一种超窄线宽线距金属化陶瓷基板及其制作方法与流程

本发明涉及元器件制作领域，更具体地说，涉及一种超窄线宽线距金属化陶瓷基板及其制作方法。

背景技术：

现有技术：目前现有技术是将金属片与陶瓷先烧结在一起形成金属化陶瓷基板，然后金属化陶瓷基板通过贴膜、曝光、显影等方式将图形转移到金属化层上，最后通过化学蚀刻方式再将图形蚀刻出来。

现有技术也有相应的技术提供窄间距的线路，如中国专利申请，申请号201710711171.9，公开日2017年12月12日，公开了提供一种高可靠度新型激光蚀刻工艺，包括以下步骤，s1：预备待加工的fpc电路板、pcb电路板或陶瓷集成电路板；s2：准备用于进行蚀刻加工的激光器；s3：对激光器发射的激光进行整形处理，形成平顶光与高斯光；s4：采用激光器对fpc电路板、pcb电路板或陶瓷集成电路板进行蚀刻加工，去除对应电路板上的保护膜，soldermask油墨层以及阻焊层，露出金属pad；且金属pad与金属pad间形成阻焊堤；实际操作过程中，焊盘可以小型化，做到0.1mm以下，非常有利于后续的线路密集化处理，且pi表面的平整度为+/-5微米，可以显著提高焊接性与元件的拉力值，减少underfill的使用，不会有传统fpc制作时的压合产生的溢胶，导致焊接面积变小，可靠性变差的问题，有效的防止细间距间的短路现象。但是金属化层厚度超过100μm，通过化学蚀刻有保障的线宽线距约为100μm，金属化层厚度达300μm后，通过化学蚀刻有保障的线宽线距为500μm。当金属化厚度达到700μm甚至更厚时，通过化学蚀刻侧蚀现象尤为严重，已经不再适合蚀刻厚铜工艺。另外申请号201710711171.9的专利主要描述的是先将陶瓷基板烧结完成后在加工图形，并且是激光蚀刻的是保护膜。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的针对于厚度较大的金属化工艺中侧蚀现象严重、质量低、尺寸不准确、生产成本高、不能生产超窄线宽线距等问题，本发明提供了一种超窄线宽线距金属化陶瓷基板及其制作方法，它可以快速在铜片上加工出超窄线宽线距图形，且没有或极大减少侧蚀现象，实现简化传统工艺的贴膜、曝光、显影等工序，节省时间、成本，简化工艺。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种超窄线宽线距金属化陶瓷基板工艺方法，步骤如下，

s1：通过机械加工、激光蚀刻或化学蚀刻等在铜片上将线路图形加工出来，然后清洗铜片；

s2：将清洗后的铜片放置在预氧化炉内，进行预氧化或通过丝网印刷将钎焊料整体印刷在含有线路图形的铜片上；

s3：将经过s2步骤处理后的铜片与陶瓷片叠放一起放置在烧结炉内烧结成一体；陶瓷片直接叠放或先经过表面处理后与铜片叠放；

s4：利用激光蚀刻、机械加工或化学蚀刻将s3制成的金属化陶瓷基板残余的铜去除，形成金属化陶瓷基板。

更进一步的，金属化陶瓷基板包括但不局限于dbc、dba、amb或dpc的金属化陶瓷基板，陶瓷种类包括氧化铝(al2o3)、氧化锆(zro2)、氧化锆增强氧化铝(zta)、氮化铝(aln)、氮化硅(si3n4)、碳化硅(sic)或石英玻璃(sio2)，金属层种类包括但不局限于铜(cu)、铝(al)或镍(ni)。

