[发明专利]一种陶瓷基覆铜板的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷基覆铜板制造技术领域，具体涉及一种陶瓷基覆铜板的制造方法。

背景技术

陶瓷基覆铜板既具有陶瓷的高导热系数、高耐热、高电绝缘性、高机械强度、与硅芯片相近的热膨胀系数以及低介质损耗等特点，又具有无氧铜的高导电性和优异焊接性能，是当今电力电子领域功率模块封装、连接芯片与散热衬底的关键材料，广泛应用于各类电气设备及电子产品。

目前，陶瓷基覆铜板的制造方法主要有两种：(1)直接键合铜技术(DBC)、(2)直接镀铜技术(DPC)。

DBC是将Al₂O₃或AlN陶瓷基板的单面或双面覆上Cu板后，再经由高温1065～1085℃的环境加热，使Cu板表面因高温氧化、扩散与Al₂O₃基板产生Cu-Cu₂O共晶相，使铜板与陶瓷基板黏合，形成陶瓷基覆铜板。DBC对工艺温度的控制要求十分严苛，必须于温度极度稳定的1065～1085℃温度范围下，才能使铜层表面熔解为共晶相，实现与陶瓷基板的紧密结合，其制造成本高且不易解决Al₂O₃与Cu板间存在的微气孔或孔洞等问题，使得该产品的产能与成品率受到极大影响。因工艺能力的限制，Cu板的厚度下限约在150～300um之间，这使得其金属线路的解析度上限亦仅为150～300um之间(以深宽比1:1为标准)，若要制作细线路则必须采用特殊的处理方式将铜层厚度减薄，但这又会造成其表面平整度不佳和成本增加等问题，使得DBC陶瓷基覆铜板不适于要求高线路精准度与高平整度的共晶/覆晶工艺使用。

DPC是一种把真空镀膜与电镀技术结合在一起的覆铜板制造技术，其原理是先利用真空镀膜技术在Al₂O₃或AlN陶瓷基板上沉积一层铜膜，再用电镀技术进行铜膜的增厚。DPC的工艺温度一般低于400℃，避免了高温对于材料所造成的破坏或尺寸变异的现象。DPC陶瓷基覆铜板具有高散热、高可靠度、高精准度及制造成本低等优点。DPC陶瓷基覆铜板的金属线路解析度上限约在10～50um之间(以深宽比1:1为标准)，甚至可以更细，且表面平整度高，因此非常适合于要求高线路精准度与高平整度的覆晶/共晶工艺使用。

DPC陶瓷基覆铜板为当今最普遍使用的陶瓷基覆铜板，然而其对工艺技术的整合能力要求较高，这使得跨入DPC陶瓷基覆铜板产业并能稳定生产的技术门槛相对较高,产业化生产中存在的最大问题是陶瓷基板与铜箔的结合力难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全新的陶瓷基覆铜板制造方法，适合的陶瓷种类有：氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、二氧化钛陶瓷、氧化锆陶瓷、钛酸钙陶瓷、钛酸钡陶瓷、莫来石陶瓷、滑石瓷或玻璃陶瓷，生产效率高、质量稳定、成本低，制造的陶瓷基覆铜板具有孔隙率低、热导率高、剥离强度高的特点。

所述陶瓷基覆铜板的制造方法包括：

(1)陶瓷基板清洗

陶瓷基板清洗采用现有通用技术，一般步骤为：有机溶剂超声除油→去离子水超声清洗→压缩空气吹干。

(2)陶瓷基板的离子束清洗活化

采用气体离子源对陶瓷基板表面进行离子束清洗活化，工作气体可为Ar、N₂、O₂、其它惰性气体或它们的混合气，真空度为0.01～10Pa，优选为0.1～0.3Pa。清洗活化的工艺温度为常温～400℃，优选为200℃。

(3)陶瓷基板的金属离子注入

在真空度优于0.1Pa的情况下，对陶瓷基板进行金属离子注入，在陶瓷基板表面形成几纳米厚度的离子注入层(见图1、图2)。金属离子可为元素周期表中的Ag、Au、Al、Be、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Mn、Nb、Ni、Pt、Ta、W、Zr等金属离子中的一种或几种，离子注入的工艺温度为常温～400℃。离子注入的加速电压为5～100kV,注入剂量为1.0×10¹²～1.0×10¹⁸ion/cm²，优选为加速电压30kV、注入剂量3.0×10¹⁵ion/cm²。

(4)陶瓷基板的真空镀膜