一种改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法技术

本发明专利技术涉及改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法，包括：A、微蚀，采用硫酸与过硫酸钠混合液对陶瓷覆铜载板进行微蚀并进行溢流水洗，硫酸的浓度为18.4～36.8g/L，过硫酸钠的浓度为20～40g/L；B、喷砂，采用Al2O3质量百分比为10～20％的金刚砂悬浊液作为喷砂液，上下喷淋，喷砂角度为90

【技术实现步骤摘要】
一种改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法


[0001]本专利技术属于陶瓷覆铜载板制备
，具体涉及半导体制冷器、LED、功率半导体中改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法。

技术介绍

[0002]陶瓷覆铜载板又称覆铜陶瓷基板，是使用DCB(Direct Copper Bond)技术将铜箔直接烧结在陶瓷表面而制成的一种电子基础材料。陶瓷覆铜载板具有极好的热循环性、形状稳定、刚性好、导热率高、可靠性高，覆铜面可以刻蚀出各种图形的特点，并且它是一种无污染、无公害的绿色产品，使用温度相当广泛，可以从
‑
55℃～850℃，热膨胀系数接近于硅，可用于半导体致冷器、电子加热器，大功率电力半导体模块，功率控制电路、功率混合电路、智能功率组件，高频开关电源、固态继电器，汽车电子、航天航空及军用电子组件，太阳能电池板组件，电讯专用交换机、接收系统，激光等多项工业电子领域。
[0003]在陶瓷覆铜载板高温烧结工艺中，由于环境洁净度的限制，过程中容易带入污染，这种污染既有原材料本身的，也有过程中引入的，在氧化工艺(800℃左右)过程中，会放大铜基体氧化的不良缺陷。所有的不良缺陷在微观下主要表现为中间黑色异物，EDX分析主要成分为Ni、Cr、C、O等元素。
[0004]铜基体非氧化面的不良，经烧结工艺1065℃～1083℃中，会进一步放大缺陷，表观为色差、皱皮、针孔、疙瘩等不良。色差、皱皮主要是由于铜基体非氧化面的氧化不均导致，局部氧化过浅，出现色差，局部氧化过深，导致铜表面皱皮；疙瘩、针孔大多是由于过程中带入的异物导致，除此之外还有人员操作不规范导致的表面划(碰)伤等缺陷。这些不良导致产品报废率高，如何改善这些缺陷，一直是本领域技术人员的重要关注点。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为解决上述技术问题进行的，针对产品表面色差、皱皮、疙瘩等缺陷，提供了一种改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法，降低DCB产品不良率。
[0006]本专利技术根据喷砂工艺的特性，利用高压方式将金刚砂悬浊液高速喷射到铜基体表面，使铜基体表面的外表和形状发生变化，使产品的表面获得一定的清洁度和均匀一致的粗糙度。
[0007]为了使铜基体表面恢复之前的晶粒结构，再次返烧以形成晶粒，经返烧产品晶粒和粗糙度与正常产品相同，焊接和打线性能和正常产品一样，经多次验证试生产，此方法可以解决陶瓷覆铜载板烧结后表面不良缺陷(疙瘩、皱皮、针孔、色差、划(碰)伤、异物等)，大幅度提升产品的合格率。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供了一种改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法，包括如下步骤：
[0010]A、微蚀
[0011]采用硫酸与过硫酸钠混合液对陶瓷覆铜载板进行微蚀并进行溢流水洗，所述硫酸的浓度为18.4～36.8g/L，所述过硫酸钠的浓度为20～40g/L；
[0012]B、喷砂
[0013]采用Al2O3质量百分比为10～20％的金刚砂悬浊液作为喷砂液，上下喷淋，喷砂角度为90
°
，喷砂压力为2kg/cm2，喷砂距离为8～12mm，铜基体经过喷砂处理后平均厚度减少0.5
‑
0.8μm；
[0014]C、水洗烘干
[0015]依次采用回收水洗、溢流水洗、加压水洗、超声波浸洗、HF水洗、摇摆高压水洗、加压水洗、DI水洗、干板组合进行水洗和烘干，冷却后取出；
[0016]D、烧结再结晶
[0017]将步骤C处理后得到的产品置于烧结炉内，并通入氮气和空气混合气，控制炉内氧分压在8～15ppm，在1075～1083℃条件下烧结，使铜片表面再结晶。
