CN104538313B - 一种氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法，包括步骤：(1)于氧化铝陶瓷基板上先进行激光打孔；(2)在氧化铝陶瓷基板上的贯穿孔内壁表面涂敷厚膜铜系浆料于1000℃～1100℃烧结形成铜氧化物层，为孔内填充金属铜做处理；(3)制备略小于孔径的铜柱并将其填充贯穿孔内；(4)随后将整个氧化铝陶瓷基板置于炉中，于300℃下对铜柱进行预氧化处理；(5)在800℃～900℃还原气氛下对氧化铝陶瓷基板整体进行烧结；(6)在铜柱四周涂敷锡银铜钎料并在250℃下进行钎焊，实现铜柱和贯穿孔的气密连接；(7)对氧化铝陶瓷基板表面进行抛光处理，增加氧化铝陶瓷基板的平整度。
Description
技术领域：
本发明涉及一种氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法，其属于陶瓷基板金属化加工工艺领域。
背景技术：
由于电子行业的发展，单位电子器件功率的不断升高，其对电路基板散热的要求相应提高。适合做散热基板的材料有金属基板、陶瓷金属化基板、金属基复合材料等。相比于金属基板，陶瓷本身具有电阻高、绝缘性能好，导热率高，化学稳定性好，热稳定性优良，熔点高、可在高温下使用等优点。其中氧化铝陶瓷基板由于其具备较高的热导率且价格便宜等优点，被公认为有发展前景的散热基板材料。
目前适合于封装应用的氧化铝陶瓷基板工艺有：薄膜法、厚膜法、直接敷铜法等。薄膜法附着能力差、成本也较高且不易在贯穿孔内壁实现金属化。厚膜法在一定程度上解决了以上问题，但是依然无法满足贯穿孔内壁金属化的要求。再者，当氧化铝陶瓷基板表面分布有较多的贯穿孔且孔径较大时，由于厚膜浆料表面张力的作用，难以完全在孔内铺展，不能实现贯穿孔内填充金属铜的要求。
因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。
发明内容：
本发明提供一种氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法，其解决了贯穿孔氧化铝陶瓷基板制备困难，孔内填充的金属铜与氧化铝陶瓷基板的结合力差、大功率电流通过性差等问题。
本发明采用如下技术方案：一种氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法，其包括如下步骤：
步骤一：在氧化铝陶瓷基板上进行激光打孔；
步骤二：在氧化铝陶瓷基板上的贯穿孔内壁表面涂敷铜系电子浆料并于空气中1000℃～1100℃下烧结45分钟，实现铜氧化物层和氧化铝陶瓷基板的连接；
步骤三：将制备的小于贯穿孔内径的铜柱填充于贯穿孔中，初步实现贯穿孔内金属铜的填充；
步骤四：将步骤三中得到的氧化铝陶瓷基板置于高温炉中，并于300℃对铜柱进行预氧化处理30分钟，使铜柱表面形成均匀的氧化膜，利用铜柱加热氧化过程中体积的膨胀实现铜柱和贯穿孔的初次结合；
步骤五：将步骤四中得到的氧化铝陶瓷基板置于800℃～900℃，在N2+5％H2的还原气氛中烧结30分钟，将铜氧化物层及其铜柱表面的氧化膜还原成金属铜层，并通过高温扩散使铜柱和氧化铝陶瓷基板结合起来，实现孔内电导通；
步骤六：在铜柱的四周涂敷锡银铜钎料，并在250℃下钎焊30分钟，形成气密钎料层，进而实现铜柱和贯穿孔的气密连接；
步骤七：对步骤六中得到的氧化铝陶瓷基板表面进行抛光处理，增加氧化铝陶瓷基板的平整度。
进一步地，所述铜氧化物层厚度为5-50微米。
本发明具有如下有益效果：采用本发明氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法制备的氧化铝陶瓷基板可实现层间的电信号导通，且兼具理想的导热效果、高频特性、低损失、低成本及物理性能稳定等优点。
