分離該二金屬箔片，並獲得 一單面軋化層金屬箔片。 立搜付 20PPm。步驟（A)的該非氧化4氛巾的氧氣含量低於 该等金Γ=Α)疋利用雷射焊接方式或高週波焊接方式將 該荨金屬箔片周緣接合。 ❹ 參 式將步驟⑻是利用一熱氧化處理或濕式氧化方 400,(TC 氧化。其中，該熱氧化處理的溫度是介於 有關步驟（C)裁切該二金屬羯片的接合處的方式，是 利用剪床方式或沖床方式。 有關該等金屬4片的材質，是由鋼或銅合金材質製成。 另外，本發明利用單面氧化層金屬與陶究形成複合板的 方法，包含下列四步驟：⑷在—非氧化氣氛下將二叠置 的金屬羯片周緣接合，使該二金屬羯片之間形成密閉空間； (B)氧化該二金屬箔片相互遠離的一側表面以分別形成 -氧化層；（C)裁切該二金屬笛片的接合處以分離該二金 屬猪片，及（D)取該二金屬笛片，分別以具有該氧化層的 一侧貼合於一陶瓷板的雙面，或取該二金屬箔片其中之一， 以具有該氧化層的-側貼合於—陶究板的—面再進行熱接 合處理以形成一複合板。 其中’步驟（A)的該非氧化氣氛中的氧氣含量低於 20ppm 〇 而步驟（A)是利用雷射焊接方式或高週波焊接方式將 201008422 該等金屬箔片周緣接合。 另卜肖步驟（B)是利用一熱氧化處理或濕式氧化 式將該等金屬羯片氧化^其中，該熱氧化處理的溫 400〜900°C。 有關步驟（C)裁切該二金屬落片的接合處的方式 利用剪床方式或沖床方式。 上述該步驟⑻的熱接合處理之處理溫度，較佳地是 介於1063〜1〇8〇。匚。 而步驟（D)所得該等複合板裸露金屬表面，具有粗糙 度為0.4〜0.7 μηι的表面，並具有3〜4 μΩειη的表面電阻率。· 有關該等金屬箔片的材質，是由銅或銅合金材質製成， 另外，有關該陶瓷板的材質，是由氧化鋁、氧化鎂或氮化鋁 製成。 至於本發明陶瓷與金屬複合板，包含一陶瓷板及一第一 金屬箔片，該第一金屬箔片，接合於該陶瓷板的一側，該第 一金屬箔片之裸露表面的粗糙度介於0.4〜0·7 μιη，且具有3〜4 μΩ cm的表面電阻率。 進一步地，該陶瓷與金屬複合板更包含一第二金屬辖® 片’該第二金屬箔片接合於該陶瓷板另一侧，該第二金屬羯 片之裸露表面的粗度介於0.4〜0.7 μιη，且具有3〜4 μΩ cm的 表面電阻率。 有關該第一金屬箔片及第二金屬箔片的材質，是由銅或 銅合金材質製成’而該陶瓷板是由氧化鋁、氧化鎂或氮化鋁 製成。 201008422 本發明之功效在於利用具有單面氧化層的金屬箔片，可 避免在與陶瓷板雙面進行熱接合處理時，產生不當黏附，同 時可在金屬猪片形成氧化層的另一側，獲得表面粗度為 0.4~0.7 μιη及表面電阻率為3〜4μΩειη的金屬層，提供良好 的後續加工介面。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在以 下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈 » 現。 本發明利用單面氧化層金屬與陶瓷形成複合板的方法 可以分成兩個主要階段’第一階段是使金屬箔片形成單面氧 化層，利用單面氧化層的金屬箔片取代習知雙面氧化層的金 屬箔片，以避免前述雙面氧化層的金屬箔片在製作複合板時 的不當黏附問題，第二階段是利用直接的接合技術，即是將 金屬箔片形成氧化層的一面貼合陶瓷板，並施以共晶溫度範 圍内的熱接合處理，以形成複合板。 φ 本發明利用單面氧化層金屬與陶瓷形成複合板的方法 之較佳實施例包括如圖6所示的四個步驟，其中前三個步驟 對應上述的第一階段，第四步驟對應上述的第二階段，以下 分別進一步詳述。 步驟S!，參閲圖7，提供二未經氧化處理的金屬箔片， 在本實施例中是以相同尺寸的銅箔1及2為例，而亦可以是 銅合金製成的猪片，較佳地，該等鋼箔1及2是先經過清洗 及烘乾處理，然後再將該等銅箔1及2於一敗氣氛圍下整置 201008422 後以高週波焊接方式接合，形成一封閉周緣3及一 1及2之間的狹小密閉空間4 (見圖8 )。 實務上，上述氮氣氛圍環境亦可用其他惰性氣體氛圍環 境或高真空環境代替’只要能夠形成—氧氣含量2〇麟以 下的非氧化氣氛環境即可，以使密閉办 落M 闭工間4中不會有足夠的 氧乳’避免㈣i及2朝向密閉空間4 —側在後續氧化處理 中產生氧化。 另外，將㈣1及2接合的方式除了以高週波焊接方式 外’亦可用雷射焊接方式來接合。 步驟s2’利用-熱氧化處理使氧化鋼们及2相互遠離 的-側表面，分別形成一氧化層’該熱氧化處理是在一氧氣 含量200 ppm以下的氣氛爐中，以臂c至的溫/， 持續5至60分鐘，使銅猪i及2相互遠離的一側形成如圖9 所示的銅氧化層11及21。