更进一步的，步骤s1线路图形的加工深度小于铜片的厚度。

更进一步的，线路图形中包含不少于两个定位结构。

更进一步的，机械加工、激光蚀刻或化学蚀刻出的电路图形尺寸和最终产品的电路图形尺寸之间通过缩放因子进行转换。

更进一步的，机械加工、激光蚀刻或化学蚀刻出的电路图形为在铜的一面加工出图形或在铜的双面加工出图形。

更进一步的，步骤s2中，对于在铜的一面加工的电路图形，预氧化方式时候，在图形面预氧化或非图形面预氧化；钎焊料整体印刷方式时候，钎焊料印刷在图形面或在非图形面都可。对于双面加工的图形，预氧化和钎焊料整体印刷方式在正面图形或反面图形。

更进一步的，步骤s3中的烧成一体，是将铜片预氧化面或印刷钎焊料的一面与陶瓷接触，然后烧结或焊接成一体，陶瓷一面或两面同时烧结或焊接在一起，或先烧结或焊接一面，然后再烧结或焊接另一面。

更进一步的，步骤s4所描述的残余的铜去除包括如下两个方面：

通过线路图形上的定位部位，利用机械加工、激光蚀刻或激光切割的方式将残余的铜去除；

通过线路图形上的定位部位，利用印刷阻蚀材料在铜片上，然后采用快速化学蚀刻方式将残余的铜蚀刻去除。

一种超窄线宽线距金属化陶瓷基板，采用上述任一所述的工艺方法制作而成。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

现有方案主要描述的是先将陶瓷基板烧结完成后在加工图形，并且是激光蚀刻的是保护膜。而本发明是先将图形做好再烧结在陶瓷上，并且激光蚀刻的铜，不是保护膜，蚀刻更加简单成本低。本方案采用激光蚀刻或机械加工可以快速在铜片上加工出线宽线距尺寸小于100μm的图形，且没有侧蚀现象；采用激光蚀刻或机械加工去除残余的金属，可以简化传统工艺的贴膜、曝光、显影等工序，节省时间、成本，简化工艺；采用化学蚀刻出图形的蚀刻因子可以提升两倍以上。整体成本低、效率高，产品质量高。

附图说明

图1为实施例1流程图；

图2为实施例2流程图；

图3为实施例3流程图；

图4为实施例4流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

本技术目的，是开发出一种可以解决现有技术问题，用于生产金属化陶瓷基板线路图形超窄线宽线距的技术。尤其是对于直接覆铜陶瓷基板双面板的产品生产过程。使用此技术，可以将金属化厚度超过100μm的陶瓷基板的图形线宽、线距控制在100微米以内。大大提高线路图形的精度与线宽线距的下限。通过本发明专利的技术，可以在金属化层厚度超过400μm的陶瓷基板上快速的生产线路图形尺寸小于100μm的超窄的线宽线距。

本技术公开了用于金属化陶瓷基板尤其dbc产品生产过程中，使用机械加工、激光蚀刻或机械加工、激光蚀刻与常规蚀刻相结合的方式，将铜箔加工成需要的精细图形，然后在烧结或焊接在陶瓷表面。从而达到精细的线宽、线距的目的。

在正常的金属化陶瓷基板产品生产过程中，先将整片铜箔敷接或焊接在陶瓷表面，然后通过化学蚀刻在陶瓷基板金属化层上加工出来电路图形，由于工艺的限制，在蚀刻过程中存在侧蚀现象，会使线路的精细度达不到要求。为了拓宽金属化陶瓷基板的应用范围，满足比如led倒装芯片封装(flipchip)、陶瓷球栅阵列封装(cbga)、陶瓷针栅阵列封装(cpgb)封装等高端封装领域要求线宽、线距小于100um的要求，发明本基板及其制作方法。

另外随着环保越来越受重视，传统的化学蚀刻也越来越受到限制，为了减少环境压力，本发明开发出一种精细线宽、线距蚀刻方法，大大提高线宽线距的下限值和精确度，使线路的精细度摆脱金属化层厚度的限制。更关键的是减少了陶瓷金属化基板的后道处理工序，也简化了后道处理的难度。

