一種陶瓷覆銅板的製備方法
2023-09-17 07:10:55 2
一種陶瓷覆銅板的製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種陶瓷覆銅板的製備方法，包括以下步驟：S10、對厚度為0.2-0.6mm的銅箔的一個表面在微氧氮氣環境中進行氧化；S20、然後將銅箔具有氧化層的一個表面與氧化鋁陶瓷基板貼合，並在1060-1080℃下共燒結，冷卻後得到陶瓷覆銅基材；S30、對陶瓷覆銅基材的銅箔表面進行刷磨，然後進行一次蝕刻對銅層減薄；S40、然後進行貼膜、曝光、顯影處理，並通過二次蝕刻形成線路圖形，得到所述陶瓷覆銅板。採用本發明提供的製備方法製備得到的陶瓷覆銅板，其表面線路具有較高的精度，同時表面線路層與陶瓷基板具有良好的附著力。
【專利說明】一種陶瓷覆銅板的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於陶瓷金屬化基板領域，尤其涉及一種陶瓷覆銅板的製備方法。
【背景技術】
[0002]總所周知，作為電子材料而被廣泛使用的陶瓷金屬化基板的製造方法鍍膜法和直接焊銅法。其中，鍍膜法形成的線路板與陶瓷基板的結合較差，而直接焊銅法雖然能保證銅層與陶瓷基板具有較高的結合力，又無法保證後續蝕刻時形成精度較高的金屬線路。
[0003]例如CN101483217A中公開一種LED高導熱陶瓷覆銅散熱電路板的製備方法，通過將10-100微米的銅箔表面先採用熱風氧化，然後與陶瓷基板複合並進行1060-1080°c共燒結，然後通過線路蝕刻，得到表面具有精細線路的陶瓷覆銅板。該方法中，採用厚度為10-100微米的銅箔與陶瓷基板進行共燒結，在燒結過程中銅箔會產生翹曲，難以得到良好良率的產品，制約其大規模的生產。
【發明內容】
[0004]本發明解決了現有技術中製備陶瓷覆銅板存在的銅層與陶瓷基板之間的良好附著力、以及陶瓷覆銅板表面線路高精度無法同時保證的技術問題。
[0005]因此，本發明提供了一種陶瓷覆銅板的製備方法，包括以下步驟:
S10、對厚度為0.2-0.6mm 的銅箔的一個表面進行氧化，在該表面形成氧化層；所述氧化的條件包括:氧化氛圍為含氧氮氣環境，所述氮氣中氧濃度為50-500ppm，氧化溫度為500-1000°C ；
S20、將銅箔具有氧化層的一個表面與氧化鋁陶瓷基板貼合，然後在1060-1080°C下共燒結，冷卻後得到表面具有銅箔的陶瓷覆銅基材；
S30、對陶瓷覆銅基材的銅箔表面進行刷磨至表面平整，然後採用蝕刻液進行一次蝕亥IJ，至陶瓷覆銅基材表面的銅層厚度為50-150微米；
S40、將經過一次蝕刻的陶瓷覆銅基材進行貼膜、曝光、顯影處理，然後採用蝕刻液進行二次蝕刻，形成線路圖形，得到所述陶瓷覆銅板。
[0006]本發明提供的陶瓷覆銅板的製備方法，實際仍為直接焊銅法，其採用厚度較大(0.2-0.6mm)的銅箔與氧化鋁陶瓷基板進行共燒結，能有效防止燒結過程中銅箔發生翹曲、鼓起的現象產生；然後對共燒結形成的陶瓷覆銅基材先採用一次蝕刻，使表面銅箔的厚度整體減薄至50-150微米，然後再通過二次蝕刻形成線路圖形，防止直接一次蝕刻時產生較大側蝕而使得線路精度降低。採用本發明提供的製備方法製備得到的陶瓷覆銅板，其表面線路具有較高的精度，同時表面線路層與陶瓷基板具有良好的附著力。
