金属化陶瓷基板的制造方法及其制造的金属化陶瓷基板与流程

本发明涉及陶瓷金属化技术领域，具体而言，涉及金属化陶瓷基板的制造方法及其制造的金属化陶瓷基板。

背景技术：

由于陶瓷材料表面结构与金属材料表面结构不同，焊接往往不能润湿陶瓷表面，也不能与之作用而形成牢固的黏结，因而陶瓷与金属的封接是一种特殊的工艺方法，即金属化的方法：先在陶瓷表面牢固的黏附一层金属薄膜，从而实现陶瓷与金属的焊接。

现有技术的陶瓷基板金属化方法有薄膜法和厚膜法，通过薄膜法制造的基板通孔密实性较差，金属层和陶瓷的结合力较低；通过厚膜法制造的基板金属层的导电率不高、镀覆的附着性差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属化陶瓷基板的制造方法，金属层与陶瓷的结合力高，制得的金属化陶瓷基板的密实性好。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述制造方法制造的金属化陶瓷基板，此金属化陶瓷基板的导电率高，镀覆附着性好，耐热循环性高。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种金属化陶瓷基板的制造方法及包括如下步骤：在陶瓷基板的表面形成钛层。在钛层的远离陶瓷基板的表面形成有机层。在有机层的远离钛层的表面形成铜浆层以形成金属化陶瓷基板前体。真空烧结金属化陶瓷基板前体。

一种金属化陶瓷基板，由上述的金属化陶瓷基板的制造方法制造而成。

本发明的较佳实施例提供的金属化陶瓷基板的制造方法及其制造的金属化陶瓷基板的有益效果是：

本发明提供的金属化陶瓷基板的制造方法，在陶瓷基板的表面形成钛层。在钛层的远离陶瓷基板的表面形成有机层。在有机层的远离钛层的表面形成铜浆层以形成金属化陶瓷基板前体。真空烧结金属化陶瓷基板前体。陶瓷为氮化铝陶瓷，在真空烧结的时候，真空烧结时温度比较高，钛层会扩散至氮化铝陶瓷基板中，与氮化铝发生反应形成氮化钛过渡层，提高了其结合力。同时，真空烧结的过程中，由于有机层的隔绝作用，钛层不会和铜浆层发生反应，阻止了钛层迁移到铜浆层，而有机层在真空烧结的时候会发生分解，其不会对金属化陶瓷基板的性能造成影响。

此外，此金属化陶瓷基板的导电率可以得到提高，镀覆附着性好，同时其具有优异的耐热循环性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明中形成钛层后的基板结构示意图；

图2为本发明中形成有机层后的基板结构示意图；

图3为本发明中形成铜浆层后的基板结构示意图；

图4为本发明中真空烧结后的基板结构示意图；

图5为本发明中第一步蚀刻后的基板结构示意图；

图6为本发明中第二步蚀刻后的基板结构示意图。

附图标记汇总：

陶瓷基板110；钛层120；有机层130；铜浆层140；氮化钛层150；光刻胶层160；铜层170。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的金属化陶瓷基板的制造方法进行具体说明。

金属化陶瓷基板的制造方法包括如下步骤：

第一工序：

选择陶瓷基板，例如：陶瓷基板可以选择为氮化铝陶瓷基板、氧化铝陶瓷基板或氮化硅陶瓷基板。优选设置：可以选择氮化铝陶瓷基板作为陶瓷基板，陶瓷基板的形状和厚度均不受限制，只要能够用于制备金属化陶瓷基板即可。

然后在陶瓷基板的表面形成钛层，例如：可以采用溅射或蒸镀的方法使陶瓷基板的表面形成钛层。优选设置：可以采用溅射的方法将钛层溅射于陶瓷基板的表面，优选地，钛层的厚度控制为0.4μm-0.6μm。

