陶瓷基板制造技术

本实用新型专利技术涉及一种陶瓷基板。该陶瓷基板(10)包括：陶瓷基材(20)；导电籽晶层(30)，所述导电籽晶层(30)包括位于所述陶瓷基材(20)的表面(22)下方的离子注入层(32)、以及附着于所述离子注入层(32)上的等离子体沉积层(34)；以及金属加厚层(40)，所述金属加厚层(40)形成于所述导电籽晶层(30)上方。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种陶瓷基板，尤其是以陶瓷板作为基材且在该基材的单面或双面上覆有导体层的基板。
技术介绍
陶瓷基板具有高耐热、高电绝缘性、高机械强度、低介电常数、低介质损耗、以及与硅芯片相近的热膨胀系数等特点，是当今电子领域功率模块封装、连接芯片与散热衬底的关键材料，广泛地应用于各类电气设备及电子产品例如高频基板、导热基板的制作等。其中，表面覆有铜层的陶瓷基覆铜板是最常用的一种陶瓷基板。目前，陶瓷基覆铜板的制造方法主要包括直接键合铜技术(DBC)和直接镀铜技术(DPC)这两种。直接键合铜技术(DBC)是在Al2O3或AlN陶瓷基材的单面或双面覆上Cu板之后，再经由高温1065-1085℃的环境加热，使Cu板的表面因高温氧化、扩散而与Al2O3基板产生Cu-Cu2O共晶相，从而使铜板与陶瓷基材粘合而形成陶瓷基覆铜板。直接键合铜技术对工艺温度的控制要求十分严苛，必须在极其稳定的1065-1085℃温度范围下才能使铜层表面熔解为共晶相而实现与陶瓷基材的紧密结合，其制造成本高且不易解决Al2O3与Cu板之间存在的微气孔或孔洞等问题，使得产品的产能和成品率受到很大影响。受到现有工艺水平的限制，Cu板的厚度下限约为150-300um，使得金属线路的解析度上限亦仅为约150-300um(以深宽比1:1为标准)。若要制作细线路，则必须采用特殊的处理方式将铜板的厚度减薄，但这又会造成表面平整度不佳和成本增加等问题，使得所得的陶瓷基覆铜板不适于要求高线路精准度和高平整度的共晶/覆晶工艺。直接镀铜技术(DPC)是将真空镀膜与电镀技术结合在一起的覆铜板制造技术，即，先利用真空镀膜技术在Al2O3或AlN陶瓷基材上沉积一层铜膜，再通过电镀技术进行铜膜的增厚。DPC的工艺温度一般低于400℃，避免了高温对材料造成的破坏或尺寸变异现象。所得的陶瓷基覆铜板具有高散热、高可靠度、高精准度及制造成本低等优点，而且金属线路解析度的上限约为10-50um(以深宽比1:1为标准，甚至可更细)且表面平整度高，因而非常适合于要求高线路精准度和高平整度的覆晶/共晶工艺。在现有技术中，一般采用溅镀法来制备DPC陶瓷基覆铜板。即，首先通过磁控溅射，在陶瓷基材的表面上溅射一层金属作为打底层(亦可称为导电籽晶层)，之后在该打底层上进行电镀以加厚铜层，从而制得成品的陶瓷基覆铜板。图1中示出了通过溅镀法制得的陶瓷基覆铜板的剖面示意图，其中，陶瓷基覆铜板10包括陶瓷基材20、位于陶瓷基材的表面22上方的导电籽晶层30、以及位于该导电籽晶层30上方的Cu镀层42。但是，在溅镀法中，溅射出来的金属原子的能量通常仅为大约1-10eV，因而金属原子与陶瓷基材表面的结合并不牢固，导致所得铜层的剥离强度较低。而且，通过溅镀法得到的铜层存在着针孔等问题，影响了它的推广应用。
技术实现思路
本技术是鉴于上述问题而作出的，其目的在于，提供导体层厚度极薄且在导体层与陶瓷基材之间具有较高结合力的陶瓷基板。根据本技术的一方面，提出了一种陶瓷基板，其包括：陶瓷基材；导电籽晶层，该导电籽晶层包括位于陶瓷基材的表面下方的离子注入层、以及附着于离子注入层上的等离子体沉积层；以及金属加厚层，该金属加厚层形成于导电籽晶层的上方。优选地，陶瓷基材具有0.1-10mm的厚度，并且包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、二氧化钛陶瓷、氧化锆陶瓷、钛酸钙陶瓷、钛酸钡陶瓷、钛酸锶、钛酸铅、莫来石陶瓷、滑石瓷和玻璃陶瓷以及它们的改性陶瓷中的一种或多种。