CN106888551A - 一种陶瓷基覆铜板及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种陶瓷基覆铜板及其制备工艺，该陶瓷基覆铜板，包括有一陶瓷基片，该陶瓷基片上依次设计铝合金层、铜层、铜的加厚层，该铝合金层附着于陶瓷基片上，该铜层附着于铝合金层上，该铜的加厚层附着于铜层上。该陶瓷基覆铜板的制备工艺，包括基片化学清洗、基片物理处理、基片真空电镀、电镀加厚铜、热处理等步骤，该铝合金层与陶瓷基片之间具有较好的结合力，铝合金层、铜层、铜的加厚层之间也具有较好的结合力，加上在后续工序不使用氢氟酸，使得该工艺不仅稳固可靠而且利于环保生产。
Description
技术领域
本发明涉及电路板及其制备工艺领域技术，尤其涉及一种陶瓷基覆铜电路板及其制备方法。
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。现有技术中，多采用真空溅镀（DPC）工艺对陶瓷进行金属化。在真空溅镀过程中，先溅射一层钛层后溅射一铜层，然而在实际应用中，由于钛金属特别容易钝化，而溅射镀铜层不够致密, 在后续加工过程中药水浸泡时，难以确保钛层不被氧化、钝化。因此加厚镀铜层与钛层之间的附着力比较难以保证，容易出现抗剥离强度达不到要求。另外，金属钛的导热系数是15.24W/m·K，低于氧化铝陶瓷的导热系数24-28 W/m·K，更低于铝的导热系数237 W/m·K，这在一定程度上成为导热系数提高的瓶颈因素。最为严重的是，在陶瓷基覆铜板形成图形后，去除钛层要用氢氟酸，对环境保护增加很大的压力。
DPC工艺中钛与陶瓷结合主要是依靠固态置换反应使钛层和陶瓷基片连接在一起。铝这种活性金属，其反应吉布斯自由能为负值，反应容易实现，其抗剥离强更好，再且金属铝的导热系数是237W/m·K，远远高于金属钛，影响不到陶瓷的导热率。更为乐观的是去除铝不需要使剧毒的氢氟酸，免除了制造企业的环保风险。因此，真空溅镀铝的覆铜工艺，是陶瓷覆铜行业未来研究开发的方向。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种陶瓷基覆铜板及其制备工艺，所制得的覆铜基板具有优良的结合力且利于环保生产。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种陶瓷基覆铜板，包括陶瓷基片，所述陶瓷基片上依次设置有铝合金层、铜层、铜的加厚层，所述铝合金层附着于陶瓷基片上，所述铜层附着于铝合金层上，所述铜的加厚层附着于铜层上。
作为一种优选方案，所述陶瓷基片为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化硅陶瓷、玻璃陶瓷或蓝宝石陶瓷。
作为一种优选方案，所述铝合金为铝铜合金、铝锰合金、铝镁合金、铝钛合金、铝硼合金、铝硅合金或铝镍合金。
作为一种优选方案，所述的铝合金层的厚度大于5纳米，所述铜层的厚度大于5纳米。
作为一种优选方案，所述铜的加厚层是真空镀铜后的电镀铜加厚层。
一种陶瓷基覆铜板的制备工艺，包括以下工艺过程：
（1）所述陶瓷基片的化学清洗：对陶瓷基片进行脱脂除油，然后清洗烘干，去除陶瓷基片表面的杂质和污渍；
（2）所述陶瓷基片的物理处理：对化学清洗后的陶瓷基片表面进行物理处理；
（3）所述陶瓷基片的真空电镀：以真空电镀方式在物理处理后的陶瓷基片表面依序溅射一铝合金层、一铜层，所述铝合金层的大于5纳米，所述铜层的厚度大于5纳米；
（4）电镀所述铜的加厚层：在真空电镀的铜层基础上，进一步以电镀所述铜的加厚层，