第二工序：

在钛层的远离陶瓷基板的表面形成有机层，该有机层不与钛层发生反应，却能防止钛层发生氧化，有机层例如可以为聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素类化合物、丙烯酸类树脂类化合物等，为了使有机层对钛层和铜浆层的隔绝效果更好，同时，更容易发生分解，优选设置：有机层例如可以选用丙烯酸树脂层，其在高温下能够完全分解掉，将丙烯酸树脂层印刷至钛层的远离陶瓷基板的表面，并使丙烯酸树脂层的分散效果较好。形成有机层的方法并不需要特别地加以限定，例如可以采用浸涂、喷雾涂布等涂布法，丝网印刷、胶版印刷等印刷法等公知的涂布方法。更佳地，用丝网印刷机在钛层的远离陶瓷基板的表面整版印刷丙烯酸树脂层，使丙烯酸树脂层均匀分散于钛层的表面，且其厚度较为均匀，后续不同区域的丙烯酸树脂层在高温下分解的时间大致相同，利于进行生产掌控。

第三工序：

在有机层的远离钛层的表面形成铜浆层以形成金属化陶瓷基板前体。铜浆层的形成方法例如可以为将粘度为100mPa·s-200mPa·s的铜浆涂覆于有机层的远离钛层的表面并在90℃-110℃下干燥5min-15min，铜浆层的厚度优选为10μm-30μm。铜浆中含有一定的有机溶剂，为了使铜浆的附着效果更好，将铜浆在90℃-110℃下干燥5min-15min，使铜浆中的绝大部分有机溶剂挥发。本发明的铜浆例如可以选用厂家为TOYOCOLOR CO.,LTD.型号为TKP-201的铜浆，其中含有铜、银和一定的有机溶剂，其在100℃下干燥10min即可达到挥发绝大部分有机溶剂的效果。铜浆整版印刷于有机层的远离钛层的表面，有机层位于铜浆层与钛层之间并将铜浆层与钛层分隔开，且有机层不与铜浆层和钛层发生反应。

类似的实施方式还可以是：将铜浆层设置为铜合金层，铜的导电性好，铜合金层可以为铜铂合金层、铜银合金层或铜金合金层，由于铂与金的价格过高，为了降低金属化陶瓷基板的成本，选用铜银合金层。本发明中，铜合金层为铜银合金粉层或铜银合金焊片层，其也能够均匀地设置于有机层的远离钛层的表面。

第四工序：

真空烧结金属化陶瓷基板前体，真空烧结可以避免钛和铜浆与空气中的氧气接触，从而发生氧化。溅射的钛层扩散至氮化铝陶瓷基板中，钛与氮化铝陶瓷基板中的氮成分发生反应生成氮化钛过渡层。同时，钛层与陶瓷基板发生化学反应的过程中，丙烯酸树脂层将钛层与铜浆层隔开，避免钛层扩散到铜浆层中与铜浆层发生化学反应，钛层不会分布在铜浆层中，从而可以保证金属化陶瓷基板的铜浆层的导电率、铜浆层的附着性，使铜浆层的表面更加平整。在烧结的过程中，丙烯酸树脂层完全分解，丙烯酸树脂层将不会残留在金属化陶瓷基板中，不会影响金属化陶瓷基板的性能。同时，如果使用氧化铝陶瓷基板，则钛与氧化铝反应生成氧化钛；类似的实施方式还可以是：使用氮化硅陶瓷基板，则钛与氮化硅反应生成氮化钛。

为了使金属化陶瓷基板前体的烧结效果更好，真空烧结可以按以下方式进行：第一步，将金属化陶瓷基板前体置于温度为300℃-400℃的条件下脱脂1h-3h，在300℃-400℃的条件下，钛扩散至氮化铝中，与氮化铝发生化学反应形成氮化钛层。同时，铜浆中的有机溶剂完全挥发，此时有机层未发生分解，可以阻挡钛层迁移至铜浆层，同时，可以防止钛发生氧化，保证最终制得的金属化陶瓷基板具有较高的导电率，且铜浆层的镀覆附着性更好。铜浆层由于有机层的隔绝不会与钛层发生反应，钛层与氮化铝发生反应形成氮化钛，钛在氮化钛形成反应中被全部消耗，避免钛的浪费，形成的氮化钛层太厚，由于氮化钛层不吸收热应力，则其耐热冲击性差；氮化钛层太薄，则铜浆层和氮化铝陶瓷的结合力不够，由于钛层的厚度控制为0.4μm-0.6μm，氮化钛层的厚度为0.2μm-0.7μm，在保证氮化铝陶瓷基板和钛层较强的结合力的情况下得到的金属化陶瓷基板的耐热循环性高。

