一种高精度陶瓷电路板的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度陶瓷电路板的制作方法，包括将激光照射在覆盖了钯离子固态薄膜的陶瓷基板表面，控制激光能量密度达到基板改性阈值以上，使陶瓷基板表面形成V型微槽结构，该微槽内钯离子被还原成原子态并在高温下与氧原子结合形成化学稳定性极高的氧化钯，并与基板形成牢固的冶金结合，而激光热影响区内基板表面结构未发生改变，钯离子仅被还原成金属钯。通过化学清洗步骤，选择性清除热影响区内的金属钯，留下微槽结构内的氧化钯作为催化化学镀反应的活性中心。然后实施化学镀，可以得到高精度导电线路。该技术能够在陶瓷基板的表面快速制备导电线路，对基板材料无特殊要求，所得导电线路精度高，导电性好，结合力强。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括将激光照射在覆盖了钯离子固态薄膜的陶瓷基板表面，控制激光能量密度达到基板改性阈值以上，使陶瓷基板表面形成V型微槽结构，该微槽内钯离子被还原成原子态并在高温下与氧原子结合形成化学稳定性极高的氧化钯，并与基板形成牢固的冶金结合，而激光热影响区内基板表面结构未发生改变，钯离子仅被还原成金属钯。通过化学清洗步骤，选择性清除热影响区内的金属钯，留下微槽结构内的氧化钯作为催化化学镀反应的活性中心。然后实施化学镀，可以得到高精度导电线路。该技术能够在陶瓷基板的表面快速制备导电线路，对基板材料无特殊要求，所得导电线路精度高，导电性好，结合力强。【专利说明】
本专利技术属于导电线路板制作领域，以及激光表面处理领域，涉及一种在陶瓷材料 表面制作高精度导电线路的方法。具体地说，是把激光表面改性技术、化学清洗技术和化学 镀技术用于陶瓷材料表面导电线路的制作。
技术介绍
随着计算机及互联网、移动通信、平板显示、太阳能光伏产业和节能照明产业等电 子信息产业的迅速普及，电子电器产品持续向微型化、柔性化、高集成度等方向发展，与之 密切相关的电子封装技术进入了超高速发展时期。电路板（Printed Circuit Board,即 PCB)几乎是每个电子产品必备的核心组件，封装技术所涉及的各个方面，几乎都在电路板 上进行或与之相关。自20世纪90年代中期1C产业迈入高密度封装以后，作为电子封装技 术中重要的一环，PCB制造技术逐渐成为阻碍封装性能和密度提高的屏障。因此，迫切需要 新型的PCB制造技术来推动电子制造业高速发展。 到目前为止，有机材料尤其是环氧树脂类材料以低廉的成本和成熟的工艺仍在 PCB产量中占据绝大部分，而常规的有机印制电路板受到热耗散和热膨胀系数匹配性两方 面的限制，已不能满足半导体电路集成度不断提高的要求。陶瓷类材料具有良好的高频性 能和电学性能，且具有热导率高、化学稳定性和热稳定性优良等有机基板不具备的性能，是 新一代大规模集成电路以及功率电子模块的理想封装材料，因此陶瓷电路板得到了广泛的 关注和迅速发展。 目前国内外工业化陶瓷电路板制造技术是主要包括丝网印刷技术、直接镀铜 (DPC)技术和直接敷铜（DBC)技术三种。丝网印刷技术广泛应用于高温共烧陶瓷（HTCC)技 术和低温共烧陶瓷（LTCC)技术中，但使用该技术制作的厚膜电路的最大线宽分辨率约为 60 μ m。此外，该技术所用金属浆料需要高温烧结才能和陶瓷基板形成良好的结合，浆料中 的粘结相难以完全去除，会影响导线的电学性能。这样，对于更高精度、更高密度封装而言， 这项厚膜技术难以满足要求。直接敷铜（DBC)是指铜箔在高温下直接键合到陶瓷基板表面 的技术方法，该技术是基于氧化铝陶瓷发展起来的陶瓷表面金属化技术，后来又用于氮化 铝陶瓷。目前的直接敷铜（DBC)工艺难以制作铜层厚度在60μπι以下的基板。此外，铜箔 与陶瓷之间贴合时难以彻底避免二者之间残留的空隙，这将会影响最终导电线路的性能。 后续的光刻、腐蚀工艺还会浪费大量的金属铜，这些缺点都使该技术的应用受到限制。近年 来，基于薄膜工艺开发的直接镀铜（DPC)技术部分的解决了上述问题，该方法首先在基板 上溅射Ti或Cr作为中间层，然后溅射Cu层，再通过电镀加厚和光刻工艺处理而成。该方 法可以实现高精度的导线制作，并在微电子封装特别是高功率、小尺寸陶瓷封装基板中得 到应用，但缺点是需要昂贵的溅射镀膜设备和光刻设备，工艺复杂，生产效率较低。并且以 上技术都只能在平面基板上实现，其工艺局限性使它们无法在三维复杂曲面基板上实现精 密布线，这都限制了陶瓷PCB在电子封装领域的发展与应用。 