厚膜陶瓷複合基板的製造方法
2023-06-10 04:45:11 2
專利名稱：厚膜陶瓷複合基板的製造方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷複合基板製造技術，尤其涉及一種厚膜陶瓷複合基板的製造方 法。
背景技術：
鍍銅材料廣用於現今各種的產業領域中，如，於鍍銅溶液、鍍氰化銅溶液及鍍焦磷 酸銅溶液中，以直流電施加於作為陽極的銅與作為陰極的工作伴間使沉澱銅於工作件上， 或使用無電鍍銅溶液製造銅沉澱工作件，而以陶瓷為基材所製成的工作件即稱做鍍銅陶瓷 基材。目前，鍍銅陶瓷基材廣泛地應用於各種電子部件的製造中，如，半導體組件、小型通訊 裝置、繼電器、晶片載體及佩提葉組件等。傳統的製造方式是於陶瓷表面使用酸、噴沙等處理並接受無電鍍銅。另外的方式， 則使用幹薄膜方法施用另一種金屬於陶瓷基材上，如，氣相沉積，再施加鍍銅，前述的另一 種金屬可使用Co、Nb、Ta、Ti、Cu-Ni-Cr合金、Mo或W。傳統的製造鍍銅陶瓷基材的方法如 下1、將銅膜或銅板直接接合於陶瓷基材上，如美國陶瓷協會期刊61，1978，作者 A. K. Varchneya 及 R. J. Petti 所述；2、導電材料糊，如銀、金、銅及鎳通過印刷或其它方法施用於陶瓷基材上，直接進 行鍍層或數百度加熱之後進行鍍層。上述通過無電鍍銅沉澱的銅微粒直徑大，故銅微粒與陶瓷基材表面不規則部份的 接觸面積小。錨定效果差，銅微粒與陶瓷基材間的黏著性低。此外，沉澱微粒大，凹部變成 空間，處理化學品附著於凹部而降低黏著性。於後者採用傳導性糊，以及微粒大小為無電鍍 銅的微粒大小自20至30倍，因此傳導性材料微粒與陶瓷基材間的接觸面積變小，結果導致 錨定效果不良及黏著性降低。另，日本專利早期公告〔K0K0KU〕第63-4336及3-69191號則提出一種不於形成 銅膜前於基材表面上進行糙化處理而於陶瓷基材上形成銅膜的方法。此法是於陶瓷基材 表面上施用包含至少一種選自銅、鋅、鎘、鉍及鉛中者的漿液，形成底塗層。於介於350°C及 900°C間的溫度下非氧化環境中加熱塗底塗層的基材沉澱底塗層金屬或合金顆粒後，通過 包含鈀及/或鉬離子的溶液處理，以鈀及/或鉬置換金屬或合金顆粒表面。之後，通過無電 電鍍於陶瓷基材上經處理的底塗層上形成鎳、鈷或銅金屬膜。但是，先前技藝說明書顯示其 實例所確定的銅膜最佳粘合強度僅有2. 75kg/5mm Φ，S卩，0. 56kg/4mm2。需進一步改善銅膜 的粘著強度。另一種已揭露的先前技術中，通過無電電鍍於諸如氧化鋁等陶瓷基材上形成厚度 介於0. 5 μ m及2 μ m間的銅底塗層。經底層塗覆的基材於介於300°C及900°C間的溫度下 氧化環境中加熱，於陶瓷基材上形成氧化銅層。氧化銅層於介於200°C及900°C間的溫度下 於還原環境中加熱；將氧化銅層還原成金屬銅層。通過無電電鍍於金屬銅層上形成厚度介 於0. 5 μ m及2 μ m間的銅膜，也可通過電鍍於銅膜上形成額外銅膜，得到所需厚度。但是，此法中，金屬銅層與銅膜間的粘著強度無法充分改善，因為金屬銅層對無電電鍍所用的電 鍍液潤溼性差。此外，因為需於高溫下控制還原環境，形成-金屬銅層，故需昂貴且特殊的 爐具。不論前述或目前已知的複合陶瓷基板的製作，皆為薄膜處理，其皆須先形成一薄 膜金屬層於陶瓷基板上，再進行後續處理，若欲形成厚膜金屬層於陶瓷基板上，不但需反覆 成形，並且還無法形成均勻厚度，其耗時、耗力，成本驚人。因此，如何形成厚膜基板則為目 前產業亟欲解決的問題。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種厚膜陶瓷複合基板的製造方法，通過 在一密閉腔體中進行一真空擴散融合程序以使陶瓷基板能經此簡易程序與金屬厚膜緊密 接合，並形成一具有高厚度厚膜陶瓷複合基板。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種厚膜陶瓷複合基板的製造方法，該製造方法包括進行一金屬鍍膜程序，以形成一金屬鍍層於一陶瓷基板的表面上；進行一組裝程序以置放一金屬板於該陶瓷基板的所述金屬鍍層的表面上，並形成 一組裝陶瓷基板；進行一真空擴散融合程序，以融合所述組裝陶瓷基板上的所述金屬鍍層與該金屬 板，並形成一厚膜陶瓷複合基板。其中，所述金屬鍍膜程序進一步包含一電鍍步驟。所述金屬鍍膜程序進一步包含一濺鍍步驟。所述真空擴散融合程序在一密閉腔體內進行。所述密閉腔體包括一真空系統、一增溫系統、一冷卻系統與一加壓系統。所述加壓系統進一步包含一石墨夾具。其中，所述真空擴散融合程序進一步包括進行一第一增溫步驟；進行一恆溫步驟；進行一第二增溫步驟；進行一加壓融合步驟；進行一第一降溫步驟；與進行一第二降溫步驟，以強制冷卻至室溫。其中，所述第一增溫步驟需進行60分鐘。所述第一增溫步驟的操作真空度為10_3至KT1Torrt5所述恆溫步驟需進行30分鐘。所述恆溫步驟的操作真空度為10_9至KT3Torr。所述第二增溫步驟需進行30分鐘。所述第二增溫步驟的操作真空度為10_9至10_3Τοπ·。所述加壓融合步驟需進行180分鐘。所述加壓融合步驟操作真空度為10_9至KT3Torr
