TW202101686A - 一種具有厚銅結構的陶瓷電路板及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具有厚銅結構的陶瓷電路板及製作方法，包含以下步驟：鍍金屬種子層薄膜於陶瓷基板上；於金屬種子層薄膜上製作電鍍銅層；利用蝕刻方式在選擇性的區域移除電鍍銅層，以使剩餘之區域形成複數個銅電路基層，將平板治具疊合於陶瓷基板上並露出複數個銅電路基層；填充並鋪設流變性之銅材料於複數個銅電路基層上；以及加熱銅材料以使銅材料於陶瓷基板上經燒結而形成複數個厚銅電路，使得陶瓷基板上之導電線路厚度可達500μm以上。本發明的陶瓷電路板及製作方法可有效的解決製作厚銅電路之問題並可提高陶瓷電路板的電流密度承載能力。

Description

一種具有厚銅結構的陶瓷電路板及其製作方法
本發明關於一種具有厚銅結構的陶瓷電路板及其製作方法，並且特別地，關於一種可以在電鍍銅層上燒結形成一厚銅層的方式製作具有厚銅結構的陶瓷電路板之方法。
近年來環保意識抬頭，電動車、風力發電機等環保產業已成為主要發展的技術之一。而在電動車的技術發展中，影響電動車效率最重要的部份就是電池模組及管理電池模組系統。電動車的電流充放電模式決定了電動汽車的充電時間及加速效率。在一定的電壓(V)平台上，充放電電流的增加將可提高整台電動車的功率。當充電的電流需求增大且電路板尺寸及導電線路縮小的同時，高電流密度將會使得電路元件在大功率的運作下產生大量的熱能。如果功率模組的電路板線路無法承載高密度的電流且電路基板本身無法有效的散熱，電動車的整體電池組在高密度的組裝下，電池組的能量密度(Energy Density)進一步的提升將會面臨發展之瓶頸。傳統玻璃纖維強化樹脂PCB電路板的耐熱性差，銅箔電路的厚度也僅有幾十微米(μm)，很難滿足承載大電流的充電功率需求，於是耐熱、散熱佳且高電壓絕緣性的金屬化銅電路陶瓷電路板就成為功率電路元件的最佳選擇。然而 習知的各種銅電路陶瓷基板元件之結構及製作技術對於銅導電線路的厚度有其侷限性，無法滿足未來承載更高電流密度之超高充電功率之應用發展需求。因此，如何提高陶瓷基板銅導電線路之厚度至500μm以上，甚至高達1000μm，這將是產業界必須解決之課題。
在習知的技術中，常見的銅導線陶瓷電路板結構及製作技術有厚膜印刷燒結銅陶瓷基板製程技術、直接鍍銅陶瓷基板製程技術(DPC)以及直接覆銅陶瓷基板製程技術(DBC)。如圖1所示，在厚膜印刷燒結銅陶瓷基板製程技術中，係將混合玻璃粉末的銅漿料利用網版印刷(Screen Printing)的方式印刷在陶瓷基板後，經燒結後在陶瓷基板上形成銅電路。然而，一般厚膜技術所製作的銅電路層的厚度不超過30μm。如圖2所示，在直接鍍銅陶瓷基板製程技術(DPC)中，係利用真空鍍膜之方式在陶瓷基板上濺鍍一金屬種子層薄膜，再以電鍍的方式在其上形成一定厚度之電鍍銅層，接著再以蝕刻製程以完成銅電路之製作。然而，此技術產生的銅電路厚度通常不超過100μm。如圖3所示，在直接覆銅陶瓷基板製程技術(DBC)的技術中，係利用銅的含氧共晶液直接將一定厚度之銅片貼合在陶瓷基板上，在銅與陶瓷基板敷接的過程前或過程中引入適量的氧元素，使得銅與氧形成Cu-O共晶層，並且與陶瓷基板發生化學反應以將銅貼合於陶瓷基板上。然而利用此技術的所製作的銅電路厚度不易做到500μm以上。
因此，有必要研發一種具有厚銅結構的陶瓷電路板及其製作方法以解決銅電路厚度超過500μm之厚銅陶瓷電路板應用需求。
有鑑於此，本發明之一範疇是在於提供一種具有厚銅結構的 陶瓷電路板。
根據本發明之一具體實施例，具有厚銅結構的陶瓷電路板包含一陶瓷基板。陶瓷基板具有一上表面，並且上表面具有複數個導電線路。而複數個導電線路由三層不同形式的金屬材料疊加而成，依序為：一以真空鍍膜製作的金屬種子層薄膜、一電鍍銅層以及一燒結厚銅層。真空鍍膜的金屬種子層薄膜形成於上表面，電鍍銅層形成於金屬種子層薄膜之上，並且燒結厚銅層形成於電鍍銅層之上。其中，複數個導電線路的厚度不低於500μm。根據本發明之一具體實施例，複數個導電線路的厚度可制作介於500μm至1500μm(1.5mm)之間。