第二步，在低于铜的熔点(1083℃)以下的温度进行烧结，优选在800℃-950℃的条件下继续烧结10min-60min，这时丙烯酸树脂层发生分解，丙烯酸树脂层不再残留在金属化陶瓷基板中，不会影响金属化陶瓷基板的性能。同时铜浆中铜和银会和剩余少量未反应掉的钛在靠近基板侧发生反应生成二元或三元化合物。铜浆层转化成铜层，这样可以使铜层的镀覆附着性更好，同时，其结合也更加紧密。

第五工序：

对金属化陶瓷基板进行曝光显影、蚀刻，在金属化陶瓷基板上形成精细图案。本发明中，例如可以进行两步蚀刻形成精细图案。首先，对金属化陶瓷基板的铜层进行蚀刻，在铜层的远离陶瓷基板的表面形成光刻胶层，在光刻胶层的远离铜层的表面施加具有线路图案的光阻，形成第一图案化掩膜层，经曝光机曝光后通过显影溶液显影，将需要蚀刻掉的部分暴露出来。曝光机例如为UVLED曝光机，其几乎没有光能衰减，增强了曝光的稳定性，显影溶液例如为Na₂CO₃溶液，将铜层中需要蚀刻掉的部分暴露出来。对显影部分通过第一蚀刻液进行蚀刻形成第二图案化掩膜层，使金属化陶瓷基板的铜层被蚀刻掉，蚀刻后出现氮化钛层，第一蚀刻液例如为CuCl₂溶液，CuCl₂溶液与银发生置换反应，CuCl₂+Ag→CuCl+AgCl，对银进行蚀刻，同时，CuCl₂溶液与铜发生反应，CuCl₂+Cu→CuCl，对铜进行蚀刻。

第一步蚀刻以后，可以使用Na₂CO₃溶液将光刻胶层除去，将第二图案化掩膜层暴露出来，对金属化陶瓷基板的氮化钛层进行蚀刻，即对第二图案化掩膜层通过第二蚀刻液进行第二步蚀刻，使金属化陶瓷基板的氮化钛层被蚀刻掉，第二蚀刻液为双氧水和氨水体系的蚀刻液，即在双氧水和氨水中加入了乙二胺四乙酸络合剂形成的蚀刻液。优选设置：第二蚀刻液中双氧水的质量百分数为20wt％，乙二胺四乙酸(EDTA)的质量百分数为1wt％，第二蚀刻液的pH为7-9，呈弱碱性，在20℃-30℃下蚀刻20min-30min即可。同时，如果上述陶瓷基板与钛反应生成的是氧化钛层，也可以被蚀刻。

本发明中，陶瓷基板110的两个表面均可以依次形成钛层、有机层和铜浆层，真空烧结进行金属化陶瓷基板的制造，当然，也可以单面进行制造。

通过上述制造方法得到的金属化陶瓷基板的导电率高，镀覆附着性好，同时其具有优异的耐热循环性。

实施例1

请参阅图1，在氮化铝陶瓷基板110的表面溅射钛层120，且控制钛层120的厚度为0.5μm。

请参阅图2，用丝网印刷机将丙烯酸树脂层印刷至钛层120的远离陶瓷基板110的表面。

请参阅图3，将粘度为200mPa·s的铜浆涂覆于有机层130的远离钛层120的表面并在100℃的条件下干燥10min得到铜浆层140，控制其厚度为30μm，以形成金属化陶瓷基板前体。