具体的步骤如下：

s1：通过机械加工或激光蚀刻或化学蚀刻在铜片上将超窄线宽线距精细线路图形加工出来，然后清洗铜片。金属化陶瓷基板包括但不局限于dbc、dba、amb、dpc等金属化陶瓷基板，陶瓷种类包括氧化铝、氧化锆、氧化锆增强氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、石英玻璃等，金属层种类包括但不局限于铜、铝、镍等。电路图形的加工深度小于铜片的厚度，加工方式为单面加工和双面加工。线路图形中包含不少于两个定位部位，定位部位为定位孔或定位圈或定位柱等方便机器识别的结构。机械加工或激光蚀刻或化学蚀刻出的电路图形尺寸和最终产品的电路图形尺寸之间具有一个缩放因子进行转换。所谓的缩放因子是指最终产品尺寸和加工图形尺寸之间的一个比值。图形在铜片上加工出来以后是在常温情况下的，将铜片烧结或焊接到陶瓷上以后是在高温情况下。由于高温导致铜片膨胀，会使铜片图形尺寸比常温下尺寸大。所以必须要考虑缩放因子才能做出准确的图形。比如：要做最终产品尺寸为10mm的圆，但是在铜片上加工出来的圆不能是10mm，要小于10mm，只有在小于10mm情况下，铜片在经过高温膨胀才能达到10mm。在高温情况下铜和陶瓷烧结成一体化后，即使再经过冷却到常温，圆图形和在高温时候的尺寸就基本上变化不大。

s2：将清洗后的铜片放置在预氧化炉内预氧化或通过丝网印刷将钎焊料整体印刷在含有精细线路图形铜片上。对于单面加工的图形，根据实际设计需要可以在图形面预氧化，也可以在非图形面预氧化；钎焊料可以印刷在图形面也可以印刷在非图形面。对于双面加工的图形，预氧化和印刷钎焊料可以在正面图形也可以在反面图形。

s3：将经过上述处理后的铜片与陶瓷片或经过表面处理的陶瓷片叠放一起放置在烧结炉内烧结成一体。结成一体是将铜片预氧化面或印刷钎焊料的一面与陶瓷接触然后烧结或焊接成一体。烧结或焊接成一体是指陶瓷的一面或两面可以同时烧结或焊接在一起，也可以指先烧结或焊接一面，然后再烧结或焊接另一面。

s4：利用激光蚀刻机或机械加工或化学蚀刻将烧结或焊接一体的金属化陶瓷基板残余的铜去除。残余的铜去除包括如下两个方面：通过精细线路图形上的定位部位，利用机械加工或激光蚀刻(切割)的方式将残余的铜去除。通过精细线路图形上的定位部位，利用印刷阻蚀材料在铜片上，然后采用快速化学蚀刻方式将残余的铜蚀刻掉。

实施例1

如图1所示，al2o3-dbc超窄线宽线距制作方法

本案用于al2o3-dbc超窄线宽线距方法，包括下述步骤：

s1、将规格134mm*184mm*0.50mm的铜片，通过机械加工方式将设计好的图形在铜面上加工出来。加工深度为0.45mm，选择缩放因子为1.05-1.5之间，本实施例采用缩放因子为1.14，mark点设置为3个。缩放因子的确定，一开始是我们做一个标准的金属片，比如说10*10，然后将铜片烧结到陶瓷上后冷却下来再测试尺寸为11.4*11.4。然后我们就知道缩放因子就等于11.4/10＝1.14。当然不同厚度的铜缩放因子也不相同，但是差别较小。可以通过上述的方法测量出不同厚度的铜的缩放因子。由于材料的膨胀系数不一样，本方案综合铜片以及加工工艺，在缩放因子1.14的时候效果最好。

