沉积厚铜层至烧结材料上的方法技术

本发明专利技术涉及一种电沉积厚铜层至导电烧结层上的方法。该厚铜层具有高粘附强度、低缺陷及内应力且具有高导电性及导热性。该位于该烧结层上的厚铜层适用于高功率电子应用中的印刷电路板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】沉积厚铜层至烧结材料上的方法
本专利技术涉及一种电沉积铜层至导电烧结层上的方法。专利技术背景在制造印刷电路板(PCB)中，使用陶瓷作为基底，因为其具有良好耐高温性、良好导热性、高机械稳定性及良好电绝缘性质。特别地，陶瓷就用于其中电流产生高热量的高功率电子应用而言是有利的。针对PCB使用陶瓷基底的一个问题是实现施加于陶瓷基底上的传导性金属层或金属导体线的良好粘附性。已知诸多将第一薄金属层作为粘附层施加至陶瓷表面的方法。例如，藉由真空或溅射方法(US5,242,535A)、藉由层压薄金属箔于基底表面上(AT407536B)、藉由烧结包含金属粉末的糊剂于基底表面上或藉由湿式化学无电金属镀覆(US4,888,208A)，将薄金属层施加至陶瓷基底。由烧结的包含金属粉末的糊剂制成的粘附层已显示对陶瓷基底的良好粘附性。例如，欧洲专利申请EP974565A1揭示一种氮化铝经钨粉末糊剂覆盖且同时烧结以产生其上具有粘附性钨层的氮化铝陶瓷基底的基板(greensheet)。将镍磷合金层电镀至钨层上并再次烧结。该金属层藉由在其上层压1mm厚度的铜镀层而增厚。一般而言，将另一金属层施加于粘附金属层上，以产生厚度适用作导电路径的金属层。例如，可藉由焊接厚金属镀层或藉由无电沉积或电沉积金属(US4,888,208A)于粘附金属层上来施加这些具有较高厚度的其它金属层。虽然烧结的含金属粉末的糊剂提供对陶瓷基底的良好粘附性的优点，但所得烧结金属层亦具有缺点。一方面，难以实现均匀合金化，特别是在图案结构中情况如此。另一方面，难以于整个基底面上施加均匀厚度。另外，糊剂包含其它成分，例如有机化合物、溶剂、助焊剂、粘结材料等。在烧结过程中，这些其它成分会产生空隙及气泡，及在烧结金属层的表面上产生烧结块、其它杂质及氧化物。因此，在现有技术中，通常首先藉由湿式化学无电沉积法利用薄金属层覆盖烧结金属层，其弥补烧结金属层表面上的杂质及氧化物的不利影响。烧结块(clinker)、其它杂质及氧化物会减损其它金属层的粘附性并造成藉由湿式化学沉积法施加的其它金属层的缺陷。观察到诸如突粒及晶须的缺陷，其减损导电性及导热性。出现的其它缺陷(例如浮裂)则导致电沉积铜层与烧结层无粘附性或弱粘附性。特别地，在高功率电子应用中，PCB曝露至高热应力且因此金属层对基底的良好粘附性是重要因素。另外，高功率电子应用要求金属层及金属电路路径具有高横截面尺寸，以提供良好导电性及导热性。已知湿式化学电沉积法用于此目的，但具有典型加工参数(processparameter)的电沉积具有较不经济的长加工持续时间。长加工时间的缺点可藉由施加较高电流密度来解决。然而，高电流密度增加内建场(builtin)的风险，内建场会降低传导层的纯度及传导性。电沉积的其它优点是可以利用不同厚度金属层覆盖基底的整个表面作为连续层或仅覆盖基底表面的一个部分或多个部分；及覆盖正面及背面。除长加工时间的不利效果以外，初始发生的小镀覆缺陷会随着金属层厚度的增长而增加。此藉由增加金属层的粗糙度并随后转化成突粒、晶须及枝晶而变得明显。在厚度小于10μm的金属层中可忽略的初始小缺陷在金属沉积期间同时生长且在厚度大于10μm的金属层中变得特别明显及不可接受。专利技术目的因此，本专利技术的目的是提供一种直接电沉积金属层于导电烧结层上的方法，该金属层具有对该烧结层的良好粘附性、低数量的镀覆缺陷及良好的导电性及导热性。
技术实现思路
通过一种电沉积至少一个铜层至导电烧结层上的方法来实现所述目的，该方法包括以下步骤：(i)提供至少一个导电烧结层，(i.a)预处理该至少一个导电烧结层，(ii)使该烧结层与电解镀铜溶液接触并在该烧结层与至少一个阳极之间施加电流，及(iii)由此沉积铜层至该烧结层上，其中该烧结层的预处理包括步骤(i.aa)：(i.aa)使该至少一个导电烧结层与包含硫酸溶液及氧化剂的微蚀刻剂接触。本专利技术方法提供无缺陷或低缺陷(亦即，具有极少缺陷)的铜层，从而导致高耐热性、良好导电性及导热性及对该导电烧结层的良好粘附性。本专利技术方法在步骤(i)与(ii)之间另外包括其中使该至少一个导电烧结层与微蚀刻剂接触的步骤(i.aa)。此方法步骤进一步减少表面缺陷数量及增加沉积铜层的粘附强度。该电解镀铜溶液可为包含铜离子、氯离子、硫酸及低浓度整平剂及高浓度载剂(carrier)的酸性溶液。此电解镀铜溶液导致高厚度下仍具有低应力的高纯度铜层的沉积。本专利技术方法的步骤(ii)可包括使用脉冲镀覆方法来沉积铜。脉冲镀覆进一步减少表面缺陷的数量。