其中，陶瓷基板的材質係選自於由氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(Si3N4)、氧化鈹(BeO)所組成的群組之至少一者。
其中，真空鍍膜製作的金屬種子層薄膜的厚度不大於0.2μm(200nm)，並且真空鍍膜的金屬種子層薄膜的材質係鈦(Ti)或鈦鎢合金(TiW)。
其中，電鍍銅層的厚度不大於100μm。
其中，燒結厚銅層的厚度不低於500μm，可介於500μm~1500μm之間。
其中，燒結厚銅層係由一具流變性之銅材料經燒結製程(Sintering Process)而形成。根據本發明之一具體實施例，具流變性之銅材料為一平均粒徑(D50)小於2μm之細銅粉末。
本發明之另一具體實施例中，具流變性之銅材料為一銅漿料(Cu Paste)，燒結厚銅層係由銅漿料經加熱，烘烤(baking)並燒結(Sintering) 製程而形成，並且銅漿料包含有一細銅粉末(Cu Powder)、一聚合物(Polymer)以及一有機溶劑(Solvent)，且細銅粉末之平均粒徑(D50)小於2μm。
本發明所述之具有流變性之銅材料(Copper material with rheology property)是指在外力作用下會產生變形之流動的銅金屬。在具體實施例中，它可以銅粉或銅漿料來呈現。
本發明之另一範疇是在於提供一種具有厚銅結構的陶瓷電路板之製作方法。
在一具體實施例中，具有厚銅結構的陶瓷電路板之製作方法包含以下步驟：提供一陶瓷基板；利用真空鍍膜方式鍍一金屬種子層薄膜於陶瓷基板上；利用電鍍方式電沈積一電鍍銅層於金屬種子層薄膜上；利用蝕刻方式在選擇性的區域移除電鍍銅層，以使剩餘之區域於陶瓷基板上形成複數個銅電路基層；提供一平板治具與一具流變性之銅材料，平板治具具有複數個穿孔；將平板治具疊合於陶瓷基板上並露出複數個銅電路基層；填充具流變性之銅材料以使具流變性之銅材料通過複數個穿孔而鋪設於複數個銅電路基層上；以及加熱具流變性之銅材料以使具流變性之銅材料於陶瓷基板上經燒結製程而形成具有一導電線路厚度的複數個厚銅電路，並使複數個厚銅電路的導電線路厚度不小於500μm。
其中，複數個厚銅電路間的最小間距與導電線路厚度的比值小於2。在一具體實施例中，複數個厚銅電路間的最小間距為1000μm(1.0mm)，則導電線路厚度則高於500μm(0.5mm)；在另一具體實施例中，複數個厚銅電路間的最小間距為2000μm(2mm)，導電線路厚度則高於1000μm(1.0mm)。
再者，製作具有厚銅結構的陶瓷電路板的方法進一步包含以下步驟：粗化複數個銅電路基層的表面。在一具體實施例中，電鍍銅層表面粗糙度接近燒結銅粉末之平均粒徑(D50)大小。
此外，製作具有厚銅結構的陶瓷電路板的方法進一步包含以下步驟：研磨平整複數個厚銅電路的表面。
其中，以真空鍍膜方式在陶瓷基板上表面所形成的金屬種子層薄膜的材質係為鈦(Ti)或鈦鎢合金(TiW)，並且金屬種子層薄膜的厚度不大於0.2μm(200nm)。
其中，利用電鍍方式電沈積在陶瓷基板金屬種子層薄膜上的電鍍銅層的厚度不大於100μm。
其中，於提供平板治具與具流變性之銅材料，並且平板治具具有複數個穿孔的步驟中，具流變性之銅材料係為一細銅粉末，且細銅粉末的平均粒徑(D50)不大於2μm。
再者，於提供平板治具與具流變性之銅材料，並且平板治具具有複數個穿孔的步驟中，具流變性之銅材料係為一銅漿料，銅漿料係由一細銅粉末、一聚合物及一有機溶劑均勻混合而成，且銅漿料中的細銅粉末的平均粒徑(D50)不大於2μm。
其中，於填充具流變性之銅材料以使具流變性之銅材料通過複數個穿孔而鋪設於複數個銅電路基層上的步驟中，具流變性之銅材料填充後的厚度等於平板治具穿孔的厚度。
綜上所述，本發明之具有厚銅結構的陶瓷電路板及其製作方法係利用充填銅粉(Cu Powder)或塗佈銅漿料(Cu Paste)在預製的電鍍銅陶瓷 電路板的銅電路基層上並加熱燒結銅粉末而形成厚銅電路結構。以此結構及製作方式所製作的陶瓷基板厚銅電路可將電路的銅層厚度增加至500μm以上，解決了習知技術無法在陶瓷基板上製作銅厚超過500μm厚銅電路之問題。