另外，亦可以㈣如濕式氧化方 式’將已形成密閉空間4的銅箔la2浸置於一含有氧化劑 的氧化用溶液中來使銅氧化層形成，該氧化劑係、選自於過硫 酸鉀、磷酸三鈉、亞氣酸鈉、氫氧化鈉或其等之組合，有關 詳細内容可參見中請人已中請的Tw_i48⑽號發明案。 #步驟S3’以剪床方式裁切銅^及：的接合周緣3,銅 箱1及2便可相互分離’而獲得如圖1G所示的單面形成銅 氧化層11的銅4 1’及單面形成銅氧化層21的銅箱：。有關 裁切的方式，亦可利用沖床方式代替。至此，便完成第一階 段的所有步驟’得到形成單面氧化層的金屬f|片。實際上， 這種形成單面氧化層方法不僅可以應用於金屬fl片，具有相 201008422 當厚度（例如厚度1公分以上）的金屬板亦可應用。 步驟S4,即為第二階段，參閱圖u，先將單面形成鋼氧 化層π及21的銅箔i及2，分別以銅氧化層丨丨及21 _側 貼口於陶瓷板5，再置於一氣氛爐（圖未示）中的匣銶94 上，然後進行共晶溫度的熱接合處理，在本實施例中，熱接 合處理是在氧氣含量2〇〇ppm以下（較佳為2〇ppm以下）， 以1063 C至1080 C的溫度，持續1〇至6〇分鐘，以形成如 圖12所示的複合板100。 驗有關陶瓷板5的材料，本實施例以氧化鋁（Al2〇3)為例， 亦可以疋氧化鎂（Mg〇 )或A1N (氮化鋁）等陶瓷材料。同 樣地，陶瓷板5較佳地是先經過清洗及烘乾處理。另外，只 將銅箔1及2其中一與陶瓷板5進行上述接合亦可行。 進一步詳細解釋形成複合板的細節如下，由於上述熱接 合處理是在1〇63。(：至1080。(：内進行，因此銅氧化層u&21 與陶瓷板5貼合的一側會熔化（銅與氧化銅共晶溫度1〇63 c)形成一熔化液狀層，此熔化液狀層能潤濕陶瓷板5與銅 _ 箔1及2，相互接合形成氧化銅鋁（CuAl〇2 )介面合金，當 冷卻至室溫，便可藉此形成複合材；另一方面，銅箔丨及2 未形成銅氧化層的一側仍維持銅的物理性質，其熔點為1〇83 t，也就是說，圖11中銅箔2鄰近匣钵94的—側在上述熱 接合處理的溫度範圍内不會溶化，因此不會與匣蛛94產生 不當黏附，便可得到如圖12所示的複合板1〇〇。當然，若熱 接合處理的氧氣含量狀況在20 ppm以上（會造成銅箔i及2 二度氧化），則必須再經由一次還原處理。顯然地，藉由單 11 201008422 面形成氧化層的金屬箔片與陶瓷板接合形成複合板，不會產 生不當黏附，可免除如習知方法的繁複步驟，並降低成本且 節省時間。 由上述方法所製造的複合板100，除了製程簡化外，銅 箔1及2遠離該陶瓷板5所形成的工作表面，與習知的複合 板金屬工作表面的性質亦不同。這裡所謂的複合板1〇〇的工 作表面，即銅箔1及2遠離該陶瓷板5所形成的裸露表面， 其為第一階段中形成銅氧化層u及21的相反側。參閲表！， 將本發明與習知的複合板的銅箔工作表面粗糙度，分別隨機 任取4點（以a、B、c&d表示）進行測試，結果複合板© 1〇〇的工作表面，粗糙度大約介於〇4〜〇7 μιη，而習知方法 製造的複合板，其工作表面粗糙度大約介於3 3〜4 7 μηι，相 較之下差了大約一個級度，顯然用單面形成氧化銅的步驟處 理後的銅箔1及2,不但一側形成單面氧化層u及21，另一 側還同時形成了粗糙度較低的表面，使得後續的表面加工處 理越容易進行，甚至可免除再拋光等後續處理。 另外，以探針作表面電阻測試的結果，複合板1〇〇的工 作表面的電阻率是介於3〜4 μΩειη，而習知複合板的工作表© 面的電阻率是介於18〜2〇 ，通常電阻率低越則導電效 能越好，且產生的熱也會相對較少，因此就表面電阻率而 言，本發明的複合板100同樣是具有較習知優良的性質。 上述工作表面性質的差異，乃是因為習知雙面氧化的銅 箔在熱接合處理中，未與陶瓷板貼合的一側因為是氧化銅 (如圖4中的氧化銅層982)，所以在丨⑽:^它至1〇8(Γ(：溫度 12 201008422 範圍内，表面也會形成一熔化液狀層，而同樣地在降溫時會 重新結晶，此時氧化銅會分佈在銅結晶格的週邊，導致表面 粗糙度變差，另外，此一較無次序的結構，即使經由還原處 理而變成銅，結構上的影響仍存在，再加上殘留的氧化銅影 響，表面電阻因此相較於本發明的實施例還是較差。 