一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法，包括以下步骤：（1）点蚀溶液的配制；（2）除垢处理；（3）脱脂处理；（4）氮化铝陶瓷基板表面点蚀处理：将氮化铝陶瓷基板浸入于点蚀溶液中，并辅以超声工艺；（5）活化处理：将氮化铝陶瓷基板表面涂上活化剂，所述活化剂由硫酸铜、过硫酸钠、硼酸和柠檬酸钾混合而成；（6）热处理；（7）镀镍；（8）真空扩焊。本发明专利技术解决现有铜箔与氮化铝陶瓷基板结合力不足、孔洞率高、剥离强度低等问题，通过减少两者之间的孔洞率，提高两者的结合力，增强覆铜氮化铝陶瓷基板的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法
本专利技术涉及陶瓷基板金属化
，尤其涉及一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法。
技术介绍
随着新一代信息技术的发展，伴随着是集成化程度的提高和体积的减少，使得单位散热面积上的功耗增加，因而散热成为模块制造中的一个关键问题，而覆铜氮化铝陶瓷基板除了具有铜箔的高导电特性外，还具有氮化铝陶瓷的高导热特性，可满足上述散热要求。具体，覆铜氮化铝陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氮化铝陶瓷基片表面上的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，具有很大的载流能力，是集成电路领域广泛使用的一种基板。目前，陶瓷基覆铜板的制造方法主要有两种：（1）直接键合铜技术（DBC）；（2）直接镀铜技术（DPC)。DBC是将Al2O3或AlN陶瓷基板的单面或双面覆上Cu板后，经由高温1065-1085℃的环境加热，使Cu板表面因高温氧化、扩焊与Al2O3基板产生Cu-Cu2O共晶相，使铜板与陶瓷基板黏合，形成陶瓷基覆铜板。DBC对工艺温度的控制要求十分严苛，必须于温度极度稳定的1065-1085℃温度范围下，才能使铜层表面熔解为共晶相，实现与陶瓷基板的紧密结合，其制造成本高且不易解决Al2O3与Cu板间存在的微气孔或孔洞等问题，影响产品的强度，进而使得产品的性能受到极大影响，同时，反应温度较高，致使设备和工艺条件较难控制，从而使得制得的产品的性能受到影响。比如中国专利申请200710195406.X（申请号：2007年11月27日）公开了一种陶瓷覆铜基板的制造方法，该方法包括在氧化气氛下将氮化铝陶瓷进行加热，之后在惰性气体气氛下将氮化铝陶瓷结合界面与铜箔的结合界面结合并进行共晶钎焊，其中，该方法还包括在氧化气氛下将氮化铝陶瓷进行加热后，在氮化铝陶瓷的结合界面和/或铜箔的结合界面上涂覆氧化亚铜。该方法加热温度为1150-1300℃，加热温度较大，不易控制，且过高的加热温度会造成Al2O3与Cu板间产生的微气孔或孔洞，同时，该方法通过涂覆的方式，会造成Cu2O颗粒在铜箔表面分布不够均匀，排列也不够致密，造成敷接的分散性和重复性差；其次，涂覆厚度很难控制，涂覆的Cu2O层过厚或过薄，都会降低敷接强度；另外，涂覆的Cu2O会造成环境的污染。而DPC是一种把真空镀膜与电镀技术结合在一起的覆铜板制造技术，其原理是先利用真空镀膜技术在Al2O3或AlN陶瓷基板上沉积一层铜膜，再用电镀技术进行铜膜的增厚。DPC的工艺温度一般低于400℃，避免了高温对于材料所造成的破坏或尺寸变异的现象。DPC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。DPC陶瓷基覆铜板的金属线路解析度上限约在10-50um之间（以深宽比1:1为标准），甚至可以更细，且表面平整度高，因此非常适合于要求高线路精准度与高平整度的覆晶/共晶工艺使用。但是使用电镀技术一方面会造成环境的污染，另一方面通过电镀镀上的铜膜与陶瓷基板的结合力不是很强，且电镀过程中会产生微气孔或孔洞。基于此，有必要提供一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法，以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法，以解决现有铜箔与氮化铝陶瓷基板结合力不足、孔洞率高、剥离强度低等问题，通过减少两者之间的孔洞率，提高两者的结合力，增强覆铜氮化铝陶瓷基板的强度。