1、5:具有厚銅結構的陶瓷電路板
11、51:陶瓷基板
16:厚銅電路結構
111、511:上表面
2:平板治具
112:下表面
21:穿孔
12、52:金屬種子層薄膜
54:燒結厚銅層
13、53:電鍍銅層
T:導電線路厚度
14:銅電路基層
W:最小間距
15:具流變性之銅材料
S1~S10:步驟
圖1係繪示習知技術之陶瓷基板電路之結構示意圖。
圖2係繪示習知技術之陶瓷基板電路之結構示意圖。
圖3係繪示習知技術之陶瓷基板電路之結構示意圖。
圖4係繪示根據本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板之製作方法之步驟流程圖。
圖5係繪示根據本發明之包含金屬種子層薄膜以及電鍍銅層之陶瓷基板之結構示意圖。
圖6係繪示根據本發明之銅電路基層之陶瓷基板結構示意圖。
圖7A至圖7B係繪示本發明之具有流變性之銅漿料鋪設於銅電路基層上之步驟示意圖。
圖8係繪示本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板之結構示意圖。
圖9係繪示根據圖6之銅電路基層陶瓷基板之上視圖。
圖10係繪示根據本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板之製作方法之步驟流程圖。
圖11係繪示根據本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板 之製作方法之步驟流程圖。
圖12係繪示根據本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板之結構示意圖。
圖13係繪示本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板之結構示意圖。
為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“縱向、橫向、上、下、前、後、左、右、頂、底、內、外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示所述的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
請參考圖4至圖8，圖4係繪示根據本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板1之製作方法之步驟流程圖，圖5係繪示根據本發明之包含金屬種子層薄膜12以及電鍍銅層13之陶瓷基板11之結構示意圖，圖6係繪示根據本發明之銅電路基層14之結構示意圖，圖7A至圖7B係繪示本發明之具流變性之銅材料15鋪設於銅電路基層14之步驟示意圖，圖8係繪示本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板1之結構示意 圖。圖4所表示的具有厚銅結構的陶瓷電路板1之製作方法可透過圖5至圖8的示意圖達成。
在本具體實施例中，具有厚銅結構的陶瓷電路板1之製作方法可包含以下步驟：步驟S1：提供一陶瓷基板11；步驟S2：利用真空鍍膜方式鍍一金屬種子層薄膜12於陶瓷基板11上；步驟S3：利用電鍍方式電沈積一電鍍銅層13於金屬種子層薄膜12上；步驟S4：利用蝕刻方式在選擇性的區域移除電鍍銅層13，以使剩餘的區域於陶瓷基板11上形成複數個銅電路基層14；步驟S5：提供一平板治具2與一具流變性之銅材料15，平板治具2具有複數個穿孔21；步驟S6：將平板治具2疊合於陶瓷基板11上並露出複數個銅電路基層14；步驟S7：填充具流變性之銅材料15以使具流變性之銅材料15通過複數個穿孔21而鋪設於複數個銅電路基層14上；以及步驟S8：加熱具流變性之銅材料15以使具流變性之銅材料15於陶瓷基板上11經燒結製程而形成具有一導電線路厚度的複數個厚銅電路結構16，使複數個厚銅電路結構16的導電線路厚度不小於500μm。