请参阅图4，将金属化陶瓷基板前体置于400℃的条件下脱脂1h；再在800℃的条件下烧结60min，使钛层120与陶瓷基板110反应生成氮化钛层150，铜浆层140转化为铜层170。

请参阅图5，在铜层170的远离氮化钛层150的表面形成光刻胶层160，在光刻胶层160的远离铜层170的表面施加具有线路图案的光阻，形成第一图案化掩膜层，经UVLED曝光机曝光后通过Na₂CO₃显影溶液显影，将需要蚀刻掉的部分暴露出来。请参阅图6，使用Na₂CO₃溶液将光刻胶层160除去，使用双氧水加入了乙二胺四乙酸络合剂和氨水形成的蚀刻液，在20℃下对氮化钛层150蚀刻30min得到金属化陶瓷基板。

实施例2

在氮化铝陶瓷基板110的表面溅射钛层120，且控制钛层120的厚度为0.4μm。

用丝网印刷机将丙烯酸树脂层印刷至钛层120的远离陶瓷基板110的表面。

将粘度为100mPa·s的铜浆涂覆于有机层130的远离钛层120的表面并在90℃的条件下干燥15min得到铜浆层140，控制其厚度为10μm，以形成金属化陶瓷基板前体。

将金属化陶瓷基板前体置于300℃的条件下脱脂3h；再在950℃的条件下烧结10min得到金属化陶瓷基板。

实施例3

在氮化铝陶瓷基板110的表面溅射钛层120，且控制钛层120的厚度为0.6μm。

用丝网印刷机将丙烯酸树脂层印刷至钛层120的远离陶瓷基板110的表面。

将粘度为150mPa·s的铜浆涂覆于有机层130的远离钛层120的表面并在110℃的条件下干燥5min得到铜浆层140，控制其厚度为20μm，以形成金属化陶瓷基板前体。

将金属化陶瓷基板前体置于350℃的条件下脱脂1.5h；再在850℃的条件下烧结12min，使钛层120与陶瓷基板110反应生成氮化钛层150，铜浆层140转化为铜层170。

在铜层170的远离氮化钛层150的表面形成光刻胶层160，在光刻胶层160的远离铜层170的表面施加具有线路图案的光阻，形成第一图案化掩膜层，经UVLED曝光机曝光后通过Na₂CO₃显影溶液显影，将需要蚀刻掉的部分暴露出来。使用Na₂CO₃溶液将光刻胶层160除去，再使用双氧水加入了乙二胺四乙酸络合剂和氨水形成的蚀刻液，在25℃下对氮化钛层150蚀刻25min得到金属化陶瓷基板。

实施例4

在氮化铝陶瓷基板110的表面溅射钛层120，且控制钛层120的厚度为0.4μm。

用丝网印刷机将丙烯酸树脂层印刷至钛层120的远离陶瓷基板110的表面。

将粘度为100mPa·s的铜浆涂覆于有机层130的远离钛层120的表面并在90℃的条件下干燥15min得到铜浆层140，控制其厚度为20μm，以形成金属化陶瓷基板前体。

将金属化陶瓷基板前体置于300℃的条件下脱脂2.8h；再在900℃条件下烧结10min，使钛层120与陶瓷基板110反应生成氮化钛层150，铜浆层140转化为铜层170。

在铜浆层170的远离氮化钛层150的表面形成光刻胶层160，在光刻胶层160的远离铜层170的表面施加具有线路图案的光阻，形成第一图案化掩膜层，经UVLED曝光机曝光后通过Na₂CO₃显影溶液显影，将需要蚀刻掉的部分暴露出来。使用Na₂CO₃溶液将光刻胶层160除去，再用双氧水加入了乙二胺四乙酸络合剂和氨水形成的蚀刻液，在30℃下对氮化钛层150蚀刻20min得到金属化陶瓷基板。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。