大功率金属化陶瓷基板金属化方法 |
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| 申请号 | CN202311513688.9 | 申请日 | 2023-11-14 | 公开(公告)号 | CN117976545A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 福建华清电子材料科技有限公司; | 发明人 | 施纯锡; 冯家伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及大功率 金属化 陶瓷 基板 金属化方法，属于陶瓷基板金属化技术，包括原料预处理、金属粉一次 喷涂 、分离膜敷贴、局部热熔、二次喷涂、高温 烧结 、冷却后处理和性能检测，将陶瓷基板表面清洗，去除油污和杂质，然后干燥去除多余的 水 分，在陶瓷基板表面喷涂 金属粉末 ，在陶瓷基板上敷贴一张可在高温条件下分解的分离膜，根据所需要的 电路 结构形状，在陶瓷基板上进行局部的热熔处理，向分离膜的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，喷涂完成后将分离膜撕下，再对陶瓷基板进行高温烧结，冷却至室温，然后进行清洗、磨光和 抛光 处理，本发明在两层金属 覆盖 工艺之间穿插了分离膜的铺设与热熔，具有更高容错，成本低廉，易于操作，加工效率更高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.大功率金属化陶瓷基板金属化方法，其特征在于：包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 大功率金属化陶瓷基板金属化方法技术领域[0001] 本发明涉及陶瓷基板金属化技术领域，特别是涉及大功率金属化陶瓷基板金属化方法。 背景技术[0002] 陶瓷基板金属化工艺，是电子封装产业的关键技术。目前陶瓷基板金属化方法主要有薄膜法、厚膜法等。其中，薄膜法主要是采用磁控溅射工艺在陶瓷板上沉积金属层，该工艺需要昂贵的溅射设备使生产成本居高不下。厚膜法是将金属粉末与玻璃粉末压接在一起，烧结后粘附在陶瓷上，这种方法因为其中有玻璃体所以导电性能差。同时，这两种工艺都属于减法操作，需要对非线路部分进行蚀刻等后续工序才能形成电路图案，导致工艺复杂，既浪费了大量的金属也增加了环境污染。 [0003] 在公开号为CN108511349A的中国发明专利中提出一种陶瓷基板的金属化方法，通过图案化掩膜将喷涂金属粉体精确地的局限在预定导电线路位置，提高了导电线路的线宽精细度，采用烧结工艺不但增加了导电金属与陶瓷间结合力，提高了产品的稳定性，同时可高温分解的掩膜层在烧结过程中完全被去除，有效简化了工艺。这种采用加法方式直接在陶瓷基板上制导电线路的方法，相对于制作整版金属膜层然后刻蚀线路的减法制备方式，既减化了蚀刻流程，又减少了金属的使用量与环境的污染，设备简单、便宜降低了生产成本。 [0004] 上述对比文件提出的方法虽然一定程度的优化了生产工序，但是掩膜覆盖上之后仍然对金属喷涂方位有着较高要求，金属粉末喷涂时仍然可能喷涂至掩膜预设的线路图案外部，从而影响精准度，有鉴于此提出本申请。 发明内容[0006] 本发明采用的技术解决方案是：包括以下步骤： [0007] S1：原料预处理，将陶瓷基板表面清洗，去除油污和杂质，然后对陶瓷基板表面进行粗糙化处理，再对其进行冲洗，清洗后的陶瓷基板再进行全面干燥，去除多余的水分，使其表面粗糙且整洁，有利于后续金属粉末的附着； [0009] S3：分离膜敷贴，在陶瓷基板上敷贴一张可在高温条件下分解的分离膜，在基础的导电金属层上覆盖一层分离结构，用于将基层金属和二次喷涂的金属分离，仅留下线路喷涂的图案； [0010] S4：局部热熔，根据所需要的电路结构形状，在陶瓷基板上进行局部的热熔处理，将分离膜分解，使得分离膜在局部分解之后形成的凹陷区作为电路的导电线路图案； [0011] S5：二次喷涂，向分离膜的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，喷涂完成后将分离膜撕下，撕下分离膜的同时附着于分离膜上的金属粉末便可脱离，仅保留分布在分离膜凹陷区内的金属层； [0012] S6：高温烧结，将陶瓷基板放入烧结炉进行高温烧结，使金属粉末与陶瓷基板粘结稳固； [0013] S7：冷却后处理，将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，然后依次进行清洗、磨光和抛光处理，使其表面光滑； [0014] S8：性能检测，对制得的成品金属化的陶瓷基板进行各项性能的检测，合格后即可包装出厂。 [0016] 优选的，在步骤S2中，喷涂设备以大于300m/s的喷射速度在陶瓷基板的表面上来回喷涂，喷涂厚度为0.1‑10μm，形成基础的导电金属层。 [0017] 优选的，金属粉末的颗粒直径为0.1μm‑10μm。 [0018] 优选的，在步骤S5中，具体的操作方法为向分离膜局部分解形成的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，使得金属粉末在凹陷区堆积形成导电线路图案，喷涂完成后将分离膜撕下，使得喷涂在分离膜上而不与下层的导电金属层接触的金属粉末脱离。 [0020] 优选的，在步骤S7中，具体操作步骤为将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，得到金属化的陶瓷基板，之后通过溶剂清洗金属化的陶瓷基板表面，去除残留物和杂质，再通过打磨设备将金属化的陶瓷基板表面磨光，使得陶瓷基板表面具有一定的粗糙度，最后再使用抛光剂和抛光机对金属化的陶瓷基板表面进行抛光处理，使其表面光滑。 [0022] 本发明的有益效果是：本发明通过二次喷涂的方式在陶瓷基板的表面覆盖两层金属，实现充分金属化，下层金属作为基层，上层金属作为导电线路，且两层金属覆盖工艺之间穿插了分离膜的铺设与热熔，先通过在分离膜上构建电路图，然后再进行导电金属的喷涂，一方面具有更高容错，即便分离膜上的线路图案热熔操作出现失误，只需更换一个分离膜即可，成本低廉，易于操作，另一方面，在后续喷涂金属粉末时，分离膜上凹陷区形成的线路图案得以保留，而喷涂在分离膜上的金属粉末则可随着分离膜撕下而脱离，从而使得线路图案的喷涂更加精准，同时整体工艺流程得到简化，加工效率更高。附图说明 [0023] 图1为本发明的基本流程图。 具体实施方式[0024] 下面结合附图对本发明作进一步说明： [0025] 如图1所示。 [0026] 实施例1 [0027] 本实施例提供大功率金属化陶瓷基板金属化方法，包括以下步骤： [0028] S1：原料预处理，将陶瓷基板表面清洗，去除油污和杂质，然后对陶瓷基板表面进行粗糙化处理，再对其进行冲洗，清洗后的陶瓷基板再进行全面干燥，去除多余的水分，使其表面粗糙且整洁，有利于后续金属粉末的附着，所述陶瓷基板为氧化锆、氮化铝或氧化铝陶瓷板； [0029] S2：金属粉一次喷涂，在陶瓷基板表面喷涂金属粉末形成基础的导电金属层，作为基层金属，具体的，喷涂设备以大于300m/s的喷射速度在陶瓷基板的表面上来回喷涂，喷涂厚度为0.1μm，形成基础的导电金属层，金属粉末的颗粒直径为0.1μm，保证陶瓷基板的金属化，使得陶瓷基板能够适用于大功率设备使用，保证结构稳定性； [0030] S3：分离膜敷贴，在陶瓷基板上敷贴一张可在高温条件下分解的分离膜，在基础的导电金属层上覆盖一层分离结构，用于将基层金属和二次喷涂的金属分离，仅留下线路喷涂的图案； [0031] S4：局部热熔，根据所需要的电路结构形状，在陶瓷基板上进行局部的热熔处理，将分离膜分解，使得分离膜在局部分解之后形成的凹陷区作为电路的导电线路图案； [0032] S5：二次喷涂，向分离膜的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，喷涂完成后将分离膜撕下，撕下分离膜的同时附着于分离膜上的金属粉末便可脱离，仅保留分布在分离膜凹陷区内的金属层，具体的操作方法为向分离膜局部分解形成的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，使得金属粉末在凹陷区堆积形成导电线路图案，喷涂完成后将分离膜撕下，使得喷涂在分离膜上而不与下层的导电金属层接触的金属粉末脱离； [0033] S6：高温烧结，将陶瓷基板放入烧结炉进行高温烧结，使金属粉末与陶瓷基板粘结稳固，烧结温度高于喷涂金属的熔点，烧结环境为真空，或者氮气、氦气、氩气和氨气中的任一种或者几种的混合； [0034] S7：冷却后处理，将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，然后依次进行清洗、磨光和抛光处理，使其表面光滑，具体操作步骤为将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，得到金属化的陶瓷基板，之后通过溶剂清洗金属化的陶瓷基板表面，去除残留物和杂质，再通过打磨设备将金属化的陶瓷基板表面磨光，使得陶瓷基板表面具有一定的粗糙度，最后再使用抛光剂和抛光机对金属化的陶瓷基板表面进行抛光处理，使其表面光滑； [0035] S8：性能检测，对制得的成品金属化的陶瓷基板进行各项性能的检测，合格后即可包装出厂，具体的检测项目包括外观检查、电阻率检测、耐腐蚀性检测和热循环测试。 [0036] 对本实施例制得的金属化陶瓷基板性能检测，检测结果如下表： [0037]外观检查 电阻率/Ω·cm 耐腐蚀性 热循环测试 4 合格 11‑ CLASS 5级 合格 [0038] 通过上述数据能够看出，本实施例在优化工艺流程的前提下，制得的陶瓷基板各项性能仍然保持高水平，具有较高的市场前景。 [0039] 实施例2 [0040] 本实施例提供大功率金属化陶瓷基板金属化方法，包括以下步骤： [0041] S1：原料预处理，将陶瓷基板表面清洗，去除油污和杂质，然后对陶瓷基板表面进行粗糙化处理，再对其进行冲洗，清洗后的陶瓷基板再进行全面干燥，去除多余的水分，使其表面粗糙且整洁，有利于后续金属粉末的附着，所述陶瓷基板为氧化锆、氮化铝或氧化铝陶瓷板； [0042] S2：金属粉一次喷涂，在陶瓷基板表面喷涂金属粉末形成基础的导电金属层，作为基层金属，具体的，喷涂设备以大于300m/s的喷射速度在陶瓷基板的表面上来回喷涂，喷涂厚度为1μm，形成基础的导电金属层，金属粉末的颗粒直径为0.1μm，保证陶瓷基板的金属化，使得陶瓷基板能够适用于大功率设备使用，保证结构稳定性； [0043] S3：分离膜敷贴，在陶瓷基板上敷贴一张可在高温条件下分解的分离膜，在基础的导电金属层上覆盖一层分离结构，用于将基层金属和二次喷涂的金属分离，仅留下线路喷涂的图案； [0044] S4：局部热熔，根据所需要的电路结构形状，在陶瓷基板上进行局部的热熔处理，将分离膜分解，使得分离膜在局部分解之后形成的凹陷区作为电路的导电线路图案； [0045] S5：二次喷涂，向分离膜的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，喷涂完成后将分离膜撕下，撕下分离膜的同时附着于分离膜上的金属粉末便可脱离，仅保留分布在分离膜凹陷区内的金属层，具体的操作方法为向分离膜局部分解形成的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，使得金属粉末在凹陷区堆积形成导电线路图案，喷涂完成后将分离膜撕下，使得喷涂在分离膜上而不与下层的导电金属层接触的金属粉末脱离； [0046] S6：高温烧结，将陶瓷基板放入烧结炉进行高温烧结，使金属粉末与陶瓷基板粘结稳固，烧结温度高于喷涂金属的熔点，烧结环境为真空，或者氮气、氦气、氩气和氨气中的任一种或者几种的混合； [0047] S7：冷却后处理，将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，然后依次进行清洗、磨光和抛光处理，使其表面光滑，具体操作步骤为将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，得到金属化的陶瓷基板，之后通过溶剂清洗金属化的陶瓷基板表面，去除残留物和杂质，再通过打磨设备将金属化的陶瓷基板表面磨光，使得陶瓷基板表面具有一定的粗糙度，最后再使用抛光剂和抛光机对金属化的陶瓷基板表面进行抛光处理，使其表面光滑； [0048] S8：性能检测，对制得的成品金属化的陶瓷基板进行各项性能的检测，合格后即可包装出厂，具体的检测项目包括外观检查、电阻率检测、耐腐蚀性检测和热循环测试。 [0049] 对本实施例制得的金属化陶瓷基板性能检测，检测结果如下表： [0050] 外观检查 电阻率/Ω·cm 耐腐蚀性 热循环测试4 合格 11‑ CLASS 5级 合格 [0051] 本实施例相对实施例1而言，基层金属的喷涂厚度为1μm和金属粉末的颗粒直径为0.1μm，通过上述数据能够看出，本实施例在优化工艺流程的前提下，制得的陶瓷基板各项性能仍然保持高水平，具有较高的市场前景。 [0052] 实施例3 [0053] 本实施例提供大功率金属化陶瓷基板金属化方法，包括以下步骤： [0054] S1：原料预处理，将陶瓷基板表面清洗，去除油污和杂质，然后对陶瓷基板表面进行粗糙化处理，再对其进行冲洗，清洗后的陶瓷基板再进行全面干燥，去除多余的水分，使其表面粗糙且整洁，有利于后续金属粉末的附着，所述陶瓷基板为氧化锆、氮化铝或氧化铝陶瓷板； [0055] S2：金属粉一次喷涂，在陶瓷基板表面喷涂金属粉末形成基础的导电金属层，作为基层金属，具体的，喷涂设备以大于300m/s的喷射速度在陶瓷基板的表面上来回喷涂，喷涂厚度为1μm，形成基础的导电金属层，金属粉末的颗粒直径为0.5μm，保证陶瓷基板的金属化，使得陶瓷基板能够适用于大功率设备使用，保证结构稳定性； [0056] S3：分离膜敷贴，在陶瓷基板上敷贴一张可在高温条件下分解的分离膜，在基础的导电金属层上覆盖一层分离结构，用于将基层金属和二次喷涂的金属分离，仅留下线路喷涂的图案； [0057] S4：局部热熔，根据所需要的电路结构形状，在陶瓷基板上进行局部的热熔处理，将分离膜分解，使得分离膜在局部分解之后形成的凹陷区作为电路的导电线路图案； [0058] S5：二次喷涂，向分离膜的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，喷涂完成后将分离膜撕下，撕下分离膜的同时附着于分离膜上的金属粉末便可脱离，仅保留分布在分离膜凹陷区内的金属层，具体的操作方法为向分离膜局部分解形成的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，使得金属粉末在凹陷区堆积形成导电线路图案，喷涂完成后将分离膜撕下，使得喷涂在分离膜上而不与下层的导电金属层接触的金属粉末脱离； [0059] S6：高温烧结，将陶瓷基板放入烧结炉进行高温烧结，使金属粉末与陶瓷基板粘结稳固，烧结温度高于喷涂金属的熔点，烧结环境为真空，或者氮气、氦气、氩气和氨气中的任一种或者几种的混合； [0060] S7：冷却后处理，将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，然后依次进行清洗、磨光和抛光处理，使其表面光滑，具体操作步骤为将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，得到金属化的陶瓷基板，之后通过溶剂清洗金属化的陶瓷基板表面，去除残留物和杂质，再通过打磨设备将金属化的陶瓷基板表面磨光，使得陶瓷基板表面具有一定的粗糙度，最后再使用抛光剂和抛光机对金属化的陶瓷基板表面进行抛光处理，使其表面光滑； [0061] S8：性能检测，对制得的成品金属化的陶瓷基板进行各项性能的检测，合格后即可包装出厂，具体的检测项目包括外观检查、电阻率检测、耐腐蚀性检测和热循环测试。 [0062] 对本实施例制得的金属化陶瓷基板性能检测，检测结果如下表： [0063]外观检查 电阻率/Ω·cm 耐腐蚀性 热循环测试 4 合格 12.5‑ CLASS 5级 合格 [0064] 本实施例相对实施例1而言，基层金属的喷涂厚度为1μm和金属粉末的颗粒直径为0.5μm，通过上述数据能够看出，本实施例在优化工艺流程的前提下，制得的陶瓷基板各项性能仍然保持高水平，具有较高的市场前景。 [0065] 实施例4 [0066] 本实施例提供大功率金属化陶瓷基板金属化方法，包括以下步骤： [0067] S1：原料预处理，将陶瓷基板表面清洗，去除油污和杂质，然后对陶瓷基板表面进行粗糙化处理，再对其进行冲洗，清洗后的陶瓷基板再进行全面干燥，去除多余的水分，使其表面粗糙且整洁，有利于后续金属粉末的附着，所述陶瓷基板为氧化锆、氮化铝或氧化铝陶瓷板； [0068] S2：金属粉一次喷涂，在陶瓷基板表面喷涂金属粉末形成基础的导电金属层，作为基层金属，具体的，喷涂设备以大于300m/s的喷射速度在陶瓷基板的表面上来回喷涂，喷涂厚度为0.5μm，形成基础的导电金属层，金属粉末的颗粒直径为0.5μm，保证陶瓷基板的金属化，使得陶瓷基板能够适用于大功率设备使用，保证结构稳定性； [0069] S3：分离膜敷贴，在陶瓷基板上敷贴一张可在高温条件下分解的分离膜，在基础的导电金属层上覆盖一层分离结构，用于将基层金属和二次喷涂的金属分离，仅留下线路喷涂的图案； [0070] S4：局部热熔，根据所需要的电路结构形状，在陶瓷基板上进行局部的热熔处理，将分离膜分解，使得分离膜在局部分解之后形成的凹陷区作为电路的导电线路图案； [0071] S5：二次喷涂，向分离膜的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，喷涂完成后将分离膜撕下，撕下分离膜的同时附着于分离膜上的金属粉末便可脱离，仅保留分布在分离膜凹陷区内的金属层，具体的操作方法为向分离膜局部分解形成的凹陷区进行第二次的金属粉末喷涂，使得金属粉末在凹陷区堆积形成导电线路图案，喷涂完成后将分离膜撕下，使得喷涂在分离膜上而不与下层的导电金属层接触的金属粉末脱离； [0072] S6：高温烧结，将陶瓷基板放入烧结炉进行高温烧结，使金属粉末与陶瓷基板粘结稳固，烧结温度高于喷涂金属的熔点，烧结环境为真空，或者氮气、氦气、氩气和氨气中的任一种或者几种的混合； [0073] S7：冷却后处理，将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，然后依次进行清洗、磨光和抛光处理，使其表面光滑，具体操作步骤为将烧结后的陶瓷基板从高温炉中取出，自然冷却至室温，得到金属化的陶瓷基板，之后通过溶剂清洗金属化的陶瓷基板表面，去除残留物和杂质，再通过打磨设备将金属化的陶瓷基板表面磨光，使得陶瓷基板表面具有一定的粗糙度，最后再使用抛光剂和抛光机对金属化的陶瓷基板表面进行抛光处理，使其表面光滑； [0074] S8：性能检测，对制得的成品金属化的陶瓷基板进行各项性能的检测，合格后即可包装出厂，具体的检测项目包括外观检查、电阻率检测、耐腐蚀性检测和热循环测试。 [0075] 对本实施例制得的金属化陶瓷基板性能检测，检测结果如下表： [0076] 外观检查 电阻率/Ω·cm 耐腐蚀性 热循环测试4 合格 11.5‑ CLASS 5级 合格 [0077] 本实施例相对实施例1而言，基层金属的喷涂厚度为0.5μm和金属粉末的颗粒直径为0.5μm，通过上述数据能够看出，本实施例在优化工艺流程的前提下，制得的陶瓷基板各项性能仍然保持高水平，具有较高的市场前景。 |
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