【具體實施方式】
[0007]本發明提供了一種陶瓷覆銅板的製備方法，包括以下步驟:
S10、對厚度為0.2-0.6mm的銅箔的一個表面進行氧化，在該表面形成氧化層；所述氧化的條件包括:氧化氛圍為含氧氮氣環境，所述氮氣中氧濃度為50-500ppm，氧化溫度為500-1000°C ；
S20、將銅箔具有氧化層的一個表面與氧化鋁陶瓷基板貼合，然後在1060-1080°C下共燒結，冷卻後得到表面具有銅箔的陶瓷覆銅基材；
S30、對陶瓷覆銅基材的銅箔表面進行刷磨至表面平整，然後採用蝕刻液進行一次蝕亥IJ，至陶瓷覆銅基材表面的銅層厚度為50-150微米；
S40、將經過一次蝕刻的陶瓷覆銅基材進行貼膜、曝光、顯影處理，然後採用蝕刻液進行二次蝕刻，形成線路圖形，得到所述陶瓷覆銅板。
[0008]發明人發現，現有技術中，採用鍍膜法製備陶瓷覆銅板時，由於表面線路層通過真空蒸發、濺射、化學鍍以及印刷金屬漿料等各種方法形成，形成的鍍層與陶瓷基板的附著力非常低。而採用直接焊銅法時，若直接採用厚度較小的銅箔與陶瓷基板共燒結，則燒結時銅箔會產生翹曲變形，大大降低銅箔層與陶瓷基板的附著力，導致產品良率較低。而採用厚度較大的銅箔與陶瓷基板共燒結後，得到的陶瓷覆銅基材表面的銅箔厚度較大，在後續蝕刻形成線路時所需蝕刻時間較長，側蝕現象嚴重，無法保證線路精度。
[0009]而本發明提供的陶瓷覆銅板的製備方法，實際仍為直接焊銅法，然後對後續形成線路的方法進行改進，保證其表面線路精度。具體地，本發明提供的製備方法包括先採用厚度較大(0.2-0.6mm)的銅箔與氧化鋁陶瓷基板進行共燒結，得到陶瓷覆銅基材，然後對該陶瓷覆銅基材表面的所有銅箔層進行一次蝕刻，使表面銅箔的厚度整體減薄至50-150微米，然後再通過二次蝕刻(即銅層表面選擇性蝕刻)形成線路圖形，防止直接一次蝕刻時產生較大側蝕而使得線路精度降低。採用本發明提供的製備方法製備得到的陶瓷覆銅板，其表面線路具有較高的精度， 同時表面線路層與陶瓷基板具有良好的附著力。
[0010]具體地，根據本發明的方法，先對厚銅箔的一個表面進行氧化，其步驟包括:將銅箔的一面放置於一個陶瓷墊板上，然後整體放入網帶燒結爐中進行氧化；其中，所述陶瓷墊板為氧化鋁陶瓷片。本發明中，所述氧化的條件包括:氧化氛圍為含氧氮氣環境，所述氮氣中氧濃度為50-500ppm。所述氧化溫度為本領域技術人員公知的能將銅箔表面輕微氧化形成氧化膜層的溫度，本發明沒有特殊限定。優選情況下，氧化溫度為500-1000°C ;在此氧化溫度下，陶瓷墊板與銅箔之間不會發生反應，從而可對銅箔的一個表面起到保護、防止其被氧化的作用。所述銅箔的厚度為0.2-0.6mm,優選為0.2-0.4mm。
[0011]本發明中，對銅箔的一個表面進行氧化時，採用的氧化氛圍為微氧氮氣環境(氮氣中氧濃度為50-500ppm)，相對於現有技術中採用的直接熱風氧化，此氧化氛圍更均勻，形成的氧化膜質量較高，便於後續與陶瓷基板進行共晶液相潤溼層。優選情況下，氮氣中氧濃度為 100_200ppm。
