一种陶瓷表面导体线路的制作方法与流程

本发明涉及电子电器生产技术领域，特别涉及一种陶瓷表面导体线路的制作方法，为后期陶瓷电子元器件提供技术保证。

背景技术：

近年来，在陶瓷表面直接制造导体线路的方法得到了很快的发展，但是现有的制作方法都普遍存在一些缺点。

例如，经过压铸处理后形成的陶瓷基材，其结构极为简单，无法满足目前产品复杂3D结构需求，进而限制了产品的开发。

例如，专利CN104561955 A提及的在陶瓷基板上直接冲击铜镍工艺，但是该工艺对陶瓷基板的材质有特定的要求，例如氧化锆钛酸盐等陶瓷就不能实现金属化需求，即使可以冲击铜镍，工艺过程也容易出现全部上镀、和全部不上镀、漏镀、溢镀、导致导体线路厚度不均和不平整以及结合力不良等情况。

例如，专利CN102776492 B提及在陶瓷内混入功能粉体，但是因为混入金属氧化物或者其他金属化合物，从而改变陶瓷本身物理结构和电学性能，最后导致制作的导体线路完整性差，以及电气性能和可靠性受到影响。

例如，在陶瓷表面印刷银浆，再进行烧结将银浆固化到陶瓷表面处理，从而形成选择性导线线路，缺点是印刷银浆工艺无法在3D造型的产品上灵活实现，无法进行高精度的加工。

例如，在天线基材外侧涂覆镭雕涂层、电镀层及油漆涂层。该工艺需要涂覆特殊材质工艺复杂，且需要增加后喷涂保护不利于生产成本的控制。

因此开发一种新的陶瓷表面制作导体线路的方法是很有必要的。

技术实现要素：

鉴于现有技术陶瓷基体表面制造导体线路方法技术中工艺复杂、需要增加特殊添加物、原材料成本高、无法灵活实现3D表面加工等问题，提出了本发明的一种陶瓷表面导体线路的制作方法，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种陶瓷表面导体线路的制作方法，包括以下步骤：

步骤(1)加工陶瓷作为制作导体线路的载体；

步骤(2)按照所需导体线路图，对陶瓷表面进行处理形成粗糙的差异化表面；

步骤(3)将上述步骤(2)处理过的陶瓷，在含有催化金属盐和高分子载体的活化液中进行活化处理，使催化金属盐附着所述差异化表面上；

步骤(4)对上述步骤(3)处理后的陶瓷进行化学镀，首先在差异化表面形成金属催化层，再在所述金属催化层上沉积所需要的金属镀层，得到导体线路。

可选地，所述步骤(2)中对陶瓷表面采用激光照射处理，激光波长为193-1064nm，输出功率为10-100W，激光束移动速度为50-3000mm/s，脉冲频率设定为1-200kHz，填充线距为0.01-0.1mm。