s2、通过超声波与弱碱性清洗液将带有图形的铜片表面杂质清洗掉，此处使用的清洗液为弱碱性8848清洗液，也可以选择合适的其他型号清洗液进行清洗。

s3、通过预氧化炉将铜片的图形面预氧化。预氧化的氧浓度约为300ppm。

s4、将预氧化后的图形面与氧化铝陶瓷叠加在一起，再通过烧结炉，烧结在一起。氧化铝陶瓷规格为138mm*190mm*0.635mm。

s5、最后通过mark点定位，用激光蚀刻方式将残余的铜片切割掉。

实施例2

如图2所示，氧化锆增韧氧化铝(zta-dbc)超窄线宽线距制作方法

本案用于zta-dbc超窄线宽线距制作方法包含如下步骤：

s1、将规格134mm*184mm*0.60mm的铜片，通过激光加工方式将设计好的图形在铜面上加工出来。加工深度为0.46mm，考虑的缩放因子为1.18，mark点设置为2个。

s2、通过超声波与弱碱性8848清洗液将带有图形的铜片表面杂质清洗掉。

s3、通过预氧化炉将铜片的非图形面预氧化。预氧化的氧浓度约为300ppm。

s4、将预氧化后的图形面与zta陶瓷叠加在一起，再通过烧结炉，烧结在一起。氧化铝陶瓷规格为138mm*190mm*0.635mm。

s5、最后通过mark点定位，用激光蚀刻方式将残余的铜片切割掉。

实施例3

如图3所示，aln-dbc超窄线宽线距制作方法

本案用于aln-dbc超窄线宽线距制作方法包含如下步骤：

s1、将规格134mm*184mm*0.60mm的铜片，通过机械加工方式将设计好的图形在铜面上加工出来加工方式为双面同时加工。加工深度为0.40mm，考虑的缩放因子为1.2，mark点设置为2个。

s2、通过超声波与弱碱性8848清洗液将带有图形的铜片表面杂质清洗掉。

s3、通过预氧化炉将铜片的反面图形预氧化。预氧化的氧浓度约为300ppm。

s4、将aln陶瓷表面改性处理，使陶瓷表面适合dbc工艺。

s5、将预氧化后的铜片反面图形面与改性后的aln陶瓷叠加在一起，再通过烧结炉，烧结在一起。aln陶瓷规格为138mm*190mm*0.635mm。

s6、通过定位孔(mark点)，利用激光蚀刻和传统化学蚀刻方式分别将多余的铜去除。

实施例4

如图4所示，si3n4-amb超窄线宽线距制作方法

s1、将规格为110mm*110mm*0.50mm的铜片，通过传统化学蚀刻方式将设计好的图形在铜面上加工出来，加工方式为双面同时加工。加工深度正、反面都为0.20mm，考虑的缩放因子为1.1，mark点设置为3个。

s2、通过超声波与弱碱性8848清洗液将带有图形的铜片表面杂质清洗掉。

s3、通过丝网印刷的方式将活性金属钎焊料印刷在铜片的反面图形上。

s4、通过适当的工艺，将活性金属钎焊料中的有机物排出。

s5、将印刷有活性金属阿焊料的铜片和si3n4陶瓷叠加在一起，再通过烧结炉烧结在一起。si3n4陶瓷规格为114mm*114mm*0.32mm

s6、利用丝网印刷方式将阻蚀浆料印刷在铜面上，再通过快速化学蚀刻方式将残余的铜蚀刻掉。

实施例5

aln-dba超窄线宽线距制作方法

本案用于aln-dba超窄线宽线距制作方法包含如下步骤：

s1、用机械加工方式在规格为110mm*110mm*0.40mm的铝片上加工出超窄线宽线距的图形，加工深度为0.35mm，考虑伸缩因子为1.19，mark点设置为4个。

s2、通过超声波与弱碱性清洗液将带有图形的铝片表面杂质和氧化物清除掉。

s3、将规格为114mm*114mm*0.635mm的氮化铝陶瓷表面改性处理。

s4、将铝片图形面与经过表面改性处理氮化铝陶瓷叠加在一起在烧结炉内烧结，烧结温度为620℃。

s5、通过mark点定位，利用激光蚀刻方式将残余的铝切割掉。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。