於實務中，陶瓷基板11的材質可選自由氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(Si3N4)、氧化鈹(BeO)所組成之群組中之至少一者，但不限於此。如圖5所示，陶瓷基板11包含上表面111以及下表面112。金屬種子層薄膜12係以真空鍍膜的方式形成於陶瓷基板11之上表面111。於實務中，真空鍍膜可為濺鍍(Sputtering)或蒸鍍(Deposition)一層鈦金屬(Ti)或鈦鎢合金薄膜
此外，電鍍銅層13係以化學電鍍的方式電沈積於金屬種子層薄膜12上。因此，金屬種子層薄膜12與電鍍銅層13皆鍍於陶瓷基板11之上 表面111，並且金屬種子層薄膜12介於陶瓷基板11與電鍍銅層13之間。因此，陶瓷基板11上先形成金屬種子層薄膜12再形成電鍍銅層13，以構成電鍍銅層13、金屬種子層薄膜12及陶瓷基板11的排列順序(由上至下)，或者陶瓷基板11、金屬種子層薄膜12及電鍍銅層13的排列順序(由下至上)。由於陶瓷材料具有較低的熱膨脹係數，而銅材料具有較高的熱膨脹係數(16.5 10-6/K)，因此，金屬種子層薄膜12的材料除了作為電鍍銅時的導電種子層外也必須和陶瓷基板材料及銅材料皆有良好的鍵結，金屬種子層薄膜12的材料可選自熱膨脹係數介於陶瓷材料與銅金屬材料之間的金屬材料。在一具體實施例中，金屬種子層薄膜12的材料可為鈦金屬或鈦鎢合金，但於實務中不限於此。鈦材料的線性熱膨脹係數為8.4 10-6/K，因此，金屬種子層薄膜12可確保電鍍銅層13能夠接合於陶瓷基板11上而不發生剝離。由於金屬種子層薄膜12係使陶瓷基板11與電鍍銅層13之間能夠更容易鍵合並降低陶瓷基板與銅層介面熱膨脹係數之差異，在一具體實施例中，真空鍍膜金屬種子層薄膜12的厚度不大於0.2μm(200nm)。在具體實施例中該金屬種子層真空鍍膜方式為真空濺鍍(Supperting)及真空蒸鍍(Deposition)之其中一者。
於實務中，金屬種子層薄膜主要的功能是做為電鍍時的陰極而使得銅離子能夠電沈積而在陶瓷基板上形成一定厚度之電鍍銅層，以做為燒結厚銅層之銅電路基層。由於鈦或鈦鎢合金的熱膨脹係數介於陶瓷基板材料及銅之間，也可避免高熱狀態下銅電路和陶瓷基板產生剝離。
請參考圖6及圖9。圖9係繪示根據圖6之銅電路基層14之上視圖。如圖6所示，當陶瓷基板11鍍上金屬種子層薄膜12以及電鍍銅層13後，以蝕刻的方式選擇性地去除陶瓷基板11中部份區域的電鍍銅層13，以使剩 餘的電鍍銅層13於陶瓷基板11上形成複數個銅電路基層14。
請再次參考圖7A、圖7B及圖8。如圖7A所示，當銅電路基層14形成於陶瓷基板11上後，平板治具2疊合於陶瓷基板11上，並且透過穿孔21露出銅電路基層14。而平板治具2設置於與銅電路基層14同一側的陶瓷基板11上。
如圖7B所示，當平板治具2設置於陶瓷基板11後，將具流變性之銅材料15通過平板治具2的穿孔21填充於銅電路基層14上在一具體實施例中，具流變性之銅材料15可為一銅粉末。於實務中，銅粉末可通過平板治具2的穿孔21填充至銅電路基層14上。在本具體實施例中，銅粉末的平均粒徑小於2μm。
在另一具體實施例中，具流變性之銅材料15可為一銅漿料。於實務中，銅漿料可藉由刮刀以鋼板印刷(Stencil Printing)的方式塗佈於銅電路基層14上。由於平板治具2僅接觸陶瓷基板11而不接觸銅電路基層14，因此，當刮刀將銅漿料從鏤空平板治具2的一側邊塗佈至對向的側邊時，銅漿料從平板治具2的複數個穿孔21落下，而被塗佈至銅電路基層14上。銅漿料是由一銅粉末、一聚合物及一有機溶劑均勻混合而成。
在本發明之具體實施例中，具流變性之銅材料無論是銅粉末或銅漿料，都因為具有流變性而易於填充至平板治具之穿孔中而舖置於銅電路基層之上來進行燒結作業。此外，由於銅粉末之粒徑微小，其粒子表面能較大而易於液相燒結，燒結出來的厚銅結構具有較好的緻密性。
