一种陶瓷基板及其制作方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷基板及其制作方法及应用。该陶瓷基板通过于铜线路层与表面精饰层之间设置过渡层及连接层，一方面起到了隔离铜线路层和表面精饰层的作用，有效阻挡了铜离子的迁移，避免了现有技术中表面精饰层黄化和黑化的问题，另一方面，连接层因微观组织呈垂直于界面的致密纳米柱状晶型而具有大量的晶界，可以提升后段化银时扩散与置换沉积速率与沉积均匀性。并且，其中存在的该具有特定结构的连接层，还能够提高表面精饰层与过渡层之间的结合力，使该陶瓷基板具有更为良好的应用寿命。本发明专利技术提供的上述陶瓷基板，因具有的良好属性，能够在发光二极管LED、激光二极管LD、通讯、传感器或功率器件中作为散热封装基板进行应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷基板及其制作方法和应用


[0001]本专利技术属于照明器件
，具体来讲，涉及一种陶瓷基板及其制作方法和应用。

技术介绍

[0002]随着功率器件特别是第三代半导体的崛起与应用，半导体器件逐渐向大功率、小型化、集成化、多功能等方向发展，在大型计算机、汽车精密零器件、医疗设备、LED光源、军工及航空航天等领域得到重要应用，对封装基板性能和可靠性提出了更高要求。
[0003]陶瓷基板（又称陶瓷电路板）具有热导率高、耐热性好、热膨胀系数低、机械强度高、绝缘性好、耐腐蚀、抗辐射等特点，在电子器件封装中得到广泛应用。在封装电路板的制作过程中，为了防止表面金属线路层被氧化，都会对其进行表面处理，因此表面处理技术倍受关注。
[0004]表面化银精饰是一种经济实惠且应用广泛的表面处理技术，银层焊接面可焊性、平整度和共面性很好，工艺成本相较于沉镍金和沉镍钯金具有显著优势，被广泛应用。但是在高温焊接过程，例如共晶焊过程，底层铜线路的铜原子会随银层晶界热扩散至银层表面，产生黄化和黑化现象，影响封装可靠性。同时因感光膜的存在，铜基材表面化银时在感光膜与铜线路之间的缝隙也容易产生严重的“贾凡尼效应”，而造成铜线路层腐蚀断裂。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术中存在的下述两方面问题：
[0006]1）化镀银表面精饰层在高温焊接过程中因底层金属扩散迁移至银层表面导致的银面黄化和黑化问题；
[0007]2）陶瓷基板化银精饰时因“贾凡尼效应”导致的铜线路层和感光膜处的铜腐蚀而造成线路断裂的情况。
[0008]本专利技术提供了一种具有全新结构的陶瓷基板，该陶瓷基板通过于铜线路层与表面精饰层之间设置过渡层及连接层，不仅可以有效抑制底层金属的高温热迁移现象，解决表面精饰层表面高温黄化黑化问题，并且还可以阻止表面精饰层形成时其金属离子与铜线路层的铜之间的直接化学置换反应，消除“贾凡尼效应”，保护铜线路不受腐蚀。
[0009]本专利技术具体提供了以下技术方案：
[0010]一种陶瓷基板，其包括：
[0011]陶瓷基片，具有若干通孔；
[0012]金属打底层，间断设置于陶瓷基片的上下表面及通孔内壁；
[0013]铜线路层，设置于金属打底层的表面上且充盈通孔内部；
[0014]表面精饰层，设置于铜线路层之上；
[0015]其中，铜线路层与表面精饰层之间还具有叠层设置于铜线路层上的过渡层及连接层，该连接层的微观组织呈垂直于界面的致密纳米柱状晶型。
[0016]进一步地，该连接层的材料为镍、镍磷、镍硼中的任意一种，厚度不超过1 μm。
[0017]更进一步地，该过渡层的材料为镍、镍磷、镍硼中的任意一种，厚度为0.01 μm~15 μm。
[0018]进一步地，表面精饰层的材料为银基材料，厚度为10 nm~2000 nm。
[0019]进一步地，陶瓷基板的材料选自氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化锆、碳化硅、氧化铍、氮化硼、硼化镧或氧化锆增强氧化铝（ZTA）中的任意一种。
[0020]更进一步地，通孔的孔径范围为10 μm~300 μm。
[0021]进一步地，金属打底层的材料选自铜、铬、锰、钛、镍、或钨中的任意一种或至少两种的组合，厚度为0.1 μm~3 μm。
[0022]进一步地，铜线路层的厚度为10 μm~200 μm。
[0023]本专利技术的另一目的还在于提供上述陶瓷基板的制作方法，其包括下述步骤：
[0024]S1、对陶瓷基片进行打孔处理，获得若干通孔；
[0025]S2、在陶瓷基片的上下表面上及通孔内壁形成金属打底层；
[0026]S3、在金属打底层上进行图形转移产生线路图案，在金属打底层的上下表面形成间隔的感光膜层，且在感光膜层的缝隙处及通孔内部形成铜线路层；
[0027]S4、在铜线路层上形成过渡层；
[0028]S5、在过渡层上形成连接层；
[0029]S6、在连接层上形成表面精饰层；
[0030]S7、对感光膜层及位于其下方的金属打底层进行退膜蚀刻，将陶瓷基片暴露出，获得陶瓷基板。
[0031]具体地，在上述步骤S5中，采用对过渡层进行酸浸、微蚀、钯活化中任意一种方式处理来获得连接层；或采用电镀工艺在过渡层上形成连接层。