（5）热处理，完成所述陶瓷基片的覆铜：对加厚完铜的陶瓷基片真空中温烘烤处理，以增加铝合金层与所述陶瓷基片的结合力。
作为一种优选方案，所述陶瓷基片的化学清洗采用酸性除油剂或碱性除油剂清洗。
作为一种优选方案，所述陶瓷基片的物理处理为等离子处理、表面拉丝、表面喷砂或表面机械磨刷。
作为一种优选方案，所述陶瓷基片的真空电镀为：真空电镀时真空度小于0.5Pa，加速电压5～500V,工艺温度为常温～200℃。
作为一种优选方案，电镀所述铜的加厚层的采用硫酸盐镀铜、焦磷酸盐镀铜或化学镀铜。
作为一种优选方案，所述热处理的条件为100-400度，烘烤10-200分钟。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：通过在陶瓷基片上依次设计有铝合金层、铜层，加上加厚镀铜后的热处理，得到金属层与陶瓷基片的结合更加稳固可靠，特别是未使用污染环境的氢氟酸，有利于绿色生产。
附图说明
图1 是本发明之较佳实施例的工艺流程图；
图2 是本发明之较佳实施例的氧化铝陶瓷基覆铜板铝钛合金工艺截面图；
图3 是本发明之较佳实施例的氧化铝陶瓷基覆铜板铝铜合金工艺截面图。
附图标识说明：20、氧化铝陶瓷基片 21、铝钛合金层 22、铜层 23、铜的加厚层30铝铜合金层
具体实施方式
为使本发明采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例1：
请参照图2 所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构：一种陶瓷基覆铜板，包括有一氧化铝陶瓷基片20，该氧化铝陶瓷基片20上依次设计铝钛合金层21、铜层22、铜的加厚层23，该铝钛合金层21 附着于氧化铝陶瓷基片20 上，该铜层22 附着于铝钛合金层21上，该铜的加厚层23 附着于铜层22 上；所述铝钛合金层21 的厚度为300纳米，所述铜层22的厚度为300纳米。
如图1 所示，一种陶瓷基覆铜板及其制备工艺，包括以下步骤：
（1）陶瓷基片的化学清洗：对氧化陶瓷基片20 进行碱性脱脂除油，然后清洗烘干，去除陶瓷基片表面的杂质和污渍；
（2）陶瓷基片的物理处理：对清洗后的氧化陶瓷基片20 表面进行等离子处理；
（3）陶瓷基片的真空电镀：以真空电镀方式在物理处理后的氧化陶瓷基片20 表面依序溅射一铝钛合金层21 、一铜层22 ，铝钛合金层21 的厚度为300纳米，所述铜层22 的厚度为300纳米；
（4）电镀铜的加厚层：在真空电镀的铜层22 以硫酸铜镀铜液电镀得到铜加厚层23 ，铜层厚度为35-40微米；
（5）热处理，完成陶瓷基片的覆铜：对加厚完铜的陶瓷基片进行250度烘烤处理60分钟，以增加铝钛合金层与陶瓷基片的结合力。
实施例2：
请参照图3 所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构：一种陶瓷基覆铜板，包括有一氧化铝陶瓷基片20，该氧化铝陶瓷基片20上依次设计铝铜合金层30、铜层22、铜的加厚层23，该铝铜合金层30 附着于氧化铝陶瓷基片20 上，该铜层22 附着于铝铜合金层30上，该铜的加厚层23 附着于铜层22 上；所述铝铜合金层30 的厚度为200纳米，所述铜层22的厚度为300 纳米。
如图1 所示，一种陶瓷基覆铜板及其制备工艺，包括以下步骤：
（1）陶瓷基片的化学清洗：对氧化铝陶瓷基片20 进行酸性脱脂除油，然后清洗烘干，去除氧化铝陶瓷基片20 表面的杂质和污渍；
（2）陶瓷基片的物理处理：对清洗后的氧化铝陶瓷基片20 表面进行拉丝处理；