[0012]然後將一個表面具有氧化膜層的銅箔與氧化鋁陶瓷基板貼合，貼合時使銅箔上具有氧化膜層的一面與氧化鋁陶瓷基板接觸，然後在1060-1080°C下共燒結，優選共燒結的溫度為1064-1073°C。在本發明的共燒結溫度下，銅箔中的銅與氧化膜形成微量的銅-氧化亞銅共晶液相，該液相與陶瓷基板中的鋁、鎂、鋯、氧等元素形成銅鋁尖晶石共晶結合界面，從而使銅箔與陶瓷基板形成牢固的複合結構，即得到所述陶瓷覆銅基材。本發明中，所述氧化鋁陶瓷基板的厚度在常規厚度範圍即可，本發明沒有特殊要求，例如其厚度可為0.1-1.5_，優選為0.38-1_，但不局限於此。本發明中，所述氧化和共燒結均可在網帶燒結爐中進行。
[0013]根據本發明的方法，然後對陶瓷覆銅基材的銅箔表面進行刷磨處理。發明人發現，雖然本發明中所採用的銅箔的厚度較大，其在共燒時不會產生翹曲現象，但可能會導致銅箔表面厚度不均勻的現象產生。為了保證後續蝕刻時銅層表面的平整性，因此，在一次蝕刻之前，先對銅箔表面進行刷磨處理，至銅箔表面平整。所述刷磨採用刷磨機進行，該刷磨機為本領域技術人員常用的刷磨機，其包括兩個刷輥。優選情況下，第一個刷輥的尺寸為100-300目，第二個刷輥的尺寸為500-800目。通過兩個尺寸不同的刷輥對銅箔表面的刷磨，能基本去除銅箔表面厚度不均勻的情況。
[0014]優選情況下，步驟S30中，在對陶瓷覆銅基材進行刷磨之前，還包括將陶瓷覆銅基材放入5wt%硫酸中清洗的步驟,清洗時間為0.5-3min ,優選為l_2min。採用稀硫酸對陶瓷覆銅基材進行清洗的主要目的是防止銅箔氧化時另一面也發生微氧化，從而通過稀硫酸腐蝕去除該表面的輕微氧化膜。
[0015]然後，對經過刷磨的陶瓷覆銅基材採用蝕刻液進行一次蝕刻處理。如前所述，本發明中，一次蝕刻的作用是對陶瓷覆銅基材表面的銅箔層的厚度整體減薄，便於後續二次蝕刻的進行，即一次蝕刻是不具有選擇性的，而是針對銅箔的整個表面進行。所述一次蝕刻的方法採用蝕刻機進行，所述蝕刻機為本領域技術人員所公知，本發明中不再贅述。優選情況下，一次蝕刻採用的蝕刻機的蝕刻頭長度為l-4m，優選為l-3m。蝕刻時走板速度為
0.1-0.5m/min。蝕刻壓力為 0.1-0.4MPa，優選為 0.15-0.25MPa。
[0016]根據本發明的方法，通過一次蝕刻至陶瓷基板表面銅層厚度為50-150微米後，即可進行二次蝕刻，形成線路圖形。二次蝕刻的目的是使陶瓷基板表面的銅層形成所需圖形線路，因此，二次蝕刻是具有選擇性的，即需形成線路部分不能被蝕刻去除，而非線路部分則需被蝕刻去掉。選擇性二次蝕刻是通過貼膜、曝光、顯影實現的。所述貼膜、曝光、顯影的步驟為本領域技術人員所公知，本發明中沒有特殊限定。最後，曝光區的金屬銅在二次蝕刻時被保護，成為線路圖案，未曝光區域的金屬銅裸露於蝕刻液中被蝕刻去除。
[0017]所述二次蝕刻液也採用蝕刻機進行。優選情況下，二次蝕刻採用的蝕刻機的蝕刻頭長度為l-4m，優選為l-3m。蝕刻時走板速度為0.1-0.5m/min，蝕刻壓力為0.1-0.4MPa，優選為 0.15-0.25MPa。
[0018]本發明中，無論一次蝕刻、二次蝕刻，都是去除蝕刻區域的金屬銅，因此一次蝕刻、二次蝕刻時採用能將與金屬銅反應將其去除的各種蝕刻液即可，例如可以選自CuCl2溶液、FeCl3溶液、過硫酸銨溶液、硫酸/鉻酸混合液、硫酸/雙氧水混合液。一次蝕刻、二次蝕刻時採用的蝕刻液可以相同，也可以不同，本發明沒有特殊限定。