如圖8所示，當具流變性之銅材料填充至銅電路基層上後，加熱銅材料使銅材料於陶瓷基板11上經燒結而形成複數個厚銅電路結構 16。於實務中，當銅粉末進行燒結並且與電鍍銅層13在介面融合以形成具有一導電線路厚度(T)的厚銅電路結構16。在本具體實施例中，厚銅電路結構16具有一包含金屬種子層薄膜12及電鍍銅層13之導電線路厚度T，並且導電層厚度T不小於500μm。由於本發明之厚銅電路結構16的導電線路厚度可超越習知技術所及之範圍，因此，由前述步驟所製作出的陶瓷基板厚銅電路結構1可承載更高的電流密度。
請再次參考圖7A及圖7B。前述的平板治具2可具有一治具厚度，而具流變性之銅材料15的填充厚度可鏤空平板治具2的治具厚度。當具流變性之銅材料15為前述的銅漿料，進一步地，在銅漿料在燒結的過程中，銅漿料的厚度會因為有機溶劑的揮發及聚合物移除而收縮，因此，平板治具2的治具厚度以及銅漿料塗佈的厚度大於500μm。燒結後銅的厚度取決於治具的厚度以及銅漿料的固含量(Solid Content)。舉例來說，平板治具2的治具厚度以及銅漿料塗佈的厚度為700μm，當在銅漿料加熱烘烤及燒結的過程中，銅漿料中有機溶劑揮發及的聚合物移除及銅粉末燒結而收縮20%，此時，燒結後所形成的厚銅電路結構16的導電層厚度則為560μm，仍可大於500μm。此外，當具流變性之銅材料15為前述的細銅粉末，而銅粉末填充至平板治具2的穿孔21並且鋪設於銅電路基層上時，平板治具2可另外包含一下壓結構自穿孔21的上方壓緊銅粉末於銅電路基層上，因此，當銅粉末進行燒結時，銅粉末與銅電路基層上的電鍍銅層13介面融合。由於銅粉在受壓情況下燒結會有較好的致密性，因此在平板治具可壓合另一片平板治具。在下壓結構壓緊銅粉末的過程中，銅粉末鋪設於銅電路基層上的厚度會變小，因此，平板治具2的治具厚度以及銅粉末填充的厚度將大於燒結後 厚銅電路結構之厚度。
在本發明之具體實施例中，燒結的厚銅層結構無論是由細銅粉末直接燒結形成，或是由銅漿料經加熱烘烤去除有機溶劑及聚合物後的銅粉燒結形成，其中的銅粉末皆為平均粒徑(D50)小於2μm之類球型純銅粉末。在另一具體實施例中，燒結之銅粉末可為厚度僅為數十奈米到數百奈米之薄片型銅粉末。在另一具體實施例中，燒結之銅粉末可為表面包含一銀層(Ag)之細銅粉末。銀層的厚度可僅有數奈米到數十奈米。表面包含銀層之銅粉末除了可避免銅粉氧化外還可使得燒結後之厚銅層結構具有更佳的緻密性及導電率。由表面包含銀層之銅粉末燒結形成的厚銅結構則為一含有微量銀成份的銅合金。
另外，於實務中，平板治具2以及具流變性之銅材料15鋪設的厚度不限於前述的實施例，平板治具2的治具厚度及銅材料15鋪設的厚度也可根據厚銅電路結構的需求而調整。由於平板治具2設置於陶瓷基板11時，平板治具2同時也設置於各銅電路基層間之間隙的區域，因此，當包含具流變性之銅漿料15的陶瓷基板11經燒結形成厚銅電路結構時，各厚銅電路結構之間具有一間距(W)。而在一具體實施例中，厚銅電路結構之間的間距(W)與導電線路厚度(T)的比值小於2。因此，具有厚銅電路結構的陶瓷基板可以是一窄間距的厚銅結構陶瓷電路板元件。由於習知利用直接鍍銅陶瓷基板製程技術(DPC)及直接覆銅陶瓷基板製程技術(DBC)來製作銅線路陶瓷電路板元件皆以化學蝕刻(Chemical Etching)的方式來蝕刻銅線路。然而蝕刻之線路最小間距受限於銅電路之厚度，最小間距及銅電路之厚度比值必需大於2。因此，本發明之一種具有厚銅結構的陶瓷電路板之製作方法可以 不受小間距及銅電路之厚度比值必需大於2之限制而做到銅窄間距之電路。
進一步地，平板治具2的材質可為石墨。一般來說，銅漿料大多係以印刷的方式進行鋪設，而常見的印刷方式為鋼板印刷。當具流變性之銅材料15為銅粉末或銅漿料時，由於銅漿料及銅粉末皆具有流變性，因此，當具流變性之銅材料15鋪設於銅電路基層後，平板治具2與具流變性之銅材料15需一併進行燒結以維持厚銅電路所需的形狀。然而，在銅材料15燒結的過程中，銅材料容易粘接於鋼板上，因此，當平板治具2自陶瓷基板11移除時，將破壞燒結後的厚銅電路結構。當平板治具2的材質為石墨時，銅材料不易粘接於石墨板上，因此，可維持厚銅電路結構的形狀，進一步地增加製程效率。