（3）陶瓷基片的真空电镀：以真空电镀方式在活化后的氧化铝陶瓷基片20 表面依序溅射一铝铜合金层30 、一铜层22 ，铝铜合金层30 的厚度为200纳米，所述铜层22 的厚度为300纳米；
（4）电镀铜的加厚层：在真空电镀的铜层22 以焦磷酸铜镀铜液电镀得到铜的加厚层23，铜层厚度为60-70微米；
（5）热处理，完成陶瓷基片的覆铜：对加厚完铜的氧化铝陶瓷基片进行200度烘烤处理1.5小时，以增加铝铜合金层30 与陶瓷基片的结合力。
导热系数的测试方法及条件：采用ASTM-D5470 对所制得的氧化铝陶瓷覆铜基板与与氮化铝基覆铜基板进行测试。
附着力测试方法及条件：采用ICP-TM-650 2.4.8 对所制得的氧化铝陶瓷覆铜基板进行测试。
以导热系数为26W/m•K 的96% 1.0mm氧化铝陶瓷基板，氧化铝陶瓷基片上真空镀铝铜合金为例，具体测试数据如下：
上述内容仅为本发明的较佳实施例。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (11)
1.一种陶瓷基覆铜板，其特征在于：包括陶瓷基片，所述陶瓷基片上依次设置有铝合金层、铜层、铜的加厚层，所述铝合金层附着于陶瓷基片上，所述铜层附着于铝合金层上，所述铜的加厚层附着于铜层上。
2.根据权利要求1 所述的一种陶瓷基覆铜板，其特征在于：所述陶瓷基片为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、玻璃陶瓷或蓝宝石陶瓷。
3.根据权利要求2 所述的一种陶瓷基覆铜板，其特征在于：所述铝合金为铝铜合金、铝锰合金、铝镁合金、铝钛合金、铝硼合金、铝硅合金或铝镍合金。
4.根据权利要求3 所述的一种陶瓷基覆铜板，其特征在于：所述铝合金层厚度大于5纳米，所述铜层的厚度大于5纳米。
5.根据权利要求3 所述的一种陶瓷基覆铜板，其特征在于：所述铜的加厚层是真空镀铜后的电镀铜加厚层。
6.如权利要求1-6项任一项所述的陶瓷基覆铜板的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）所述陶瓷基片的化学清洗：对陶瓷基片进行脱脂除油，然后清洗烘干，去除陶瓷基片表面的杂质和污渍；
（2）所述陶瓷基片的物理处理：对化学清洗后的陶瓷基片表面进行物理处理；
（3）所述陶瓷基片的真空电镀：以真空电镀方式在物理处理后的陶瓷基片表面依序溅射一铝合金层、一铜层，所述铝合金层的厚度大于5纳米，所述铜层的厚度大于5纳米；
（4）电镀所述铜的加厚层：在真空电镀的铜层基础上，进一步以电镀方式电镀所述铜的加厚层；
（5）热处理，完成所述陶瓷基片覆铜：对加厚完铜的陶瓷基片真空中温烘烤处理，以增加铝合金层与所述陶瓷基片的结合力。
7.根据权利要求6所述陶瓷基覆铜板的制备工艺，其特征在于：所述陶瓷基片化学清洗采用酸性除油剂或碱性除油剂清洗。
8.根据权利要求7所述陶瓷基覆铜板的制备工艺，其特征在于：所述陶瓷基片物理处理为等离子处理、表面拉丝、表面喷砂或表面机械磨刷。
9.根据权利要求 8 所述陶瓷基覆铜板的制备工艺，其特征在于：所述陶瓷基片真空电镀为：真空电镀时真空度小于0.5Pa，加速电压5～500V,工艺温度为常温～200℃。
10.根据权利要求9所述陶瓷基覆铜板的制备工艺，其特征在于：电镀所述铜的加厚层采用硫酸盐镀铜、焦磷酸盐镀铜或化学镀铜。
11.根据权利要求10所述陶瓷基覆铜板的制备工艺，其特征在于：所述热处理的条件为100-400度，烘烤10-200分钟。
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