可选地，所述步骤(3)的活化液中催化金属离子的含量为5-500ppm，高分子载体含量为0.1-5g/L。

可选地，所述步骤(3)的活化液中高分子载体为酸性硅溶胶。

可选地，所述步骤(3)的活化液中催化金属盐为钛、金、钯、银、铂及稀土金属盐中的一种或者多种。

可选地，所述步骤(3)的活化液中还含有酸性调节剂和表面活性剂；

所述酸性调节剂为盐酸，硫酸和磷酸中的一种或者几种，所述表面活性剂为萘磺酸盐或十二烷基磺酸钠。

可选地，所述活化液中酸性调节剂的含量为1-10％体积分数，表面活性剂的浓度为1-30ppm。

可选地，所述步骤(4)中化学镀所需的化学镀液为化学镀铜液或者化学镀镍液。

可选地，所述的化学镀铜液由可溶性铜盐、pH调节剂、络合剂、稳定剂、表面活性剂和还原剂组成。

可选地，所述可溶性铜盐为硫酸铜、氯化铜以及硝酸铜中的一种或者几种。

可选地，所述pH调节剂为NaOH、KOH、NH₃·H₂O中的一种或者几种。

可选地，所述络合剂为EDTA·2Na、EDTA·4Na、酒石酸钾钠和三乙醇胺中的一种或者几种。

可选地，所述稳定剂为2-2′联吡啶和硫氰酸钾中的一种或者几种。

可选地，所述表面活性剂为聚乙二醇。

可选地，所述还原剂为甲醛、水合肼和次亚磷酸钠中的一种或者几种。

可选地，所述化学镀的化学镀液为化学镀铜液，其中铜盐浓度为4-12g/L；pH调节剂为4-8g/L；络合剂包括酒石酸钾钠2-10g/L，EDTA·2Na10-30g/L以及三乙醇胺0.1-3g/L；稳定剂包括2-2′联吡啶1-10ppm，硫氰酸钾10-200ppm；表面活性剂为1-30ppm，还原剂甲醛为3-10g/L，化学镀时温度控制在40-70℃，时间控制在5-150分钟，铜镀层厚度为1-20um。

可选地，所述化学镀镍液由可溶性镍盐、pH缓冲剂、络合剂、稳定剂、表面活性剂和还原剂组成。

可选地，所述可溶性镍盐为硫酸镍、乙酸镍和次亚磷酸镍中的一种或者几种。

可选地，所述pH缓冲剂为乙酸钠、NH₃·H₂O中的一种或者几种。

可选地，所述络合剂为乳酸和柠檬酸中的一种或者几种。

可选地，所述稳定剂为碘化钾、碘酸钾、亚硫酸钠和硫酸亚铁中的一种或者几种。

可选地，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚(C₁₂H₂₅O.(C₂H₄O)n)，其中n值为4-6。

可选地，所述还原剂为次亚磷酸钠，形成的镍镀层磷含量为7-9％。

可选地，所述镍盐浓度为20-40g/L，pH缓冲剂调整pH值4-7之间；络合剂包括乳酸10-20ml/L，柠檬酸10-30g/L；稳定剂包括碘酸钾1-100ppm，亚硫酸钠10-200ppm，硫酸亚铁5-20ppm，表面活性剂为1-30ppm，还原剂为10-40g/L，化学镀时温度控制在60-85℃，时间控制在5-60分钟，镍镀层厚度在1-10um。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明使用的陶瓷载体是普通常见的陶瓷，不需要添加特殊物质，成本低；2、本发明满足复杂、超细线路(线宽、线距小于0.01mm)及三维立体线路的制作要求，针对目前消费电子行业体积越来越小，但天线性能要求越来越高的问题，提供了解决方案，可以应用到天线领域减少传输损耗，提升天线效率，缩短天线长度，适应更恶劣的天线环境；3、本发明不仅限于天线领域，还可应用于陶瓷封装、陶瓷电子元器件互联器件或电路上；4、本发明制作出的导体线路具备电气性能测试稳定，附着力测试良好优势，按照ISO2409附着力标准测试，可靠性达到ISO等级0级，具备良好的附着力和可靠性，不会出现镀层溢镀、漏镀、气泡或者脱落等情况。

本发明所使用的高分子载体，一端可以通过负电子聚集钯离子，一端容易吸附差异化表面的粗糙表面，而差异化后，未处理的表面不容易吸附高分子载体以及高分子载体上钯离子。

附图说明

图1为陶瓷基体表面导体线路制作流程示意图；

图2为采用本发明制作的陶瓷电子元器件；

图3为图2所示陶瓷电子元器件表面金属镀层放大图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的制作方法在陶瓷表面形成导体线路的制作流程如图1所示，依次包括制作陶瓷基体、陶瓷基体表面的差异化处理、对照射表面活化(未图示照射区域吸附物质)、形成导体催化层以及最终形成导体线路。

实施例1

(1)陶瓷基体的形成

将常见的陶瓷粉料进行注塑，再经烧结固化，精密机械加工(数控机床加工，CNC)，如车削及抛光等一个或几个步骤，加工成成品后作为制作选择性导体线路的载体。陶瓷基体为普通陶瓷，例如氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化硅、氧化铁、氧化钛、氧化钠陶瓷中任何一种或几种的混合物，并且在陶瓷基体制备工艺中不需要另外增加任何特殊功能添加物就可以满足形成电路的需要。

