一種陶瓷基覆銅板的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于陶瓷基覆銅板制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷基覆銅板的制造方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 陶瓷基覆銅板既具有陶瓷的高導(dǎo)熱系數(shù)、高耐熱、高電絕緣性、高機(jī)械強(qiáng)度、與硅 芯片相近的熱膨脹系數(shù)以及低介質(zhì)損耗等特點(diǎn)，又具有無氧銅的高導(dǎo)電性和優(yōu)異焊接性 能，是當(dāng)今電力電子領(lǐng)域功率模塊封裝、連接芯片與散熱襯底的關(guān)鍵材料，廣泛應(yīng)用于各類 電氣設(shè)備及電子產(chǎn)品。
[0003] 目前，陶瓷基覆銅板的制造方法主要有兩種：（1)直接鍵合銅技術(shù)（DBC)、（2)直接 鍍銅技術(shù)（DPC)。
[0004] DBC是將A1203或A1N陶瓷基板的單面或雙面覆上Cu板后，再經(jīng)由高溫1065~ 1085°C的環(huán)境加熱，使Cu板表面因高溫氧化、擴(kuò)散與A1203基板產(chǎn)生Cu-Cu 20共晶相，使銅 板與陶瓷基板黏合，形成陶瓷基覆銅板。DBC對工藝溫度的控制要求十分嚴(yán)苛，必須于溫度 極度穩(wěn)定的1065~1085°C溫度范圍下，才能使銅層表面熔解為共晶相，實(shí)現(xiàn)與陶瓷基板的 緊密結(jié)合，其制造成本高且不易解決A1 203與Cu板間存在的微氣孔或孔洞等問題，使得該產(chǎn) 品的產(chǎn)能與成品率受到極大影響。因工藝能力的限制，Cu板的厚度下限約在150~300um 之間，這使得其金屬線路的解析度上限亦僅為150~300um之間（以深寬比1:1為標(biāo)準(zhǔn)）， 若要制作細(xì)線路則必須采用特殊的處理方式將銅層厚度減薄，但這又會造成其表面平整度 不佳和成本增加等問題，使得DBC陶瓷基覆銅板不適于要求高線路精準(zhǔn)度與高平整度的共 晶/覆晶工藝使用。
[0005] DPC是一種把真空鍍膜與電鍍技術(shù)結(jié)合在一起的覆銅板制造技術(shù)，其原理是先利 用真空鍍膜技術(shù)在A1203或A1N陶瓷基板上沉積一層銅膜，再用電鍍技術(shù)進(jìn)行銅膜的增厚。 DPC的工藝溫度一般低于400°C，避免了高溫對于材料所造成的破壞或尺寸變異的現(xiàn)象。 DPC陶瓷基覆銅板具有高散熱、高可靠度、高精準(zhǔn)度及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。DPC陶瓷基覆銅 板的金屬線路解析度上限約在10~50um之間（以深寬比1:1為標(biāo)準(zhǔn)），甚至可以更細(xì)，且 表面平整度高，因此非常適合于要求高線路精準(zhǔn)度與高平整度的覆晶/共晶工藝使用。
[0006] DPC陶瓷基覆銅板為當(dāng)今最普遍使用的陶瓷基覆銅板，然而其對工藝技術(shù)的整合 能力要求較高，這使得跨入DPC陶瓷基覆銅板產(chǎn)業(yè)并能穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)門檻相對較高，產(chǎn) 業(yè)化生產(chǎn)中存在的最大問題是陶瓷基板與銅箱的結(jié)合力難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提出一種全新的陶瓷基覆銅板制造方法，適合的陶瓷種類有： 氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、二氧化鈦陶 瓷、氧化鋯陶瓷、鈦酸鈣陶瓷、鈦酸鋇陶瓷、莫來石陶瓷、滑石瓷或玻璃陶瓷，生產(chǎn)效率高、質(zhì) 量穩(wěn)定、成本低，制造的陶瓷基覆銅板具有孔隙率低、熱導(dǎo)率高、剝離強(qiáng)度高的特點(diǎn)。
[0008] 所述陶瓷基覆銅板的制造方法包括：
[0009] (1)陶瓷基板清洗
[0010] 陶瓷基板清洗采用現(xiàn)有通用技術(shù)，一般步驟為：有機(jī)溶劑超聲除油一去離子水超 聲清洗一壓縮空氣吹干。
[0011] (2)陶瓷基板的離子束清洗活化