附图说明：
图1为本发明氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法的流程图。
图2A～2E为本发明氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的变化过程图。
其中：
1-氧化铝陶瓷基板；2-铜氧化物层；3-铜柱；4-金属铜层；5-铜柱层；6-气密钎料层。
具体实施方式：
请参照图1和图2所示，本发明氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法包括如下步骤：
步骤一：在氧化铝陶瓷基板1上进行激光打孔(如图2A所示)；
步骤二：在氧化铝陶瓷基板1上的贯穿孔内壁表面涂敷铜系电子浆料并于空气中1000℃～1100℃下烧结45分钟，实现铜氧化物层2和氧化铝陶瓷基板1的连接，铜氧化物层厚度为5-50微米(如图2B所示)；
步骤三：将制备的略小于贯穿孔内径的铜柱3填充于贯穿孔中，初步实现贯穿孔内金属铜的填充(如图2C所示)；
步骤四：将步骤三中得到的氧化铝陶瓷基板置于高温炉中，并于300℃对铜柱进行预氧化处理30分钟，使铜柱表面形成均匀的氧化膜，利用铜柱加热氧化过程中体积的膨胀实现铜柱和贯穿孔的初次结合；
步骤五：将步骤四中得到的氧化铝陶瓷基板置于800℃～900℃，在N2+5％H2的还原气氛中烧结30分钟，将铜氧化物层2还原成金属铜层4，将铜柱表面的氧化膜还原成铜柱层5，并通过高温扩散使铜柱和氧化铝陶瓷基板结合起来，实现孔内电导通，在此步骤中铜柱层5亦为金属铜层(请参阅图2D所示)；
步骤六：在铜柱的四周涂敷锡银铜钎料，并在250℃下钎焊30分钟，形成气密钎料层6，进而实现铜柱和贯穿孔的气密连接(如图2E所示)；
步骤七：对步骤六中得到的氧化铝陶瓷基板表面进行抛光处理，增加氧化铝陶瓷基板的平整度。
本发明主要的技术特点是铜系电子浆料氧化后和氧化铝陶瓷间发生化学反应，实现铜氧化物层和氧化铝陶瓷基板贯穿孔内壁的连接；铜柱表面形成的氧化膜和铜氧化物层在还原气氛下被还原成铜，且由铜原子的热扩散实现氧化铝陶瓷基板和铜柱的连接，实现氧化铝陶瓷基板上贯穿孔和孔内金属铜的连接，再通过钎焊工艺增强铜柱和氧化铝陶瓷基板的气密性和牢固性，尔后经过对氧化铝陶瓷基板表面的抛光，实现氧化铝陶瓷基板整体的平整和光洁。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤一：在氧化铝陶瓷基板上进行激光打孔；
步骤二：在氧化铝陶瓷基板上的贯穿孔内壁表面涂敷铜系电子浆料并于空气中1000℃～1100℃下烧结45分钟，实现铜氧化物层和氧化铝陶瓷基板的连接；
步骤三：将制备的小于贯穿孔内径的铜柱填充于贯穿孔中，初步实现贯穿孔内金属铜的填充；
步骤四：将步骤三中得到的氧化铝陶瓷基板置于高温炉中，并于300℃对铜柱进行预氧化处理30分钟，使铜柱表面形成均匀的氧化膜，利用铜柱加热氧化过程中体积的膨胀实现铜柱和贯穿孔的初次结合；
步骤五：将步骤四中得到的氧化铝陶瓷基板置于800℃～900℃，在N2+5％H2的还原气氛中烧结30分钟，将铜氧化物层及其铜柱表面的氧化膜还原成金属铜层，并通过高温扩散使铜柱和氧化铝陶瓷基板结合起来，实现孔内电导通；
步骤六：在铜柱的四周涂敷锡银铜钎料，并在250℃下钎焊30分钟，形成气密钎料层，进而实现铜柱和贯穿孔的气密连接；
步骤七：对步骤六中得到的氧化铝陶瓷基板表面进行抛光处理，增加氧化铝陶瓷基板的平整度。
2.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板贯穿孔内填充金属铜的方法，其特征在于：所述铜氧化物层厚度为5-50微米。
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