[0019]作為本發明的一種優選實施方式，在對陶瓷覆銅基材進行貼膜之前，還包括將該陶瓷覆銅基材採用刷磨機進行二次刷磨的步驟，其作用與步驟S30中刷磨的作用相同，都是使銅層表面平整。所述二次刷磨採用的刷磨機包括一個刷輥，該刷輥的尺寸為800目。二次刷磨時也可直接採用第一次刷磨時採用的刷磨機進行，只打開其中一個刷輥刷一次即可。
[0020]為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0021]實施例1
Cl)將銅片(厚度為0.3mm，尺寸為38mmX38mm)的一面與氧化鋁陶瓷墊板材料接觸，然後整體放在網帶燒結爐內的網帶上，爐內為微氧氮氣環境下(氮氣中氧濃度為200ppm)，在800°C下對銅片的一個表面進行氧化；然後將銅片的氧化面與氧化鋁陶瓷片(厚度為
0.38臟，尺寸為40mmX40mm)貼合，然後整體在1073°C進行共燒結，冷卻後得到單面覆銅的陶瓷覆銅基材Si。
(2)將該陶瓷覆銅基材SI放入5被％硫酸溶液中清洗lmin，然後放入刷磨機中進行表面刷磨平整化處理(刷磨機的先後兩個刷輥的目數分別為240目、600目)，再放入蝕刻頭為2m長的蝕刻機中進行一次蝕刻減薄處理，蝕刻液為FeCl3溶液，走板速度為0.12m/min，蝕刻壓力為0.2Mpa，蝕刻時間為16min ;水洗乾燥，得到減薄後的陶瓷覆銅基材J1。
(3)將減薄後的陶瓷覆銅基材Jl再放入刷磨機中進行二次刷磨處理(刷磨機僅打開一個刷輥，其目數為800目)，刷磨次數為I次，水洗乾燥；然後在黃光環境下，對經過二次刷磨處理的陶瓷覆銅基材Jl表面進行貼膜、曝光、顯影處理，然後再放入蝕刻頭為2m長的蝕刻機中進行二次蝕刻處理，蝕刻液為FeCl3溶液，走板速度為0.25m/min，蝕刻壓力為0.2Mpa，蝕刻時間為8min ;水洗乾燥，得到本實施例的陶瓷覆銅板Y1。
[0022]實施例2
採用與實施例1相同的步驟製備本實施例的陶瓷覆銅板Y2，不同之處在於:
步驟(1)中，銅片厚度為0.2_，得到的陶瓷覆銅基材記為S2 ;步驟(2)中，一次蝕刻時的走板速度為0.16m/min ;步驟(3)中，二次蝕刻時的走板速度為0.24m/min ；
通過上述步驟，步驟(2)得到的減薄後的陶瓷覆銅基材記為J2，步驟(3)最終得到的陶瓷覆銅板記為Y2。
[0023]實施例3
採用與實施例1相同的步驟製備本實施例的陶瓷覆銅板Y3，不同之處在於:
步驟(1)中，銅片厚度為0.4mm，得到的陶瓷覆銅基材記為S3 ;步驟(2)中，一次蝕刻時的走板速度為0.08m/min ;步驟(3)中，二次蝕刻時的走板速度為0.26m/min ；
通過上述步驟，步驟(2)得到的減薄後的陶瓷覆銅基材記為J3，步驟(3)最終得到的陶瓷覆銅板記為Y3。
[0024]實施例4
採用與實施例1相同的步驟製備本實施例的陶瓷覆銅板Y4，不同之處在於:
步驟(1)中，氮氣中氧濃度為60ppm，氧化溫度為1000°C，共燒結溫度為1080°C，得到的陶瓷覆銅基材記為S4 ;步驟(2)中，將陶瓷覆銅基材S4直接放入刷磨機先進行刷磨平整化處理，然後進行一次蝕刻，蝕刻液為硫酸/雙氧水混合液，走板速度為0.lm/min ;步驟(3)中，二次蝕刻時的走板速度為0.4m/min ；
通過上述步驟，步驟(2)得到的減薄後的陶瓷覆銅基材記為J4，步驟(3)最終得到的陶瓷覆銅板記為Y4。
[0025]對比例I
採用與實施例1相同的步驟製備本對比例的陶瓷覆銅板DY1，不同之處在於:
步驟(2)中,將陶瓷覆銅基材SI放入5wt%硫酸溶液中清洗lmin,然後放入刷磨機中進行表面刷磨平整化處理(刷磨機的先後兩個刷輥的目數分別為240目、600目)，然後在黃光環境下，對經過刷磨處理的陶瓷覆銅基材表面進行貼膜、曝光、顯影處理，然後再放入蝕刻頭為2m長的蝕刻機中進行蝕刻處理，蝕刻液為FeCl3溶液，走板速度為0.08m/min,蝕刻壓力為0.2Mpa，蝕刻時間為25min ;水洗乾燥，得到本對比例的陶瓷覆銅板DY1。
[0026]對比例2
採用與實施例2相同的步驟製備本對比例的陶瓷覆銅板DY2，不同之處在於:
步驟(2)中,將陶瓷覆銅基材S2放入5wt%硫酸溶液中清洗lmin,然後放入刷磨機中進行表面刷磨平整化處理(刷磨機的先後兩個刷輥的目數分別為240目、600目)，然後在黃光環境下，對經過刷磨處理的陶瓷覆銅基材表面進行貼膜、曝光、顯影處理，然後再放入蝕刻頭為2m長的蝕刻機中進行蝕刻處理，蝕刻液為FeCl3溶液，走板速度為0.lm/min,蝕刻壓力為0.2Mpa，蝕刻時間為20min ;水洗乾燥，得到本對比例的陶瓷覆銅板DY2。
[0027]對比例3
採用與實施例3相同的步驟製備本對比例的陶瓷覆銅板DY3，不同之處在於:
步驟(2)中,將陶瓷覆銅基材S3放入5wt%硫酸溶液中清洗lmin,然後放入刷磨機中進行表面刷磨平整化處理(刷磨機的先後兩個刷輥的目數分別為240目、600目)，然後在黃光環境下，對經過刷磨處理的陶瓷覆銅基材表面進行貼膜、曝光、顯影處理，然後再放入蝕刻頭為2m長的蝕刻機中進行蝕刻處理，蝕刻液為FeCl3溶液，走板速度為0.06/min,蝕刻壓力為0.2Mpa，蝕刻時間為33min ;水洗乾燥，得到本對比例的陶瓷覆銅板DY3。
[0028]對比例4 採用與實施例4相同的步驟製備本對比例的陶瓷覆銅板DY4，不同之處在於:
步驟(2)中，將陶瓷覆銅基材S4直接放入刷磨機中進行表面刷磨平整化處理(刷磨機的先後兩個刷輥的目數分別為240目、600目)，然後在黃光環境下，對經過刷磨處理的陶瓷覆銅基材表面進行貼膜、曝光、顯影處理，然後再放入蝕刻頭為2m長的蝕刻機中進行蝕刻處理，蝕刻液為硫酸/雙氧水混合液，走板速度為0.08m/min,蝕刻壓力為0.2Mpa，蝕刻時間為25min ;水洗乾燥，得到本對比例的陶瓷覆銅板DY4。
[0029]性能測試
1、一次蝕刻後銅厚測試
採用螺旋測微儀作為側厚工具，對實施例1-4中步驟(2)得到的減薄後的陶瓷覆銅基材J1-J4的總厚度(tl)進行測試，各基材中陶瓷片的厚度為t2，則一次蝕刻後得到的陶瓷覆銅基材表面銅厚t=tl-t2。測試時採用多點測試的方法，每組測試均在待測基材的邊角和中心分別取5點(A、B、C、D、F)進行測試。測試結果如表1所示。
表1
【權利要求】
1.一種陶瓷覆銅板的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: S10、對厚度為0.2-0.6mm的銅箔的一個表面進行氧化，在該表面形成氧化層；所述氧化的條件包括:氧化氛圍為含氧氮氣環境，所述氮氣中氧濃度為50-500ppm，氧化溫度為500-1000。。