請參考圖6及圖10。圖10係繪示根據本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板1之製作方法之步驟流程圖。本具體實施例與先前的具體實施例的不同之處是在於具有厚銅結構的陶瓷電路板1之製作方法進一步包含以下步驟：步驟S9：粗化複數個銅電路基層14之表面。於實務中，當銅電路基層14形成於陶瓷基板11後，銅漿料將塗佈於銅電路基層14的電鍍銅層13上。而為了增加銅電路基層14與燒結銅結構之間的接合能力，因此粗化銅電路基層14的表面，使得銅電路基層14的電鍍銅膜層13的表面呈現不規則形狀，以增加電度銅層13與燒結銅結構之間的接觸面積。由於電度銅層13的功能係作為燒結厚銅結構之銅電路基層，進而形成厚銅電路結構。在一具體實施例中，電鍍銅層13的厚度不大於100μm。
請參考圖11及圖12。圖11係繪示根據本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板1之製作方法之步驟流程圖，圖12係繪示根據 本發明之一具體實施例之厚銅電路結構16之結構示意圖。本具體實施例與先前的具體實施例的不同之處是在於具有厚銅結構的陶瓷電路板1之製作方法進一步包含以下步驟：步驟S10：研磨平整複數個厚銅電路結構16之表面。當銅粉或銅漿料加熱燒結後，表面會因材料收縮而造成不平整。因此，當銅粉或銅漿料加熱燒結形成厚銅電路結構16後，研磨平整厚銅電路結構16之表面，以提高銅電路厚度之均勻性，並且確保通過的電流密度更為均勻。
請參考圖13。圖13係繪示本發明之一具體實施例之具有厚銅結構的陶瓷電路板5之結構示意圖。本發明之另一範疇是在於提供一種具有厚銅結構的陶瓷電路板5包含陶瓷基板51。陶瓷基板51具有上表面511，上表面511具有複數個導電線路56，其中複數個導電線路56由三層金屬材質疊加，依序為真空鍍膜的金屬薄膜52、電鍍銅層53以及燒結厚銅層54。真空鍍膜的金屬種子層薄膜52形成於上表面511，電鍍銅層53形成於金屬種子層薄膜52之上，並且燒結厚銅層54形成於電鍍銅層53之上。其中，導電線路的總厚度不低於500μm。請注意，本具體實施例中的陶瓷基板51、金屬種子層薄膜52、電鍍銅層53及燒結厚銅層54的結構和功能與先前實施例中的陶瓷基板、金屬種子層薄膜、電鍍銅層及燒結厚銅層的結構和功能大致相同，於此不再贅述。而經由燒結所形成燒結厚銅層54的銅粉末及銅漿料的功能、材料與結構與先前具體實施例的銅粉末及銅漿料的功能、材料與結構大致相同，於此不再贅述。
綜上所述，本發明之具有厚銅結構的陶瓷電路板及其製作方法可利用電鍍的方式將銅層電鍍於陶瓷基板上，再經由燒結銅粉或銅漿料 以形成導電線路厚度超過500μm之厚銅電路結構，使得製作出承載超高電流密度之陶瓷電路板可以實現。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
1:具有厚銅結構的陶瓷電路板
11:陶瓷基板
12:金屬種子層薄膜
13:電鍍銅層
16:厚銅電路結構
T:導電線路厚度
W:最小間距

Claims (15)

  1. 一種具有厚銅結構的陶瓷電路板，包含：
    一陶瓷基板，具有一上表面，該上表面具有複數個導電線路(Electrical Circuit)，其中該複數個導電線路由三層金屬材料疊加而成，依序為：
    一真空鍍膜之金屬種子層薄膜，形成於該上表面；
    一電鍍銅層，形成於該真空鍍膜之金屬種子層薄膜之上；以及
    一燒結厚銅層(Sintered Thick Copper Layer)，形成於該電鍍銅層之上；
    其中，該複數個導電線路之厚度不低於500μm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有厚銅結構的陶瓷電路板，其中該等導電線路之間具有一最小間距(Pitch)，該最小間距與該等導電線路之厚度之比值小於2。