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法，包括以下步骤：（1）点蚀溶液的配制：点蚀溶液由硫酸钠、硫酸、缓释剂和添加剂混合而成，其中缓释剂由乙二醇、甘油的任一种或二者混合，添加剂为草酸、EDTA的任一种或二者混合，将选取的试剂按比例溶于去离子水中，并在50℃条件下搅拌，搅拌速度为500-600rpm，搅拌40-60min后过滤制得点蚀溶液；（2）除垢处理：将氮化铝陶瓷基板浸入除油溶液中，用超声清洗工艺清洗，去除氮化铝陶瓷基板表面的污垢，在硫酸钠作用下，并用去离子水冲净其表面；（3）脱脂处理：将氮化铝陶瓷基板浸入到脱脂溶液中，用超声清洗工序清洗，脱脂5-10min后取出，用去离子水冲洗4-6次；（4）氮化铝陶瓷基板表面点蚀处理：将氮化铝陶瓷基板浸入于点蚀溶液中，并辅以超声工艺，在硫酸钠作用下，在氮化铝陶瓷基板表面形成凹点，取出用去离子水冲净，冷风吹干；（5）活化处理：将氮化铝陶瓷基板表面涂上活化剂，所述活化剂由硫酸铜、过硫酸钠、硼酸和柠檬酸钾混合而成，并将涂有活化剂的氮化铝陶瓷基板置于活化炉内进行活化处理；（6）热处理：再将点蚀后的氮化铝陶瓷基板置于真空加热炉内，先将温度升至180-220℃后保温2-3h，然后升至250-300℃后保温1.5-2h；（7）镀镍：将热处理后的氮化铝陶瓷基板置于一真空腔室内，并将N2通过该腔室内，启动溅镀镍靶材，形成离子束溅击，溅击出的镍原子挥发形成等离子体状态而被吸附沉积于陶瓷基板的活性结合面上，形成镀镍氮化铝陶瓷基板；（8）真空扩焊：将镀镍氮化铝陶瓷基板板与清洗后的铜箔待焊接部位以相对形式贴合，然后置于真空扩焊炉中，关闭真空室，打开抽真空系统，开启加热系统，将真空扩焊炉温度升温至650-750℃，在保温开始前，对贴合后的材料施加4-6MPa的压力，然后在温度为650-750℃下及压力为4-6MPa的条件下，保温25-35min，保温后卸载压力，随炉温冷却至室温，干燥，得到覆铜氮化铝陶瓷基板。优选的，所述步骤（1）中，每1L点蚀溶液中包含硫酸钠150-200g、硫酸30-50ml、缓释剂20-30g、添加剂5-10g，其余为水。优选的，所述步骤（2）中的除油溶液为酸性除醋液，溶度为120-160g/L，超声功率为130-160W，超声处理时间为25-35min。优选的，所述步骤（3）中，每1L脱脂剂包含酸性脱脂剂80-120ml、硫酸150-250ml，其余为水。优选的，所述步骤（3）中的超声波频率为50-70KHz，处理时间为30-50min。优选的，所述步骤（5）中的活化剂由硫酸铜、过硫酸钠、硼酸和柠檬酸钾按质量比5:3:2:1混合而成。优选的，所述步骤（5）活化处理的具体步骤为：（1）预活化：将将涂有活化剂的氮化铝陶瓷基板置于活化炉中，在高纯N2气氛中，以10℃/min的升温速率升温至150℃，保温温1.5h，得到预活化氮化铝陶瓷基板；（2）中低温活化：将步骤（1）的预活化氮化铝陶瓷基板继续升温，以15℃/min升温至250℃，保温1.0h，得到中低温活化氮化铝陶瓷基板；（3）高温活化：将步骤（2）氮化铝陶瓷基板继续升温，以20℃/min升温至380℃，保温温0.5h，即得表面活化的氮化铝陶瓷基板。优选的，所述步骤（7）中的能量束为采用气体离子源对陶瓷基板表面进行活性处理，且离子束辐射的离子束能量10-2-10-4eV。优选的，所述步骤（7）中启动溅镀镍靶材时，需将陶瓷基板负偏压在-380～-450Volt，并控制靶材的电流密度在0.3-0.5W/cm2，进行离子冲击并植入靶材的时间5-7min。优选的，所述步骤（7）中的真空度不低于4.0×10-3Pa。