[发明专利]一种陶瓷金属化基板的制造方法

说明书

本发明属于陶瓷金属化基板的制造技术领域。

众所周知，作为电子材料而被广泛使用的陶瓷金属化基板的制造方法有薄膜法、厚膜法、湿法金属化法及直接焊铜法等。

薄膜法是利用真空蒸发、溅射等在陶瓷基板表面上形成金属薄膜，经刻蚀形成金属化图形。该法优点是图形精度高，适合于高密度组装电路。缺点在于导体电阻大，另外，设备费用昂贵，制造成本高。

厚膜法是将含有金、银、铜等的导体浆料丝网印刷在陶瓷基板表面上，经烧结形成金属化图形。该法优点为工序少，适合规模化生产，缺点在于图形精度较低，难以在高精度组装电路中应用，另外，导体浆料中的玻璃成分往往使金属化图形表层钎焊性能降低。

湿法金属化法是指：在陶瓷基板的表面上采用化学镀和电镀形成金属化层，经刻蚀形成金属化图形。该方法可获得高精度的图形，适合于高精度组装电路，形成的金属层厚度从几微米到100微米，它还适合于大电流的功率电路，另外，制造成本低，适合组织规模化生产。该方法的不足之处在于：因为金属化层对陶瓷基板表面的附着力是通过金属铆钉的物理作用获得的，其耐热性能较差；又因为在化学镀时易发生跳镀，常使镀层附着力不均匀，可靠性受到较大影响。

所谓直接焊铜法是：利用铜～氧共晶原理，直接将铜箔和氧化铝陶瓷基板或者氮化铝陶瓷基板在一定的温度和气氛中进行共晶钎焊，形成陶瓷和铜的复合材料，再通过刻蚀将铜箔腐蚀成金属化图形。该方法因为利用了铜和氧反应生成的共晶液体在靠近陶瓷基板一面产生的润湿作用、扩散作用及化学作用，生成了铝酸铜复合氧化物，从而使铜箔的剥离强度达到5～10Kg/cm，而且，在850℃的高温下，强度也不降低。铜箔的厚度范围为0.2mm～0.6mm，特别适合于大电流的功率电路。但是，用此法形成的金属化图形的线宽不能小于0.25mm，所以它无法应用于高密度组装电路。

本发明的目的在于提供一种陶瓷金属化基板，其不仅具有高精度图形、优异的附着强度、钎焊性好的金属层，而且也具有良好的耐热性和抗热冲击能力，另外，还具有低的制造成本和便于组织规模化生产，既适合于高密度组装电路又适合于大电流的功率电路。

为达到上述目的，本发明的陶瓷金属化基板的制造方法为：将陶瓷基板表面经粗化等处理后，用化学镀和电镀形成铜金属化层，再湿法刻蚀成图形，然后，实施共晶钎焊，钎焊温度范围1065℃～1083℃，钎焊气氛为含有5～50ppm氧的氮气。

下面，以氧化铝陶瓷基板为例，按本发明的主要工艺流程图，作进一步描述。

图1主要工艺流程

图2陶瓷金属化基板

图3共晶钎焊装置示意图

1陶瓷基板  2铆钉孔  3化学镀铜膜  4电镀铜层  5共晶钎焊缝

A进口载物台  B炉体  C控制仪表  D出口载物台  E气体流量计

F炉架

I进   II预热氧化区   III钎焊区   IV冷却区  V出口

首先将氧化铝陶瓷基板1进行表面粗化处理，其目的是在陶瓷基板表面上形成铆钉孔2，粗化液可选择碱溶液，例如氢氧化钠、氢氧化钾等，也可以选择酸溶液，例如氢氟酸、硝酸等，表面粗糙度Ra的范围是：3μm～10μm，Ra小于3μm，铆钉作用不明显，Ra大于10μm，不仅要降低陶瓷基板表面光洁度，而且还容易引起刻蚀后铆钉孔内残铜，破坏图形间的绝缘。

粗化后的陶瓷基板进行超声波清洗，其作用在于将一些粗化后附着力弱的粒子清除干净。接着，可用氯化亚锡和盐酸溶液对陶瓷基板表面敏化处理；再用氯化钯和盐酸溶液对陶瓷基板表面进行活性处理，目的是让陶瓷基板表面有均匀的、数量足够的结晶核。

将上述处理好的氧化铝陶瓷基板化学镀铜，化学镀铜溶液的配方和操作条件按表1执行，得到化学镀铜膜3，其厚度范围为0.3μm～1.0μm。

        表1化学镀铜溶液配方和操作条件

        硫酸铜                   10g/l

        EDTA                     30g/l

        37％甲醛                 3g/l

        界面活性剂               适量

        PH(氢氧化钠)             12.8

        温度                     70℃

再将化学镀铜膜3按表2的溶液配方和操作条件进行电镀铜加厚，其铜层4的厚度范围为5μm～100μm。

              表2电镀铜溶液配方和操作条件