； S20、將銅箔具有氧化層的一個表面與氧化鋁陶瓷基板貼合，然後在1060-1080°C下共燒結，冷卻後得到表面具有銅箔的陶瓷覆銅基材； S30、對陶瓷覆銅基材的銅箔表面進行刷磨至表面平整，然後採用蝕刻液進行一次蝕亥IJ，至陶瓷覆銅基材表面的銅層厚度為50-150微米； S40、將經過一次蝕刻的陶瓷覆銅基材進行貼膜、曝光、顯影處理，然後採用蝕刻液進行二次蝕刻，形成線路圖形，得到所述陶瓷覆銅板。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟SlO中，所述銅箔的厚度為.0.2-0.4mm ;氮氣中氧濃度為100-200ppm。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，對銅箔的一個表面進行氧化的步驟包括:將銅箔的一面放置於一個陶瓷墊板上，然後整體放入網帶燒結爐中進行氧化；所述陶瓷墊板為氧化招陶瓷片。
4.根據權利要求1-3任一項所述的製備方法，其特徵在於，步驟S20中，所述氧化鋁陶瓷基板的厚度為0.1-1.5mm。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於，步驟S20中，所述氧化鋁陶瓷基板的厚度為0.38-lmm。
6.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟S20中，共燒結的溫度為1064-1073°C。
7.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟S30中，所述刷磨時採用的刷磨機包括兩個刷輥，第一個刷輥的尺寸為100-300目，第二個刷輥的尺寸為500-800目。
8.根據權利要求1或7所述的製備方法，其特徵在於，步驟S30中，在對陶瓷覆銅基材進行刷磨之前，還包括將陶瓷覆銅基材放入5wt%硫酸中清洗的步驟，清洗時間為.0.5-3min。
9.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟S40中，在對陶瓷覆銅基材進行貼膜之前，還包括將該陶瓷覆銅基材採用刷磨機進行二次刷磨的步驟；所述二次刷磨採用的刷磨機包括一個刷輥，該刷輥的尺寸為800目。
10.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟S30和S40中，所述蝕刻液各自獨立地選自CuCl2溶液、FeCl3溶液、過硫酸銨溶液、硫酸/鉻酸混合液、硫酸/雙氧水混合液。
11.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟S30中，一次蝕刻採用的蝕刻機的蝕刻頭長度為l_4m，蝕刻時走板速度為0.1-0.5m/min，蝕刻壓力為0.1-0.4MPa。
12.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟S40中，二次蝕刻採用的蝕刻機的蝕刻頭長度為l_4m，蝕刻時走板速度為0.1-0.5m/min，蝕刻壓力為0.1-0.4MPa。
【文檔編號】C04B41/91GK104072186SQ201310101343
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月27日 優先權日:2013年3月27日
【發明者】徐強, 林信平 申請人:比亞迪股份有限公司