附图说明图1：具有藉由本专利技术方法电沉积铜层的烧结金属层的陶瓷基底(图1A)及具有藉由现有技术方法电沉积铜层的烧结金属层的陶瓷基底(图1B)。图2：用于经抗蚀剂至少部分覆盖的烧结层的本专利技术方法步骤的流程图。图3：用于不含抗蚀剂的烧结层的本专利技术方法步骤的流程图。具体实施方式本专利技术方法是一种电沉积至少一个铜层至导电烧结层上的方法，该方法包括以下步骤：(i)提供至少一个导电烧结层，(i.a)预处理该至少一个导电烧结层，(ii)使该烧结层与电解镀铜溶液接触并在该烧结层与至少一个阳极之间施加电流，及(iii)由此沉积铜层至该烧结层上，其中该烧结层的预处理包括步骤(i.aa)：(i.aa)使该至少一个导电烧结层与包含硫酸溶液及氧化剂的微蚀刻剂接触。本专利技术方法提供无缺陷或低缺陷(亦即，具有极少缺陷)的铜层，从而导致高耐热性、良好导电性及导热性及对该导电烧结层的良好粘附性。该导电烧结层在文中简称为该烧结层。在本专利技术方法的一个实施方式中，在基底上提供该至少一个导电烧结层。该烧结层位于该基底的外表面上。该基底由具有良好耐热性及高导热性的材料制成。该基底的材料对烧结过程耐热(例如)高达1200℃的温度。因此，该基底亦耐受焊接过程中施加的高达900℃的温度、耐受退火过程中施加的高达500℃的温度或耐受其中电子表面安装装置稳定的高达200℃的温度。耐热意指该基底在上述温度范围内具有尺寸稳定性。该基底由选自陶瓷、玻璃、搪瓷及石英的材料制成。陶瓷选自电绝缘材料。陶瓷选自氧化铝、氮化铝、氮化硅、烧结莫来石、氧化镁、氧化钇、氧化钛铝、氮氧化铝硅、氮化硼、碳化硅、氮氧化硅、氧化铍、钛酸钡、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、铁氧体及这些化合物的混合物。在本专利技术方法的一个实施方式中，该至少一个导电烧结层包含选自铜、钛、银、铝、钨、硅、镍、锡、钯、铂及其混合物的金属。该烧结层不包含可扩散至金属铜中的金属。否则，在后续沉积铜层期间，将发生高数量的缺陷。该烧结层的金属可以以糊剂形式施加至该基底的表面。该金属以粉末形式含于糊剂中。该糊剂可另外包含有机化合物、溶剂、助焊剂、粘结材料等。可藉由丝网印刷法将该糊剂施加至该基底。可将该糊剂施加至该基底以覆盖基底的整个表面作为连续层。或者，该糊剂可经施加以仅覆盖该基底表面的一个部分或多个部分。在后者的情况下，该糊剂可已经形成电路图案以使用具有烧结糊剂的基底制造PCB。在施加糊剂至基底上之后，使该糊剂在600℃-1200℃，优选700℃-1200℃，更优选800℃-1100℃的温度下烧结。该烧结方法以三个阶段进行，在该方法期间，该糊剂的孔隙率及体积显著降低。在第一阶段期间，该糊剂仅仅密化，而在第二阶段中，该糊剂的开孔孔隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电沉积至少一个铜层至导电烧结层上的方法，所述方法包括以下步骤：(i)提供至少一个导电烧结层，(i.a)预处理所述至少一个导电烧结层，(ii)使所述烧结层与电解镀铜溶液接触并在所述烧结层与至少一个阳极之间施加电流，及(iii)由此沉积铜层至所述烧结层上，其中所述烧结层的预处理包括步骤(i.aa)：(i.aa)使所述至少一个导电烧结层与包含硫酸溶液及氧化剂的微蚀刻剂接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.13 EP 13075031.81.一种电沉积至少一个铜层至导电烧结层上的方法，所述方法包括以下步骤：(i)提供至少一个导电烧结层，(i.a)预处理所述至少一个导电烧结层，(ii)使所述烧结层与电解镀铜溶液接触并在所述烧结层与至少一个阳极之间施加电流，及(iii)由此沉积铜层至所述烧结层上，其中所述烧结层的预处理包括步骤(i.aa)：(i.aa)使所述至少一个导电烧结层与包含硫酸溶液及至少一种作为氧化剂的过氧化合物的微蚀刻剂接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中根据步骤(i.aa)的微蚀刻剂还包含至少一种卤离子源。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个导电烧结层包含选自铜、钛、银、铝、钨、硅、镍、锡、钯、铂及其混合物的金属。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在基底上提供所述至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·格勒登，赫尔科·根特，妮娜·丹布罗夫斯基，安东尼·麦考奈里，罗伯特·吕特尔，
申请(专利权)人：埃托特克德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE