一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法，包括以下制备工艺：S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔；S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料；S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接；S4.图形化加工，去除未涂覆焊料区域铜片，得到覆铜陶瓷基板。本发明专利技术利用活性焊料通过丝网印刷等方式在陶瓷基板上形成图形，铜片直接与焊料图形进行焊接，非图形区域没有活性焊料以及铜片的存在，能够保持洁净；在后续操作中无需对活性焊料层进行二次蚀刻加工，解决了铜线路层沟槽内活性焊料的残留和蚀刻不净的问题，同时减少了活性焊料的消耗，减少了工艺，降低了成本，使得工艺更为简单，易于操作，生产效率得到提高，适于大规模推广应用。广应用。广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体加工
，具体为一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法。

技术介绍

[0002]印刷电路板（PCB）通过电子设备传输电信号，满足设备的电气和机械电路要求，是电子产品的支柱。以铜为导电线路，形成路径网络，在其表面周围引导电流，每块印刷电路板的独特作用取决于复杂的铜线路系统。在PCB的制备工艺中，常利用活性金属钎焊，通过活性焊料将金属焊接于陶瓷基板上，得到具有高可靠性、优良散热性能的覆铜陶瓷基板。而现有的活性金属钎焊工艺仍存在以下问题：1、蚀刻工艺复杂：现有活性金属钎焊工艺蚀刻过程分为两步：先除去表面的铜层，再除去焊料层，并且在焊料层去除过程中，容易产生蚀刻不尽，焊料残留的问题，引起线路层沟槽内出现短路的风险；2、制作时钎焊料为整面涂覆，焊料消耗大，工艺成本高。因此，我们提出一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种预图形化覆铜陶瓷基板及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，包括以下制备工艺：S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接；S4.图形化加工，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。
[0005]进一步的，所述S1中的陶瓷基片为氧化铝、氮化铝、氮化硅中的一种；定位基准孔孔径为0.5～3.0mm。
[0006]进一步的，所述S2中的涂覆方式为丝网印刷、喷涂、辊涂中的一种；活性焊料层厚度为5～100
µ
m。
[0007]进一步的，所述S3中的焊接为真空钎焊，工艺为：钎焊温度800～1000℃，钎焊时间10～60min，真空度不高于5
×
10
‑3Pa。
[0008]进一步的，所述S4中的加工方式为酸性蚀刻、碱性蚀刻、CNC雕刻加工中的一种。
[0009]进一步的，所述S4在进行图形化加工前，可在需要的图形表面涂覆抗蚀保护层；使用抗蚀刻专用干膜均匀覆盖于金属铜层表面，形成抗蚀保护层，依次进行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形，图形大小和位置与活性焊料层相同；其中抗蚀刻专用干膜为市场售卖产品；在上述技术方案中，活性焊料通过丝网印刷等方式在陶瓷基板上形成图形，铜片直接与焊料图形进行焊接，非图形区域没有活性焊料以及铜片的存在，能够保持洁净；在后
续操作中无需对活性焊料层进行二次蚀刻加工，解决了铜线路层沟槽内活性焊料的残留和蚀刻不净的问题，同时减少了活性焊料的消耗，减少了工艺，降低了成本，使得工艺更为简单，易于操作，生产效率得到提高，适于大规模推广应用。
[0010]进一步的，所述S1中的陶瓷基板为自制陶瓷基板，具体的制备工艺包括：取氧化锌、氧化镁、氧化铝混合，加入去离子水，以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；以3～5℃/min升温至1250～1350℃，保温烧结2.8～3.2h，再以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃；加入二氧化钛、氧化铜、去离子水，以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛60～100目，得到陶瓷粒；取氮化硅、氧化镁球磨以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛40～60目，得到氮化硅粉体；取陶瓷粒干压成型，压力10MPa，保持30s，得到陶瓷板；在需要键合的区域平铺氮化硅粉体，再次干压；以3～5℃/min升温至550℃，保温2h；再升温至1550～1650℃，保温烧结4.8～5.2h；以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃，得到陶瓷基板。
[0011]进一步的，所述氧化锌、氧化镁、氧化铝的质量比为0.9:0.1:1，陶瓷粒中二氧化钛的质量占比为1.5～2.0%，二氧化钛与氧化铜的质量比为2:1。
