一种基于电子浆料的敷铜陶瓷基板制造方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电子浆料的敷铜陶瓷基板制造方法，属于微电子封装技术领域。将以氧化亚铜粉体为原料制备的油系或水系电子浆料涂覆在陶瓷基板表面形成厚度为８０～１２０μｍ的涂层；经高温烧结、还原处理，在氧化铝陶瓷表面获得铜层；采用电镀或者化学镀的方式加工获得的基板，即可获得界面致密，表面光滑的敷铜陶瓷基板。本发明专利技术工艺简单，无需大型设备，原料便宜、成本低、成品率可高达９０％以上，界面氧含量可以通过氧化亚铜粉的含量和烧结气氛调节，金属图形化方便，表面光洁度高，特别是基板界面铜层致密连续，且厚度可控，使功率电子器件工作更加稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于微电子封装技术领 域。
技术介绍
在功率电子领域，典型功率电路应用主要包括功率半导体模块、DC/DC变换器、光 镇流器、电机驱动控制器、汽车控制系统等。各种功率电路的额定电流值不等，变化幅度可 以从数安培到数百安培乃至数千安培，这就造成了各类功率电路功能要求的千差万别。现 代微电子封装几乎都在基板上进行或与基板相关。随着新型高密度封装形式的出现，电子 封装的许多功能，如电气连接、物理保护、应力缓和、散热防潮、尺寸过渡、规格化和标准化 等正逐步部分或全部由基板来承担。基板在散热过程中起到了最重要的作用，如果基板的 散热性能不好，就会导致印刷电路板上的元器件过热，从而使整机可靠性下降，甚至失效。 除了承担热耗散外，基板还必须具有与Si、GaAs相匹配的热膨胀系数(CTE)以减小芯片与 基板之间的热应力，较好的电绝缘性和较低的介电常数以便适用于高频电路，减小时间延 迟。在此背景下，一直处于主导地位的PCB基板显然不能满足上述要求，特别在散热要求 上，必须选用热导率高的基板材料，于是陶瓷基板就进入首选行列。在实用的陶瓷基板材料中，氧化铝价格较低，从机械强度、绝缘性、导热性、耐热 性、耐热冲击性、化学稳定性等方面考虑其综合性能最好，作为基板材料使用最多，其加工 技术与其他材料相比也最先进。美国Lamina Ceramics、德国Curmilk等公司已将陶瓷基板 应用于大功率LED芯片封装之中，由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路 及控制补偿电路，不仅结构简单，而且由于材料热导率高，热界面少，大大提高了散热性能， 为大功率LED阵列封装提出了解决方案。目前在工业上实现金属和陶瓷键合的方法主要有厚膜法及钼锰法。厚膜法是将贵 重金属的细粒通过压接在一起而组成，再由熔融的玻璃粘附到陶瓷上，因此厚膜的导电性 能比金属铜差。钼锰法工艺较成熟，钼锰浆料中的一些金属颗粒被湿氢中的水分氧化，作为 活化剂的锰被氧化成氧化锰，一部分扩散到陶瓷的内表面与陶瓷中的某些氧化物形成玻璃 相，一部分形成中间层，在陶瓷和金属化层相互扩散实现陶瓷和金属化层良好的附着力。但 是这种方法所形成的中间层较厚，热阻较大，在大功率电路、功率模块等领域中不利于迅速 散热，而且通过钼锰法形成的金属层厚度往往很薄，小于25 μ m,这就限制了大功率模块组 件的耐浪涌能力。近年来出现的氧化铝直接敷铜(DBC)基板综合了铜与氧化铝陶瓷的优异 性能，而应用于大功率器件中。DBC基板的敷接原理是在敷接过程前或过程中在铜与陶瓷之 间引入适量的氧元素，在1065° C 1083° C范围内，铜与氧形成Cu - 0共晶液。DBC技术 利用该共晶液，一方面与陶瓷化学反应生成中间相(CuAlO2或CuAl2O4),另一方面浸润铜箔 实现氧化铝陶瓷基板与铜板的结合。因此在其制备过程中关键因素是氧元素的引入，但是 直接控制氧含量在工业生产中很难做到。
技术实现思路
为了克服现有直接敷铜技术所存在的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是提供 一种可间接控制界面氧含量、金属图形化方便、低成本的敷铜陶瓷基板生产方法。，其特征在于包括以下步骤(1)、制备氧化亚铜油系电子浆料将75.75^83. 9重量份功能相、15.广22. 73重量份有 机载体、0. 5^0. 76重量份触变剂、0. 5^0. 76重量份润湿剂混合均勻后，经球磨，制得浆料， 粘度为 45Pa · s IOOPa · s ；制备氧化亚铜水系电子浆料将48. 7飞5. 5重量份功能相、33. 2、9. 4重量份有机载 体、0. 65、. 95重量份触变剂、0. 65、. 95重量份润湿剂混合均勻后经球磨，制得浆料，粘度 为 0.IPa · s IOPa · s ；(2)、取步骤(1)制备的氧化亚铜油系或水系电子浆料，通过旋转涂覆或丝网印刷的方 式，在陶瓷基板表面形成厚度为5(Γ120 μ m的涂层，涂覆厚度可根据旋转速度及网板厚度 调整；(3)、取步骤(2)制备的陶瓷基板，经高温烧结、还原处理，在氧化铝陶瓷表面获得铜层；(4)、制备电镀液将15 16重量份五水合硫酸铜、5飞重量份浓硫酸、0.4重量份葡萄 糖、77. 6^79. 