所述第一降溫步驟需進行60分鐘。所述第一降溫步驟的操作真空度為10_9至KT3Torr所述第二降溫步驟需進行120分鐘。所述金屬板的材料進一步包含銅。所述第一增溫步驟的操作溫度由室溫增溫至400°C。所述恆溫步驟的操作溫度維持於400°C。所述第二增溫步驟由400°C增溫至700°C 900°C。所述加壓融合步驟的操作溫度維持於700°C 900°C。所述加壓融合步驟進行時，啟動該加壓系統以施加壓力於該金屬板與該金屬鍍層 之間，且其操作壓力由20kg/cm2逐漸增壓至700kg/cm2 800kg/cm2。所述第一降溫步驟進行時，石墨夾具的操作壓力維持於700kg/cm2 800kg/cm2。所述第一降溫步驟進行時，該第一降溫步驟的操作溫度逐漸冷卻至400°C。所述第二降溫步驟進行時，該第二降溫步驟的操作溫度由400°C持續冷卻回室溫， 且該第二降溫步驟的操作壓力已釋放。所述金屬板的材料進一步包含鋁。所述第一增溫步驟的操作溫度由室溫增溫至300°C。所述恆溫步驟的操作溫度維持於300°C。所述第二增溫步驟的操作溫度由300°C增溫至500°C 650°C。所述加壓融合步驟的操作溫度維持於500°C 650°C。所述加壓融合步驟進行時，啟動所述加壓系統以施加壓力於該金屬板與該金屬鍍 層之間，且其操作壓力由20kg/cm2逐漸增壓至400kg/cm2 500kg/cm2。所述第一降溫步驟進行時，該石墨夾具的操作壓力維持於400kg/cm2 500kg/cm2.所述第一降溫步驟進行時，該第一降溫步驟的操作溫度逐漸冷卻至300°C。所述第二降溫步驟進行時，該第二降溫步驟的操作溫度由300°C持續冷卻回室溫， 且該第二降溫步驟的操作壓力已釋放。所述厚膜陶瓷複合基板的膜厚度大於等於0. 03mm。本發明所提供的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，具有以下優點本發明的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，通過一內置真空系統、增溫系統、冷卻系 統的密閉腔體進行一真空擴散融合程序，並通過石墨夾具將金屬素材(銅、鋁與鍍層陶瓷) 上下挾持以迭合固定，然後將設備腔體抽真空，並升溫於一定溫度及真空度時，於石墨夾具 上方施以壓力，以便於該等金屬素材(銅、或鋁、或鍍層陶瓷)進行一真空擴散融合程序，最 後冷卻至常溫，即完成本發明的厚膜陶瓷複合基板，採用本發明的製程能大為降低製作厚 膜陶瓷複合基板的時間與成本。
圖1為本發明的厚膜陶瓷複合基板的形成示意圖；圖2為本發明厚膜陶瓷複合基板的製造方法流程示意圖；圖3為本發明厚膜陶瓷複合基板的製造方法的真空擴散融合過程示意圖。
主要組件符號說明
100陶瓷基板
110金屬鍍層
120金屬板
130組裝陶瓷基板
140石墨夾具
150密閉腔體
210金屬鍍膜程序
220組裝程序
230真空擴散融合程序
310第一增溫步驟
320恆溫步驟
330第二增溫步驟
340加壓融合步驟
350第一降溫步驟
360第二降溫步驟
具體實施例方式下面結合附圖及本發明的實施例對本發明的方法作進一步詳細的說明。本發明在此描述一種厚膜陶瓷複合基板的製造方法，為了能徹底地了解本發明， 將在下列的描述中提出詳盡的結構及其組件。顯然地，本發明的施行並未限定於陶瓷複合 基板的技藝者所熟習的特殊細節。另一方面，眾所周知的結構及其組件並未描述於細節中， 以避免造成本發明不必要之限制。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳 細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其它的實施例中，且本發明的範圍不受限定，其以 之後的專利範圍為準。根據本發明之一較佳實施範例，如圖1與圖2所示，本發明提供一種厚膜陶瓷複合 基板的製造方法，其方法如下首先提供一陶瓷基板100以進行一金屬鍍膜程序210，此金 屬鍍膜程序210進一步包括一電鍍步驟或一濺鍍步驟，並形成一金屬鍍層110於陶瓷基板 100的表面上，此金屬鍍層110的材料進一步包含銅或鋁。之後，進行一組裝程序220以便 於將金屬板120置於陶瓷基板100的金屬鍍層110的表面上，並形成一組裝陶瓷基板130。 接著，將組裝陶瓷基板130置於加壓系統之一石墨夾具140上，進行一真空擴散融合程序 230，以便於組裝陶瓷基板130上的金屬板120能與金屬鍍層110相互融合，並形成一厚膜 陶瓷複合基板，其中，上述陶瓷複合基板的膜厚度約大於等於0. 03mm。參考圖3，上述的真空擴散融合程序230於一密閉腔體150內進行，此密閉腔體 150進一步包括一真空系統、一增溫系統、一冷卻系統與一加壓系統。上述的真空擴散融合 程序230進一步包含首先進行一第一增溫步驟310，其中，第一增溫步驟310需進行約60 分鐘，且其操作真空度約為10_3至KT1Torr ；然後進行一恆溫步驟320，其中，恆溫步驟320 需進行約30分鐘，且其操作真空度約為10_9至KT3Torr ；接著，進行一第二增溫步驟330，其 中，第二增溫步驟330需進行約30分鐘，且其操作真空度約為10_9至IO3Torr ；其次，進行一加壓融合步驟340，其中，加壓融合步驟340需進行約180分鐘，且其操作真空度約為10_9 至KT3Torr ；其後，進行一第一降溫步驟350，其中，第一降溫步驟350需進行約60分鐘，且 其操作真空度約為10_9至KT3Torr ；最後，進行一第二降溫步驟360，以強制冷卻至室溫即 20°C，其中，第二降溫步驟360需進行約120分鐘。