[0012] 采用氣體離子源對陶瓷基板表面進(jìn)行離子束清洗活化，工作氣體可為Ar、N2、0 2、其 它惰性氣體或它們的混合氣，真空度為〇. 〇1~l〇Pa，優(yōu)選為0. 1~0. 3Pa。清洗活化的工 藝溫度為常溫~400°C，優(yōu)選為200°C。
[0013] (3)陶瓷基板的金屬離子注入
[0014] 在真空度優(yōu)于0.1 Pa的情況下，對陶瓷基板進(jìn)行金屬離子注入，在陶瓷基板表面 形成幾納米厚度的離子注入層（見圖1、圖2)。金屬離子可為元素周期表中的Ag、Au、Al、 Be、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Mn、Nb、Ni、Pt、Ta、W、Zr等金屬離子中的一種或幾種，離子注入 的工藝溫度為常溫~400°C。離子注入的加速電壓為5~100kV，注入劑量為1. OX 1012~ 1. OX 10lsi〇n/cm2,優(yōu)選為加速電壓 30kV、注入劑量 3. OX 1015i〇n/cm2。
[0015] (4)陶瓷基板的真空鍍膜
[0016] 真空鍍膜采用真空陰極弧沉積方式。工作氣體可為Ar氣或02氣，真空度為0.01~ l〇Pa，優(yōu)選為0. 1~0. 2Pa。采用與金屬離子注入的同種材料或其它材料進(jìn)行金屬膜層沉 積，膜層可以是元素周期表中的 Ag、Au、Al、Be、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Mn、Nb、Ni、Pt、Ta、W、 Zr等金屬及它們的二元、三元和四元合金。
[0017] 膜層體系根據(jù)產(chǎn)品的要求，可采用兩種膜系：①金屬沉積層/銅沉積層（見圖1); ②金屬氧化物沉積層/金屬沉積層/銅沉積層（見圖2)。金屬沉積層厚度為5~2000nm, 優(yōu)選為50~100nm ;金屬氧化物沉積層厚度為5~2000nm，優(yōu)選為10~50nm ;銅沉積層厚 度為5~2000nm，優(yōu)選為50~100nm。真空鍍膜的工藝溫度為常溫~400°C。
[0018] (5)電鍍增厚銅膜
[0019] 電鍍增厚銅膜可以采用硫酸鹽光亮鍍銅、焦磷酸鹽鍍銅、化學(xué)鍍銅等不同種類鍍 銅方法中的一種或幾種，其鍍銅層的厚度在2~1000 ym。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明方法的流程圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例一一具有金屬沉積層/銅沉積層膜系結(jié)構(gòu)的陶瓷基覆銅 板不意圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例一一具有金屬氧化物沉積層/金屬沉積層/銅沉積層膜 系結(jié)構(gòu)的陶瓷基覆銅板示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為使本發(fā)明采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例 對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。可以理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本 發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明 相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0024] 第一實(shí)施例
[0025] 圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例一一具有金屬沉積層/銅沉積層膜系結(jié)構(gòu)的陶瓷基覆銅 板示意圖，制造方法包括以下工序：
[0026] (1)陶瓷基板清洗
[0027] 1. 1)氧化鋁96陶瓷片的規(guī)格為10(tomX KKtomXO. 38謹(jǐn)；
[0028] 1. 2)清洗：酒精超聲除油一去離子水超聲清洗一壓縮空氣吹干。
[0029] (2)陶瓷基板的離子束清洗活化
[0030] 2. 1)清洗后的陶瓷片裝入磁過濾掃描真空陰極弧鍍膜設(shè)備真空室內(nèi)的工件架；
[0031] 2. 2)抽真空，啟動(dòng)裝