6重量份蒸馏水混合均勻后备用；制备化学镀液将1. 5重量份五水合硫酸铜、1. 5重量份36%甲醛溶液、1. 4重量份氢氧 化钠、1. 2重量份酒石酸钾钠、2重量份EDTA-2Na、0. 015重量份亚铁氰化钾、0. 05重量份聚 乙二醇、92. 34重量份蒸馏水混合均勻后备用；(5)、取步骤(3)制备的陶瓷基板，采用步骤(4)制备的电镀液进行电镀或采用化学镀 液进行化学镀，即可获得界面致密，表面光滑的敷铜陶瓷基板。前述的基于电子浆料的敷铜陶瓷基板制造方法，其特征在于氧化亚铜油系电子浆 料所采用的功能相为氧化亚铜粉末；有机载体为57重量份松油醇、28. 5重量份丁基卡必醇 醋酸酯、9. 5重量份邻苯二甲酸二丁酯及5重量份乙基纤维素的混合液；触变剂为氢化蓖麻 油、油酸、鱼油；润湿剂为聚乙二醇；氧化亚铜水系电子浆料所采用的功能相为氧化亚铜粉末；有机载体为5重量份5%聚乙 烯醇水溶液、1. 32重量份邻苯二甲酸二丁酯以及93. 68重量份蒸馏水的混合液；触变剂为 氢化蓖麻油、油酸、鱼油；润湿剂为聚乙二醇；前述的基于电子浆料的敷铜陶瓷基板制造方法，其特征在于氧化亚铜粉末粒径为 6 10 μ m0前述的基于电子浆料的敷铜陶瓷基板制造方法，其特征在于所述的陶瓷基板的材料是 氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮化铝、玻璃。前述的基于电子浆料的敷铜陶瓷基板制造方法，其特征在于步骤(3)的具体工 艺是将基板放入管式电炉中，在空气下加热至1150° C，烧结2小时并随炉冷却，实现涂 覆层与陶瓷之间的有效结合。待烧结试样冷却至室温后，将管式炉腔抽成真空，并加热至 600° (，在H2+N2 (流量比为1 2)气氛下还原2小时。采用电镀或化学镀方法，制备的成品性能差别在于采用电镀铜技术，镀层较厚， 最高可实现150 μ m的铜层；采用化学镀铜技术，镀层较薄，表面平整度高。与目前所用的DBC成形工艺相比，本专利技术无需大型设备，工艺简单、原料价格低、降低成本、成品率达到 99%以上，界面氧含量得到有效地控制，金属图形化方便，表面光洁度高，特别是基板界面铜 层致密连续，且厚度可控，使功率电子器件工作更加稳定。附图说明图1为本专利技术实例1制备样品高温烧结后界面物相分析 图2为本专利技术实例1制备样品表面微观形貌；图3为本专利技术实例1制备样品界面微观形貌； 图4为本专利技术实例2制备样品表面线路图形。具体实施例方式本专利技术以下的实施例所采用氧化亚铜粉末、松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙基纤维 素、氢化蓖麻油、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯、聚乙烯醇、五水合硫酸铜、浓硫酸、葡萄糖、 甲醛、氢氧化钠、酒石酸钾钠、亚铁氰化钾都是通过市场获得。实施例1步骤1 制备氧化亚铜水系电子浆料将粒径为6 μ m的氧化亚铜粉末(分析纯)53. 6重 量份、5%聚乙烯醇水溶液44. 3重量份、邻苯二甲酸二丁酯0. 5重量份、氢化蓖麻油0. 8重量 份和聚乙二醇0. 8重量份混合，并在行星式球磨机上球磨2小时，获得氧化亚铜水系电子浆 料，粘度为IPa · S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电子浆料的敷铜陶瓷基板制造方法，其特征在于包括以下步骤：（１）、制备氧化亚铜油系电子浆料：将７５．７５～８３．９重量份功能相、１５．１～２２．７３重量份有机载体、０．５～０．７６重量份触变剂、０．５～０．７６重量份润湿剂混合均匀后，经球磨，制得浆料，粘度为４５Ｐａ.ｓ～１００Ｐａ.ｓ；制备氧化亚铜水系电子浆料：将４８．７～６５．５重量份功能相、３３．２～４９．４重量份有机载体、０．６５～０．９５重量份触变剂、０．６５～０．９５重量份润湿剂混合均匀后经球磨，制得浆料，粘度为０．１Ｐａ.ｓ～１０Ｐａ.ｓ；（２）、取步骤（１）制备的氧化亚铜油系或水系电子浆料，通过旋转涂覆或丝网印刷的方式，在陶瓷基板表面形成厚度为５０～１２０μｍ的涂层，涂覆厚度可根据旋转速度及网板厚度调整；（３）、取步骤（２）制备的陶瓷基板，经高温烧结、还原处理，在氧化铝陶瓷表面获得铜层；（４）、制备电镀液：将１５～１６重量份五水合硫酸铜、５～６重量份浓硫酸、０．４重量份葡萄糖、７７．６～７９．６重量份蒸馏水混合均匀后备用；制备化学镀液：将１．５重量份五水合硫酸铜、１．５重量份３６％甲醛溶液、１．４重量份氢氧化钠、１．２重量份酒石酸钾钠、２重量份ＥＤＴＡ－２Ｎａ、０．０１５重量份亚铁氰化钾、０．０５重量份聚乙二醇、９２．３４重量份蒸馏水混合均匀后备用；　（５）、取步骤（３）制备的陶瓷基板，采用步骤（４）制备的电镀液进行电镀或采用化学镀液进行化学镀，即可获得界面致密，表面光滑的敷铜陶瓷基板。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅仁利，俞晓东，宋秀峰，井敏，李冉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]