[0018]本专利技术中，先通过微蚀去除陶瓷覆铜载板表面的杂质；然后利用喷砂工艺改变铜体表面形貌，去除杂质的同时赋予铜体表面的一定的粗糙度，并减少晶界。经不同清洗方式组合清洗后，进入烧结再结晶阶段，铜基体表面再次烧结后形成表面晶粒，将不良品变为正常产品。烧结过程中，烧结温度既不能过高也不能过低，过低难以实现结晶，过高则容易导致结晶度增高、粒径变大，与周边产品表面区别明显。
[0019]优选的，步骤A中，微蚀温度为25～30℃，时间为30～60s。微蚀时间过短，杂质去除效果不佳；处理时间过长，容易损伤铜体结构，进一步导致不良。
[0020]优选的，步骤A中，进行三次溢流水洗后，还进行表观检查，查看产品外观是否存在氧化点及滚轮印，表观色泽是否均匀，是否残存其他异物。若存在上述情况则再次进行微蚀，直至上述情况消失。
[0021]优选的，步骤B中，金刚砂悬浊液中，Al2O3质量百分比为20％，喷砂距离为10mm。
[0022]优选的，步骤C中，加压水洗的压力为1.5～2.0kg/cm2；超声波浸洗过程中，超声频率为26～30KHz；干板组合工序中，烘干温度为70～80℃。
[0023]优选的，步骤D中，烧结温度为1080
±
2℃，温度控制越精确，再结晶状态越好。
[0024]优选的，喷砂工序前采用自来水进行水洗，喷砂工序后采用纯水进行清洗，防止水中杂质对载板造成损伤。
[0025]本专利技术的有益效果如下：
[0026]本专利技术通过微蚀、喷砂、水洗烘干以及烧结再结晶四道工序实现陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良改善，先通过微蚀去除陶瓷覆铜载板表面的杂质；然后利用喷砂工艺，将金刚砂悬浊液高速喷射到铜基体表面，完全去除表面的色差，绝大多数的疙瘩皱皮缺陷以及异物，改变铜基体表面形貌；再通过不同水洗方式组合，将载体表面的杂质彻底清洗干净；最后，严格控制烧结温度在1075～1083℃之间，再次返烧以形成晶粒，使铜基体表面恢复之前的晶粒结构，实现产品晶粒和粗糙度与正常产品相当。
[0027]经多次验证试生产，本专利技术方法可以解决陶瓷覆铜载板烧结后表面不良缺陷，如疙瘩、皱皮、针孔、色差、划(碰)伤、异物等，大幅度提升产品的合格率。
附图说明
[0028]图1为本专利技术改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法的流程图；
[0029]图2为喷砂处理前、喷砂处理后以及再结晶后铜片表面的状态图，A为研磨后，B为再结晶后；
[0030]图3为喷砂前后铜基体结晶放大500倍后的表面微观形貌。
具体实施方式
[0031]下面结合本专利技术的附图和实施例对本专利技术的实施作详细说明，以下实施例是在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0032]1、改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法
[0033]A、微蚀
[0034]采用硫酸与过硫酸钠混合液25～30℃条件下处理30～60s，并依次进行三次溢流水洗。微蚀过程中，硫酸的浓度为18.4～36.8g/L，即10～20mL/L浓硫酸，过硫酸钠的浓度为20～40g/L。
[0035]进行微蚀时，微蚀时间既不能过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法，其特征在于，包括如下步骤，A、微蚀采用硫酸与过硫酸钠混合液对陶瓷覆铜载板进行微蚀并进行溢流水洗，所述硫酸的浓度为18.4～36.8g/L，所述过硫酸钠的浓度为20～40g/L；B、喷砂采用Al2O3质量百分比为10～20％的金刚砂悬浊液作为喷砂液，上下喷淋，喷砂角度为90
°
，喷砂压力为2kg/cm2，喷砂距离为8～12mm，铜基体经过喷砂处理后平均厚度减少0.5
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0.8μm；C、水洗烘干依次采用回收水洗、溢流水洗、加压水洗、超声波浸洗、HF水洗、摇摆高压水洗、加压水洗、DI水洗、干板组合进行水洗和烘干，冷却后取出；D、烧结再结晶将步骤C处理后得到的产品置于烧结炉内，并通入氮气和空气混合气，控制炉内氧分压在8～15ppm，在1075～1083℃条件下烧结，使铜片表面再结晶。2.根据权利要求1所述的改善陶瓷覆铜载板高温烧结后外观不良的方法，其特征在于：其中，步骤A中，微蚀温度为25～30℃，时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辛未，贺贤汉，蔡俊，李炎，阳强俊，马敬伟，
申请(专利权)人：江苏富乐德半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：