本专利技术与现有技术相比，具有如下的有益效果：1、本专利技术解决现有铜箔与氮化铝陶瓷基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）点蚀溶液的配制：点蚀溶液由硫酸钠、硫酸、缓释剂和添加剂混合而成，其中缓释剂由乙二醇、甘油的任一种或二者混合，添加剂为草酸、EDTA的任一种或二者混合，将选取的试剂按比例溶于去离子水中，并在50℃条件下搅拌，搅拌速度为500‑600rpm，搅拌40‑60min后过滤制得点蚀溶液；（2）除垢处理：将氮化铝陶瓷基板浸入除油溶液中，用超声清洗工艺清洗，去除氮化铝陶瓷基板表面的污垢，在硫酸钠作用下，并用去离子水冲净其表面；（3）脱脂处理：将氮化铝陶瓷基板浸入到脱脂溶液中，用超声清洗工序清洗，脱脂5‑10min后取出，用去离子水冲洗4‑6次；（4）氮化铝陶瓷基板表面点蚀处理：将氮化铝陶瓷基板浸入于点蚀溶液中，并辅以超声工艺，在硫酸钠作用下，在氮化铝陶瓷基板表面形成凹点，取出用去离子水冲净，冷风吹干；（5）活化处理：将氮化铝陶瓷基板表面涂上活化剂，所述活化剂由硫酸铜、过硫酸钠、硼酸和柠檬酸钾混合而成，并将涂有活化剂的氮化铝陶瓷基板置于活化炉内进行活化处理；（6）热处理：再将点蚀后的氮化铝陶瓷基板置于真空加热炉内，先将温度升至180‑220℃后保温2‑3h，然后升至250‑300℃后保温1.5‑2h；（7）镀镍：将热处理后的氮化铝陶瓷基板置于一真空腔室内，并将N2通过该腔室内，启动溅镀镍靶材，形成离子束溅击，溅击出的镍原子挥发形成等离子体状态而被吸附沉积于陶瓷基板的活性结合面上，形成镀镍氮化铝陶瓷基板；（8）真空扩焊：将镀镍氮化铝陶瓷基板板与清洗后的铜箔待焊接部位以相对形式贴合，然后置于真空扩焊炉中，关闭真空室，打开抽真空系统，开启加热系统，将真空扩焊炉温度升温至650‑750℃，在保温开始前，对贴合后的材料施加4‑6MPa的压力，然后在温度为650‑750℃下及压力为4‑6MPa的条件下，保温25‑35min，保温后卸载压力，随炉温冷却至室温，干燥，得到覆铜氮化铝陶瓷基板。...

【技术特征摘要】
1.一种覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）点蚀溶液的配制：点蚀溶液由硫酸钠、硫酸、缓释剂和添加剂混合而成，其中缓释剂由乙二醇、甘油的任一种或二者混合，添加剂为草酸、EDTA的任一种或二者混合，将选取的试剂按比例溶于去离子水中，并在50℃条件下搅拌，搅拌速度为500-600rpm，搅拌40-60min后过滤制得点蚀溶液；（2）除垢处理：将氮化铝陶瓷基板浸入除油溶液中，用超声清洗工艺清洗，去除氮化铝陶瓷基板表面的污垢，在硫酸钠作用下，并用去离子水冲净其表面；（3）脱脂处理：将氮化铝陶瓷基板浸入到脱脂溶液中，用超声清洗工序清洗，脱脂5-10min后取出，用去离子水冲洗4-6次；（4）氮化铝陶瓷基板表面点蚀处理：将氮化铝陶瓷基板浸入于点蚀溶液中，并辅以超声工艺，在硫酸钠作用下，在氮化铝陶瓷基板表面形成凹点，取出用去离子水冲净，冷风吹干；（5）活化处理：将氮化铝陶瓷基板表面涂上活化剂，所述活化剂由硫酸铜、过硫酸钠、硼酸和柠檬酸钾混合而成，并将涂有活化剂的氮化铝陶瓷基板置于活化炉内进行活化处理；（6）热处理：再将点蚀后的氮化铝陶瓷基板置于真空加热炉内，先将温度升至180-220℃后保温2-3h，然后升至250-300℃后保温1.5-2h；（7）镀镍：将热处理后的氮化铝陶瓷基板置于一真空腔室内，并将N2通过该腔室内，启动溅镀镍靶材，形成离子束溅击，溅击出的镍原子挥发形成等离子体状态而被吸附沉积于陶瓷基板的活性结合面上，形成镀镍氮化铝陶瓷基板；（8）真空扩焊：将镀镍氮化铝陶瓷基板板与清洗后的铜箔待焊接部位以相对形式贴合，然后置于真空扩焊炉中，关闭真空室，打开抽真空系统，开启加热系统，将真空扩焊炉温度升温至650-750℃，在保温开始前，对贴合后的材料施加4-6MPa的压力，然后在温度为650-750℃下及压力为4-6MPa的条件下，保温25-35min，保温后卸载压力，随炉温冷却至室温，干燥，得到覆铜氮化铝陶瓷基板。2.根据权利要求1所述的覆铜氮化铝陶瓷基板的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中，每1L点蚀溶液中包含硫酸钠150-200g、硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：何飞，
申请(专利权)人：合肥市闵葵电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34