[0012]在上述技术方案中，氧化铝具有较高的介电常数，与硅的线膨胀系数匹配度较差；氮化铝与氧的亲和力较强，在烧结过程中氧的进入会导致晶格缺陷，降低所制陶瓷基板的热导率，且在常压下需要较高的烧结温度，对生产设备、工艺的要求极高；氮化硅的介电常数偏高，介电损耗较大；故本申请选择使用自制陶瓷基板，氧化锌、氧化铝按比例混合制备铝酸锌陶瓷，具备优秀的导热性能和介电性能，同时具备较好的机械强度；加入氧化镁进行替代部分氧化锌，镁与锌进行离子置换，促进陶瓷的烧结反应，气孔减少，晶粒形态清晰、均匀，提高所制陶瓷基板的致密度；加入氧化钛、氧化铜进行掺杂，在烧结过程中，能够降低烧结温度，发挥固溶作用，钛离子对镁离子进行置换，氧化铜与氧化锌反应，消除了氧化铜介电影响的同时，大幅度提高击穿场强，使得陶瓷的衍射峰向低角度偏移，增大了晶格常数，造成晶格畸变，阻碍了电畴转向，降低介电常数，优化所制陶瓷基板的介电性能，并能够对机械强度进行提高；进一步的，氧化镁的质量分数为氮化硅的4%，氮化硅粉体的平铺厚度为1～50μm。
[0013]在上述技术方案中，在陶瓷基板的表面设置氮化硅、氧化镁的混合粉体，在烧结过程中，氧化镁能够与氮化硅表面的二氧化硅发生反应，生成液相硅酸盐，冷却后硅酸盐转变为玻璃相将氮化硅与铝酸锌陶瓷板粘附，使得所制陶瓷基板表面需键合的区域覆盖一层氮化硅，利于后续焊接操作；且在氧化镁的固溶作用下，氮化硅与陶瓷基板一同烧结，烧结后形成的氮化硅陶瓷能够与陶瓷基板相适配，缓解降温过程中热失配产生的应力，具有较好的抗弯强度和冷热循环寿命，并能够提高陶瓷基板的热容量，吸收浪涌电压和电流产生的多余热量，避免热击穿；进一步的，所述S2前还包括以下前处理工艺：
对陶瓷基板表面需要键合的区域进行热氧化，工艺为：温度1000～1300℃，时间30～60min，气氛为氮气、氧气的混合气体，氮氧含量比为（4～10）:1。
[0014]进一步的，所述S2中的活性焊料为自制活性焊料，具体的制备工艺包括：取钛、铜混合，在惰性氛围中，以280～300rpm的转速球磨6～8h；以3～5℃/min升温至1800～2100℃，保温2.8～3.2h，再以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃；加入氧化镁，在惰性氛围中，以280～300rpm的转速球磨4～8h；以100～300MPa的压力进行冷压，得到活性焊料，厚度为0.2～0.6mm。
[0015]进一步的，所述氧化镁、钛、铜的摩尔比为0.2:3:5，尺寸为10～200μm。
[0016]进一步的，所述S3包括以下制备工艺：所述S3中的焊接工艺为：在氮气氛围中，焊接温度800～1000℃，焊接时间10～60min；微波频率1.2～2.0GHz，氮气压力0.1～0.2MPa，微波时间5～10min。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：包括以下制备工艺：S1.在陶瓷基片上激光加工出定位基准孔，得到定位基准点；S2.在陶瓷基片上需要键合的区域预图形涂覆活性焊料，得到活性焊料层；S3.将铜片与陶瓷片固定，焊接；S4.图形化加工，去除未涂覆焊料区域铜片，形成金属铜层，得到覆铜陶瓷基板。2.根据权利要求1所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S1中的陶瓷基片为氧化铝、氮化铝、氮化硅中的一种；定位基准孔孔径为0.5～3.0mm。3.根据权利要求2所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S2中的涂覆方式为丝网印刷、喷涂、辊涂中的一种；活性焊料层厚度为5～100
µ
m。4.根据权利要求3所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S3中的焊接为真空钎焊，工艺为：钎焊温度800～1000℃，钎焊时间10～60min。5.根据权利要求4所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S4中在需要的图形表面涂覆抗蚀保护层，行对位、曝光、显影工艺在金属铜层表面形成线路图形的；图形化加工方式为酸性蚀刻、碱性蚀刻、CNC雕刻加工中的一种。6.根据权利要求1所述的一种预图形化覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述S1中的陶瓷基板具体的制备工艺包括：取氧化锌、氧化镁、氧化铝混合，加入去离子水，以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；以3～5℃/min升温至1250～1350℃，保温烧结2.8～3.2h，再以3～5℃/min降温至1000℃，炉冷至30～100℃；加入二氧化钛、氧化铜、去离子水，以280～300rpm的转速球磨12～15h，100℃烘箱干燥，过40目筛；加入PVA粘合剂，研磨混合，过筛60～100目，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨恺，俞晓东，刘晓辉，
申请(专利权)人：南通威斯派尔半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：