优选地，离子注入层为注入的金属粒子与陶瓷基材形成的掺杂结构，其外表面与陶瓷基材的表面平齐，而内表面位于陶瓷基材的表面下方1-100nm深度处。优选地，注入的金属粒子包括Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种或多种。优选地，等离子体沉积层的成分包括Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种或多种。优选地，等离子体沉积层包括与离子注入层相连的金属沉积层和位于金属沉积层的上方的Cu沉积层。优选地，金属沉积层是厚度为0-500nm的Ni层，Cu沉积层的厚度为0-500nm。优选地，等离子体沉积层包括与离子注入层相连且厚度为0-500nm的金属氧化物沉积层、位于金属氧化物沉积层的上方且厚度为0-500nm的金属沉积层、以及位于金属沉积层的上方且厚度为0-500nm的Cu沉积层。优选地，金属氧化物沉积层是NiO层，金属沉积层是Ni或Ni-Cu合金层。优选地，金属加厚层是通过电镀形成于导电籽晶层的上方的Cu层，其具有0.5-25μm的厚度。在一个示例中，陶瓷基材是氧化铝陶瓷；离子注入层为位于陶瓷基材的表面下方0-100nm深度的由Ni与氧化铝陶瓷基材形成的掺杂层；等离子体沉积层包括位于离子注入层上方的第一沉积层和位于第一沉积层上方的第二沉积层，其中，第一沉积层是厚度为50nm的Ni层，第二沉积层是厚度为50nm的Cu层；并且，金属加厚层是厚度为2μm的Cu层。在另一示例中，陶瓷基材是氮化铝陶瓷；离子注入层为位于陶瓷基材的表面下方0-80nm深度的由Ni、Cu与氮化铝陶瓷基材形成的掺杂层；等离子体沉积层包括位于离子注入层上方的第一沉积层和位于第一沉积层上方的第二沉积层，其中，第一沉积层是厚度为30nm的Ni-Cu合金层，第二沉积层是厚度为100nm的Cu层；并且，金属加厚层是厚度为5μm的Cu层。在另一示例中，陶瓷基材是碳化硅陶瓷；离子注入层为位于基材的表面下方0-40nm深度的由Ni与碳化硅陶瓷基材形成的掺杂层；等离子体沉积层包括位于离子注入层上方的第一沉积层、位于第一沉积层上方的第二沉积层、以及位于第二沉积层上方的第三沉积层，其中，第一沉积层是厚度为15nm的NiO层，第二沉积层是厚度为30nm的Ni层，第三沉积层是厚度为400nm的Cu层；并且，金属加厚层是厚度为1μm的Cu层。在另一示例中，陶瓷基材是氧化铍陶瓷；离子注入层包括位于陶瓷基材的表面下方20-60nm深度的由Ni与氧化铍陶瓷基材形成的掺杂层、以及位于陶瓷基材的表面下方0-20nm深度的由Cu与氧化铍陶瓷基材形成的掺杂层；等离子体沉积层包括位于离子注入层上方的第一沉积层、位于第一沉积层上方的第二沉积层、以及位于第二沉积层上方的第三沉积层，其中，第一沉积层是厚度为10nm的NiO层，第二沉积层是厚度为30nm的Ni-Cu合金层，第三沉积层是厚度为150nm的Cu层；并且，金属加厚层是厚度为8μm的Cu层。在另一示例中，陶瓷基材是钛酸钡陶瓷；离子注入层为位于陶瓷基材的表面下方0-5nm深度的由Cr与钛酸钡陶瓷基材形成的掺杂层；等离子体沉积层包括位于离子注入层上方的第一沉积层和位于第一沉积层上方的第二沉积层，其中，第一沉积层是厚度为25nm的Ni层，第二沉积层是厚度为300nm的Cu层；并且，金属加厚层是厚度为6μm的Cu层。在另一示例中，陶瓷基材是氮化硼陶瓷；离子注入层为位于陶瓷基材的表面下方0-20nm深度的由Ni、Cr与氮化硼陶瓷基材形成的掺杂层；等离子体沉积层包括位于离子注入层上方的第一沉积层和位于第一沉积层上方的第二沉积层，其中，第一沉积层是厚度为10nm的Ni层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷基板，包括：陶瓷基材；导电籽晶层，所述导电籽晶层包括位于所述陶瓷基材的表面下方的离子注入层、以及附着于所述离子注入层上的等离子体沉积层；以及金属加厚层，所述金属加厚层形成于所述导电籽晶层的上方。