[0032]一般地，酸浸工艺采用质量分数为1%~10%的硫酸溶液，酸浸温度为20℃~50℃，酸浸时间为5 min~20 min；微蚀工艺采用质量分数为5%~30%硫酸和20 g/L~120 g/L过硫酸钠的混合溶液，微蚀温度为20℃~40℃，微蚀时间为0.5 min~5 min；钯活化采用胶体钯活化体系，包含金属钯盐、锡酸钠、氯化钠和螯合剂，钯离子浓度为10 ppm~200 ppm，锡酸钠浓度为0.5 g/L~5 g/L，氯化钠浓度为10 g/L~150 g/L，螯合剂包括乙二胺、乙二胺四乙酸或酒石酸钠，螯合剂浓度为0.5 g/L~5 g/L，活化温度为20℃~40℃，活化时间为1 min~10 min；电镀工艺采用浓度为200 g/L~400 g/L硫酸镍、30 g/L~80 g/L氯化镍、30 g/L~60 g/L硼酸混合而成的电镀镍溶液，电流密度为5 mA/cm2~200mA/cm2，电镀温度为60℃~90℃，电镀时间为10 sec~1800 sec。
[0033]进一步地，在上述步骤S4中，采用化学镀或电镀的工艺在铜线路层上形成过渡层。
[0034]一般地，采用化学镀工艺形成过渡层的工艺包括除油、微蚀、预浸、活化、化镀过渡层等操作，主要步骤包括：
[0035]A）除油过程采用质量分数为5%~30%硫酸和质量分数为1%~10%表面活性剂，其中表面活性剂包括但不限于十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、季铵化物等，清洗时间为1 min~5 min，清洗温度为30℃~60℃，之后纯水清洗。
[0036]B）微蚀过程采用硫酸/双氧水体系，其中硫酸浓度为5%~50%，双氧水浓度为10%~50%，微蚀温度为20℃~40℃，微蚀时间为0.5 min~5 min。
[0037]C）预浸过程采用质量分数为2%~20%的硫酸溶液，预浸温度为20℃~40℃，预浸时间为1 min~5 min。
[0038]D）活化过程采用胶体钯活化体系，包含金属钯盐、锡酸钠、氯化钠和螯合剂，其中金属钯盐包含氯化钯、硫酸钯、二氯四氨钯等，钯离子浓度为10 ppm~200 ppm；锡酸钠浓度为0.5 g/L~5 g/L；氯化钠浓度为10 g/L~150 g/L；螯合剂包括但不限于乙二胺、乙二胺四乙酸、酒石酸钠等，浓度为0.5 g/L~5 g/L；活化温度为20℃~40℃，活化时间为1 min~10 min。
[0039]E）过渡层化镀的工艺中，（1）化镀镍磷过渡层的镀液包含以下组分：5 g/L~30 g/L硫酸镍、5 g/L~30 g/L乙酸镍、10 g/L~100 g/L次亚磷酸钠、30 g/L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基板，其特征在于，包括：陶瓷基片，具有若干通孔；金属打底层，间断设置于所述陶瓷基片的上下表面及所述通孔的内壁；铜线路层，设置于岁数金属打底层的表面上且充盈所述通孔内部；表面精饰层，设置于所述铜线路层之上；其中，所述铜线路层与所述表面精饰层之间还具有叠层设置于所述铜线路层上的过渡层及连接层，所述连接层的微观组织呈垂直于界面的致密纳米柱状晶型。2.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述连接层的材料为镍、镍磷、镍硼中的任意一种，厚度不超过1 μm。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷基板，其特征在于，所述过渡层的材料为镍、镍磷、镍硼中的任意一种，厚度为0.01 μm~15 μm。4.根据权利要求3所述的陶瓷基板，其特征在于，所述表面精饰层的材料为银基材料，厚度为10 nm~2000 nm。5.根据权利要求3所述的陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷基板的材料选自氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化锆、碳化硅、氧化铍、氮化硼、硼化镧或氧化锆增强氧化铝中的任意一种；和/或所述通孔的孔径范围为10 μm~300 μm。6.根据权利要求3所述的陶瓷基板，其特征在于，所述金属打底层的材料选自铜、铬、锰、钛、镍、或钨中的任意一种或至少两种的组合，厚度为0.1 μm~3 μm；和/或所述铜线路层的厚度为10 μm~200 μm。7.如权利要求1~6任一所述的陶瓷基板的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、对陶瓷基片进行打孔处理，获得若干通孔；S2、在所述陶瓷基片的上下表面上及所述通孔内壁制作形成金属打底层；S3、在所述金属打底层上进行图形转移产生线路图案，在所述金属打底层的上下表面形成间隔的感光膜层，且在所述感光膜层的缝隙处及所述通孔内部形成铜线路层；S4、在所述铜线路层上形成过渡层；S5、在所述过渡层上形成连接层；S6、在所述连接层上形成表面精饰层；S7、对所述感光膜层及位于其下方的金属打底层进行退膜蚀刻，将所述陶瓷基片暴露出，获得陶瓷基板。8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤S5中，采用对所述过渡层进行酸浸、微蚀、钯活化中任意一种工艺来获得所述连接层，或采用电镀工艺在所述过渡层上形成所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锦华，王兢，梁超，陈礼坤，
申请(专利权)人：江苏博睿光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：