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有厚銅結構的陶瓷電路板，其中該陶瓷基板之材質係選自於由於由氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(Si3N4)、氧化鈹(BeO)所組成之群組中之至少一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有厚銅結構的陶瓷電路板，其中該真空鍍膜之金屬種子層薄膜之厚度不大於0.2μm，並且該真空鍍膜之金屬種子層薄膜之材質係鈦金屬(Ti)及鈦鎢合金(TiW)之其中一者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有厚銅結構的陶瓷電路板，其中該電鍍銅層之厚度不大於100μm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有厚銅結構的陶瓷電路板，其中該燒結厚銅層之材質為參雜銀(Ag)之銅合金 (Cu Alloy)。
  7. 一種具有厚銅結構的陶瓷電路板之製作方法，其包含有以下步驟：
    提供一陶瓷基板；
    利用真空鍍膜方式鍍一金屬種子層薄膜(Seed Layer)於該陶瓷基板上；
    利用電鍍方式電沈積一電鍍銅層於該金屬種子層薄膜上；
    利用蝕刻方式在選擇性的區域移除該電鍍銅層，以使剩餘之區域於該陶瓷基板上形成複數個銅電路基層(Base Layer)；
    提供一平板治具與一具流變性之銅材料，並且該平板治具具有複數個穿孔；
    將該平板治具疊合於該陶瓷基板上並露出該複數個銅電路基層；
    填充該具流變性之銅材料以使該具流變性之銅材料通過該複數個穿孔而鋪設於該複數個銅電路基層上；以及
    加熱該具流變性之銅材料以使該具流變性之銅材料於該陶瓷基板之該複數個銅電路基層上燒結成具有一導電線路厚度之複數個厚銅電路結構，且該複數個厚銅電路結構之該導電線路厚度不小於500μm。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該複數個厚銅電路結構間之最小間距(Pitch)與該導電線路厚度(Thickness)之比值小於2。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，進一步包含以下步 驟：
    粗化該複數個銅電路基層之表面；以及
    研磨平整該複數個厚銅電路結構之表面。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中陶瓷基板之材質係選自於由氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(Si3N4)、氧化鈹(BeO)所組成之群組中之至少一者。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該金屬種子層薄膜之材質係鈦(Ti)及鈦鎢合金(TiW)之其中一者，並且該金屬種子層薄膜之厚度不大於0.2μm，且該電鍍銅層之厚度不大於100μm。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中於提供該平板治具與該具流變性之銅材料，並且該平板治具具有複數個穿孔之步驟中，該銅材料係為一細銅粉末(Fine Cu Powder)，且該細銅粉末之平均粒徑(D50)不大於2μm。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該細銅粉末之表面包含一銀層。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中於提供該平板治具與該具流變性之銅材料，並且該平板治具具有複數個穿孔之步驟中，該具流變性之銅材料係為一銅漿料(Cu Paste)，該銅漿料係由一細銅粉末、一聚合物及一有機溶劑均勻混合而成，且該細銅粉末之平均粒徑(D50)不大於2μm。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該細銅粉末之表面包含一銀層。
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