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基板，包括：陶瓷基材；导电籽晶层，所述导电籽晶层包括位于所述陶瓷基材的表面下方的离子注入层、以及附着于所述离子注入层上的等离子体沉积层；以及金属加厚层，所述金属加厚层形成于所述导电籽晶层的上方。2.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷基材具有0.1-10mm的厚度，并且包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、二氧化钛陶瓷、氧化锆陶瓷、钛酸钙陶瓷、钛酸钡陶瓷、钛酸锶、钛酸铅、莫来石陶瓷、滑石瓷和玻璃陶瓷以及它们的改性陶瓷中的一种。3.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述离子注入层为注入的金属粒子与所述陶瓷基材形成的掺杂结构，其外表面与所述陶瓷基材的表面平齐，而内表面位于所述陶瓷基材的表面下方1-100nm深度处。4.根据权利要求3所述的陶瓷基板，其特征在于，所述注入的金属粒子包括Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种。5.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述等离子体沉积层的成分包括Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种。6.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述等离子体沉积层包括与所述离子注入层相连的金属沉积层和位于所述金属沉积层的上方的Cu沉积层。7.根据权利要求6所述的陶瓷基板，其特征在于，所述金属沉积层是厚度为0-500nm的Ni层，所述Cu沉积层的厚度为0-500nm。8.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述等离子体沉积层包括与所述离子注入层相连且厚度为0-500nm的金属氧化物沉积层、位于所述金属氧化物沉积层的上方且厚度为0-500nm的金属沉积层、以及位于所述金属沉积层的上方且厚度为0-500nm的Cu沉积层。9.根据权利要求8所述的陶瓷基板，其特征在于，所述金属氧化物沉积层是NiO层，所述金属沉积层是Ni或Ni-Cu合金层。10.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述金属加厚层是通过电镀形成于所述导电籽晶层的上方的Cu层，其具有0.5-25μm的厚度。11.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于：所述陶瓷基材是氧化铝陶瓷；所述离子注入层为位于所述陶瓷基材的表面下方0-100nm深度的由Ni与氧化铝陶瓷基材形成的掺杂层；所述等离子体沉积层包括位于所述离子注入层上方的第一沉积层和位于所述第一沉积层上方的第二沉积层，其中，所述第一沉积层是厚度为50nm的Ni层，所述第二沉积层是厚度为50nm的Cu层；并且所述金属加厚层是厚度为2μm的Cu层。12.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于：所述陶瓷基材是氮化铝陶瓷；所述离子注入层为位于所述陶瓷基材的表面下方0-80nm深度的由Ni、Cu与氮化铝陶瓷基材形成的掺杂层；所述等离子体沉积层包括位于所述离子注入层上方的第一沉积层和位...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋红林，程文则，卓玉玲，王志建，
申请(专利权)人：武汉光谷创元电子有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42