當置於石墨夾具140上之組裝陶瓷基板130的金屬材料係為銅時，上述的第一增 溫步驟310的操作溫度由室溫增溫至400°C，且恆溫步驟320的操作溫度維持於400°C，而 上述之第二增溫步驟330由400°C再次增溫至700°C 900°C。此外，上述之加壓融合步驟 340的操作溫度維持於700°C 900°C，且於進行此加壓融合步驟340時啟動加壓系統的 石墨夾具140以施加壓力於金屬板120與金屬鍍層110之間，石墨夾具140的操作壓力由 20kg/cm2逐漸增壓至700kg/cm2 800kg/cm2。再者，當進行至第一降溫步驟350時，石墨 夾具140的操作壓力維持700kg/cm2 800kg/cm2，且操作溫度逐漸冷卻至400°C。最後，第 二降溫步驟360的操作溫度由400°C持續冷卻回室溫，且第二降溫步驟360的操作壓力已釋 放。當置於石墨夾具140上的組裝陶瓷基板130的金屬材料為鋁時，上述的第一增溫 步驟310的操作溫度由室溫增溫至300°C，且恆溫步驟320的操作溫度維持於300°C，而上 述的第二增溫步驟330由300°C再次增溫至500°C 650°C。此外，上述的加壓融合步驟340 的操作溫度維持於500°C 650°C，且於進行此加壓融合步驟340時啟動加壓系統的石墨夾 具140以施加壓力於金屬板120與金屬鍍層110之間，石墨夾具140的操作壓力由20kg/ cm2逐漸增壓至400kgcm2 500kg/cm2。再者，當進行至第一降溫步驟350時，石墨夾具140 的操作壓力維持400kg/cm2 500kg/cm2，且操作溫度逐漸冷卻至300°C。最後，第二降溫步 驟360的操作溫度由300°C持續冷卻回室溫，且第二降溫步驟360的操作壓力已釋放。顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需要在 其附加的權利要求項的範圍內加以理解，除了上述詳細的描述外，本發明還可以廣泛地在 其它的實施例中施行。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，該製造方法包括進行一金屬鍍膜程序，以形成一金屬鍍層於一陶瓷基板的表面上；進行一組裝程序以置放一金屬板於該陶瓷基板的所述金屬鍍層的表面上，並形成一組 裝陶瓷基板；進行一真空擴散融合程序，以融合所述組裝陶瓷基板上的所述金屬鍍層與該金屬板， 並形成一厚膜陶瓷複合基板。
2.根據權利要求1所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述金屬鍍膜 程序進一步包含一電鍍步驟。
3.根據權利要求1所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述金屬鍍膜 程序進一步包含一濺鍍步驟。
4.根據權利要求1所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述真空擴散 融合程序在一密閉腔體內進行。
5.根據權利要求4所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述密閉腔體 包括一真空系統、一增溫系統、一冷卻系統與一加壓系統。
6.根據權利要求5所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述加壓系統 進一步包含一石墨夾具。
7.根據權利要求1所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述真空擴散 融合程序進一步包括進行一第一增溫步驟；進行一恆溫步驟；進行一第二增溫步驟；進行一加壓融合步驟；進行一第一降溫步驟；與進行一第二降溫步驟，以強制冷卻至室溫。
8.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一增溫 步驟需進行60分鐘。
9.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一增溫 步驟的操作真空度為10_3至ΙΟ—Τοπ·。
10.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述恆溫步驟 需進行30分鐘。
11.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述恆溫步驟 的操作真空度為10_9至KT3Torr。
12.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第二增溫 步驟需進行30分鐘。
13.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第二增溫 步驟的操作真空度為10_9至KT3Torr。
14.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述加壓融合 步驟需進行180分鐘。
15.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述加壓融合步驟操作真空度為10_9至KT3Torr。
16.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一降溫 步驟需進行60分鐘。