电子产品向高性能、柔性化、极端尺寸（超大或者超小）、低价格方向发展是永恒 的趋势，因此如何实现电子产品的高精度、高效率、大批量、低成本、无污染制造成为研究者 追求的目标。上述要求对PCB制造工艺提出了新的技术挑战：第一，要求所制备的导电线路 图形在满足电气性能的前提下分辨率更高；第二，能够实现三维尺寸加工，适应产品设计和 使用需求；第三，能够实现高效率、大批量、低成本、低污染制造。 自从第一台激光器于1960年研制成功后，激光加工技术以其高精度、高能量、高 效率等特点便迅速发展并广泛应用于各个学科领域。结合电子制造业的需求，激光直写技 术应运而生并成为下一代PCB制造领域最具竞争力的技术之一。它采用激光束辅助完成导 电线路的制造，是一种非接触、无压力、无掩膜的材料直接图形化的加成法制造技术。相比 传统蚀刻法，该方法无需复杂的图形转换工序，具有高精度、柔性化程度高、低污染等优点。 此类技术吸引了欧美、日韩、我国台湾、香港以及内地大量科研工作者的研究兴趣，正在掀 起一场PCB制造技术的革命。 专利文献CN102271456B公开了一种导热陶瓷基印刷电路板及其制备方法。该发 明的导热陶瓷基印刷电路板包括有一个陶瓷基板，在陶瓷基板表面上有激光扫描的印刷电 路图型和一个被激光融化形成的颗粒状金属球和银粉共同烧结形成的导电层，在导电层上 有防焊油墨和丝印文字。该方法通过利用激光束使金属粉融化成球，镶嵌在陶瓷基板表面 形成牢固的冶金结合，后续涂覆的导电银浆起到连接导电的作用，导电层和陶瓷基板中间 没有任何导热率低的材料加入，保证了该专利技术的陶瓷电路板具有良好的散热效果。但该方 法中使用的金属颗粒尺寸（0.5-5 μ m)较大，并且后续使用丝网印刷的方式沉积导电银浆， 这些技术特点使其难以获得精细导电线路，并且导电银浆中的粘结相会使最终导电线路的 电学性能降低，难以应用于高功率器件。 专利文献CN102762037A公开了一种陶瓷电路板的制造方法，该方法首先在陶瓷 板表面以化学镀、蒸发或溅射的方式整板沉积铜层，并将其完全氧化，形成氧化铜层作为激 光活化的前驱体。再使用激光束按预先设计的电路图形烧蚀氧化铜层，使其大部分被气化， 剩余少数可催化化学镀的活性中心留在陶瓷表面，完成陶瓷表面的活化。通过化学镀技术 使激光烧蚀区域选择性的沉积铜层，再使用稀硫酸或盐酸去除未烧蚀的氧化铜层，形成最 终导电线路。相比印刷导电浆料，化学镀技术所沉积的金属层具备更优良的电学性能。但 由于激光热影响区的存在，该方法使用的激光光斑最小为10 μ m，而制作的导电线路的宽度 为只能达到20μπι。另外，此方法需要浪费大量未使用的金属铜，这限制了其应用范围。 专利文献CN103188877A公开了一种陶瓷线路板快速高柔性制作的方法，包括使 用激光照射含有活性离子的陶瓷基板表面，使陶瓷基板表面发生化学反应析出活性物质作 为化学镀的催化源，再通过化学镀形成金属层。该方法类似于德国LPKF公司开发的激光直 接成型法（Laser Direct Structuring, LDS)，LDS技术普遍的应用于塑料基板，其基本原 理是在基板成型过程中将活性物质与基板材料混合，利用激光束的照射在成型后的基板表 面，被照射区域的活性物质分解并具有催化性，再结合化学镀技术沉积金属。这类技术的缺 点是必须采用具有LDS性能的材料，从最初的基板成型到最终形成电路板的周期较长，开 模费用昂贵，难以用于小批量生产。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷电线路的制作方法，该方法包括下述步骤：第1步 采用激光束照射覆盖有钯离子固态薄膜的陶瓷基板，使得陶瓷基板表面的激光辐照区域形成微槽结构；该微槽结构内的钯离子被还原成原子态，在高温下与氧原子结合形成氧化钯颗粒，并与陶瓷材料混合、熔化、凝固，形成牢固的冶金结合；而热影响区内的钯离子仅被还原成金属钯颗粒；第2步 利用王水溶液进行化学清洗，选择性的清除了热影响区内的金属钯颗粒，留下所述微槽结构内的氧化钯颗粒作为催化化学镀反应的活性中心；第3步 实施化学镀，使得导电金属颗粒仅沉积于微槽结构内，得到导线宽度更窄的陶瓷电路板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕铭，曾晓雁，刘建国，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42