表1 銅箔1側的工作表面粗糙度（μπι ) 平均值 A 0.527 0.525 0.525 0.526 B 0.693 0.693 0.695 0.694 C 0.577 0.577 0.575 0.576 D 0.448 0.448 0.447 0.448 銅箔2側的工作表面粗糙度（μιη) 平均值 A 0.436 0.434 0.434 0.435 B 0.646 0.625 0.607 0.626 C 0.524 0.524 0.524 0.524 D 0.410 0.410 0.410 0.410 習知複合板的工作表面粗糙度（μπι) 平均值 A 3.303 3.302 3.304 3.303 B 4.525 4.531 4.531 4.529 C 4.474 4.473 4.471 4.473 D 4.679 4.678 4.682 4.680 總括來說，利用本實施例之方法所製造的陶瓷與金屬複 13 201008422 合板，配合參閱圖11及12,包括一陶瓷板5, 一第一金屬猪 片1及一第二金屬箔片2，分別一面形成氧化層u及21，另 一面形成表面粗糙度為〇·4〜0.7 μπι且電阻率為3〜4 μΩ cm的 金屬層，並分別以形成氧化層11及21 —側接合於該陶兗板 5兩側而形成一複合板100。事實上，只利用第一金屬箱片！ 及第二金屬箔片2其中之一來與陶瓷板5進行上述接合，亦 可形成一複合板200 (如圖13所示）。 综上所述’本發明利用單面氧化層金屬與陶瓷形成複合 板的方法，將二疊置的銅箔1及2在非氧化狀態下使周緣接 合’再經氧化處理形成單面銅氧化層11及21，再分別以具® 有銅氧化層11及/或21 —側貼合於一陶瓷板5以形成一複合 板，使製程簡化，並可避免不當黏附，而且沒有形成氧化銅 層11及21的另一侧具有粗链度為0.4〜0.7 μιη且電阻率為 3〜4 μΩοιη的金屬層表面’可供後續加工，故確實能達成本 發明之目的。 惟以上所述者’僅為本發明之較佳實施例而已，當不能 以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍 及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發 明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一示意圖，說明將二片雙面形成氧化銅層的銅箔 分別於一陶瓷板兩側進行熱接合處理； 圖2是將一片雙面形成氧化銅層的銅箔與一陶瓷板進行 熱接合的示意圖； 14 201008422 圖3是圖2巾該mi與喊板熱接合形成—複合板之後 再經還原處理後的示意圖； 圖4是圖3中該還原處理後的複合板再與另一片雙面形 成氧化銅層的銅領進行第二次熱接合處理的示意圖； 圖5是圖4中該複合板再經第二次還原處理後的示意 ISI · 圖， 圖6是一流程圖，說明本發明利用單面氧化層金屬與陶 瓷形成複合板的方法的步驟； φ 圖7是一示意圖，說明二金屬箔片處理前的狀態； 圖8是圖7中該等金屬箔片相互疊置並使周緣接合的示 意圖； 圖9是圖8中該等金屬箔片裸露的表面，分別氧化形成 一氧化層的示意圖； 圖1〇是將圖9中該等金屬箔片接合的周緣裁切去除， 獲得二具有單面氧化層的金屬箔片之示意圖； 圖丨1是一示意圖，說明將圖10中該等具有單面氧化層 φ 的金屬箱片分別貼合於一陶瓷板進行熱接合處理； 圖12是一示意圖’說明本發明陶瓷與金屬複合板包括 一第一金屬箔片、一第二金屬箔片及一陶瓷板； 圖丨3是一示意圖，說明本發明陶瓷與金屬複合板僅包 括一第〜金屬箔片及一陶瓷板。 15 201008422 【主要元件符號說明】
100… •…複合板 94…… •…匣蛛 200… •…複合板 95…… —銅Μ 1 ....... ----銅Ά 951… •…氧化銅層 11 ·_.·· •…銅氧化層 952… •…氧化銅層 〇 ...... 〇/：..... L...... ----荆治 y 0 岡瓦极 21 ••… •…銅氧化層 97…… •…匣蛛 • · · · Μ 田祕 QO..... 5 ...... 到* 1¾ /5] y〇 多I°J ν白 4…… •…密閉空間 981… •…氧化銅層 5…… •…陶瓷板 982··· •…氧化銅層 91••… ----銅治 Si · ·· …·步驟 911 ··· •…氧化銅層 s2 …·步驟 92••… —銅 S3 ••… …·步驟 921 ··· •…氧化銅層 S4·.·.· …·步驟 93••… •…陶瓷板
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