(2)陶瓷基体表面的差异化处理

按照所需导体线路图，对上述载体的表面用激光进行选择性照射，形成粗糙的差异化表面。激光波长为193-1064nm；输出功率为10-100W，激光束移动速度为50-3000mm/s，脉冲频率设定为1-200kHz，填充线距为0.01-0.1mm。粗糙的差异化表面能够为接下来的选择性活化提供吸附场所。

当然，陶瓷表面粗糙的差异化表面也可以采用化学刻蚀或机械加工的方式形成，例如使用掩膜法的化学刻蚀方法，用10％氢氟酸和50％硝酸混合液浸泡陶瓷基体形成粗糙的差异化表面；或者，通过数控机床加工或模具成型的方式在陶瓷基体上形成粗糙的差异化表面。

(3)活化溶液及化学镀铜液的配置

活化液配置

活化液中含有钯离子含量为5-500ppm，酸含量为1-10％体积分数，酸性硅溶胶高分子载体为0.1-5g/L,表面活性剂为1-30ppm。

化学镀铜液配置

铜盐浓度为4-12g/L，pH调节剂为4-8g/L、络合剂包括酒石酸钾钠2-10g/L，EDTA·2Na10-30g/L以及三乙醇胺0.1-3g/L；稳定剂包括2-2′联吡啶1-10ppm，硫氰酸钾10-200ppm；表面活性剂为聚乙二醇1-30ppm；还原剂甲醛为3-10g/L。

(4)陶瓷基体上导体线路的形成

将步骤(2)处理过的陶瓷，在步骤(3)中配置的活化液中进行活化处理，钯可以吸附在高分子载体上，进而吸附或嵌入至陶瓷的粗糙的差异化表面，即经过镭射的区域得到活化，有钯元素附着；而非镭射区没有得到活化，没有钯元素附着，实现良好的选择性活化。

再对处理后的陶瓷进行化学镀铜，在化学镀铜药液中，钯可以优先被还原，从而形成金属催化层，而后，铜离子在形成的金属催化层上被还原，从而在金属催化层上沉积符合要求的电路，温度控制在40-70℃，时间控制在5-150分钟，可获得厚度在1-20um的均匀铜镀层，具备无溢镀漏镀和电气性能稳定的优势。

实施例2

与实施例1不同的是，化学镀采用化学镀镍液，其配置为镍盐浓度为20-40g/L，pH缓冲剂调整pH值4-7之间；络合剂包括乳酸10-20ml/L，柠檬酸10-30g/L；稳定剂包括碘酸钾1-100ppm，亚硫酸钠10-200ppm，硫酸亚铁5-20ppm，表面活性剂1-30ppm，还原剂为次亚磷酸钠，浓度为10-40g/L，化学镀时温度控制在60-85℃，时间控制在5-60分钟，镍镀层厚度在1-10um，形成的镍镀层磷含量为7-9％，本实施例2形成的镍镀层具备优异的耐腐蚀能力和接触阻抗。

图2为采用本发明制作的陶瓷电子元器件，图3为图2所示陶瓷电子元器件表面金属镀层放大图，从图2和3中可以看出得到的导体线路非常的均一。通过本发明的方法，可以在陶瓷上获得均匀超细的集成线路，甚至达到线宽线距均小于0.01mm的导体线路。

本发明的优点在于：

1、本发明使用的陶瓷载体是普通常见的陶瓷，不需要添加特殊物质，成本低；2、本发明满足复杂、超细线路(线宽、线距小于0.01mm)及三维立体线路的制作要求，针对目前消费电子行业体积越来越小，但天线性能要求越来越高的问题，提供了解决方案，可以应用到天线领域减少传输损耗，提升天线效率，缩短天线长度，适应更恶劣的天线环境；3、本发明不仅限于天线领域，还可应用于陶瓷封装、陶瓷电子元器件互联器件或电路上；4、本发明制作出的导体线路具备电气性能测试稳定，附着力测试良好优势，按照ISO 2409附着力标准测试，可靠性达到ISO等级0级，具备良好的附着力和可靠性，不会出现镀层溢镀、漏镀、气泡或者脱落等情况。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。