17.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一降溫 步驟的操作真空度為10_9至KT3Torr。
18.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第二降溫 步驟需進行120分鐘。
19.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述金屬板的 材料進一步包含銅。
20.根據權利要求19所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一增 溫步驟的操作溫度由室溫增溫至400°C。
21.根據權利要求19所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述恆溫步 驟的操作溫度維持於400°C。
22.根據權利要求19所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第二增 溫步驟由400°C增溫至700°C 900°C。
23.根據權利要求19所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述加壓融 合步驟的操作溫度維持於700°C 900°C。
24.根據權利要求19所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述加壓融 合步驟進行時，啟動該加壓系統以施加壓力於該金屬板與該金屬鍍層之間，且其操作壓力 由 20kg/cm2 逐漸增壓至 700kg/cm2 800kg/cm2。
25.根據權利要求19所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一降 溫步驟進行時，石墨夾具的操作壓力維持於700kg/cm2 800kg/cm2。
26.根據權利要求19所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一降 溫步驟進行時，該第一降溫步驟的操作溫度逐漸冷卻至400°C。
27.根據權利要求19所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第二降 溫步驟進行時，該第二降溫步驟的操作溫度由400°C持續冷卻回室溫，且該第二降溫步驟的 操作壓力已釋放。
28.根據權利要求7所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述金屬板的 材料進一步包含鋁。
29.根據權利要求觀所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一增 溫步驟的操作溫度由室溫增溫至300°C。
30.根據權利要求觀所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述恆溫步 驟的操作溫度維持於300°C。
31.根據權利要求觀所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第二增 溫步驟的操作溫度由300°C增溫至500°C 650°C。
32.根據權利要求28所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述加壓融 合步驟的操作溫度維持於500°C 650°C。
33.根據權利要求觀所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述加壓融 合步驟進行時，啟動所述加壓系統以施加壓力於該金屬板與該金屬鍍層之間，且其操作壓力由 20kg/cm2 逐漸增壓至 400kg/cm2 500kg/cm2。
34.根據權利要求觀所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一降 溫步驟進行時，該石墨夾具的操作壓力維持於400kg/cm2 500kg/cm2。
35.根據權利要求觀所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第一降 溫步驟進行時，該第一降溫步驟的操作溫度逐漸冷卻至300°C。
36.根據權利要求觀所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述第二降 溫步驟進行時，該第二降溫步驟的操作溫度由300°C持續冷卻回室溫，且該第二降溫步驟的 操作壓力已釋放。
37.根據權利要求1所述的厚膜陶瓷複合基板的製造方法，其特徵在於，所述厚膜陶瓷 複合基板的膜厚度大於等於0. 03mm。
全文摘要
本發明公開一種厚膜陶瓷複合基板的製造方法，通過由一密閉腔體進行一真空擴散融合程序以使陶瓷基板能經此簡易程序與金屬厚膜緊密接合，並形成一具有高厚度厚膜的陶瓷複合基板。採用本發明的製程能大為降低製作厚膜陶瓷複合基板的時間與成本。
文檔編號H01L21/48GK102065647SQ20091022430
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者蔡東寶 申請人:皓亮企業有限公司