一种陶瓷基板表面金属化的方法
技术领域
本发明属于陶瓷基板表面处理工艺技术领域,特别涉及一种陶瓷基板表面金属化的方法。
背景技术
陶瓷基板表面金属化可以使陶瓷与金属连接起来制成复合基板,结合了陶瓷材料优良的力学性能以及金属材料优异的导热、导电性能,是电真空陶瓷器件生产的关键技术。在陶瓷金属化过程中经常遇到如下问题:金属化强度偏低、膜层结合力差、致密度低、金属化面透光、易氧化等。这些不仅导致成品率减低,而且影响产品质量,因此不断研究提高金属化工艺水平,对于提高产品质量、促进真空电子器件的发展至关重要。
目前,陶瓷基板金属化的方法主要有化学镀法、电镀法、高温烧结被Ag(Ni)法、Mo-Mn烧结法、真空蒸发镀膜法和真空溅射镀膜法。
采用电镀法金属化工艺完成的陶瓷基板,该产品的后续生产工艺比较复杂而且生产周期长,不良率较高,也不能满足客户要求的线距0.08毫米的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种陶瓷基板表面金属化的方法。本发明通过调整陶瓷基板金属化膜系工艺,将现有的金铬层金属化膜系调整为钛钨层金属化膜系,缩短了产品生产周期,提高了产品的最终良品率,且进一步满足了客户对精细线路板(线距0.08毫米)的需求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
本发明的目的在于提供一种陶瓷基板表面金属化的方法,包括:
S1、镀鈦钨铜:在陶瓷基板表面依次进行镀鈦钨和镀铜处理(先镀鈦钨,再镀铜),处理条件为:真空度1×10-8,基片温度150-200℃,氩压4×10-3torr,偏压-200V,时间30min,膜厚:鈦钨0.05-0.1um,铜0.5-1um;
S2、脱脂:将S1所得基板放入脱脂液中,温度25℃-35℃,脱脂5min-10min后取出,用去离子水冲洗4-6次;其中,每1L脱脂剂包含酸性脱脂剂80-120ml、硫酸150-250ml,其余为水;
S3、酸化腐蚀:将S2所得基板放入腐蚀液中,室温下酸化腐蚀20-40s后,用去离子水冲洗2-3次;其中,每1L腐蚀液包含过硫酸钠150-250g、硫酸30-50ml,其余为水;
S4、酸化处理:将S3所得基板放入浓度为10-30vol%的硫酸溶液中,室温下酸化60-120s,然后取出放入浓度为10-30vol%的盐酸溶液中,室温下进行二次酸化,时间60-120s,酸化处理后用去离子水冲洗4-6次;
S5、贴膜:将S4所得基板进行贴膜,温度105-115℃,转速12.5mm/s,压力0.35Mpa,贴膜完毕后,冷却30min;
S6、下底铜镀铜:将S5所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度22-28℃反应15-25min,控制膜厚在3-5微米;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜60-110g、硫酸160-200g、氯离子40-60mg、整平剂2-4ml、光亮剂0.05-0.15ml,其余为水;
S7、线路铜镀铜:将S6所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度22-28℃进行镀铜,镀铜结束后,取出基板用去离子水冲洗4-6次;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜60-110g、硫酸160-200g、氯离子40-60mg、整平剂2-4ml、光亮剂0.05-0.15ml,其余为水;
S8、第一次镀镍:将S7所得基板置于镀液Ⅱ中,电流1-3A/dm2,温度45-55℃,反应10-20min,控制膜厚在3-9微米;其中,每1L镀液Ⅱ包含氨基磺酸镍250-300g、氯化镍8-14g、硼酸35-45g、润湿剂1-2.5ml、开缸剂3-7ml,其余为水,镀液Ⅱ的pH值为3-4.5;
S9、第二次镀镍:将S8所得基板置于镀液Ⅲ中,电流1-3A/dm2,温度45-55℃,反应120s,镀镍结束后,取出基板用去离子水冲洗4-6次;其中,每1L镀液Ⅲ包含氨基磺酸镍250-300g、氯化镍8-14g、硼酸35-45g、润湿剂1-2.5ml、开缸剂3-7ml、含磷添加剂3-7ml,其余为水,镀液Ⅲ的pH值为3.5-5;
S10、预镀金:将S9所得基板置于镀液Ⅳ中,电压2.8-3.2V,反应时间30s;其中,每1L镀液Ⅳ包含氰化金钾0.5-1.5g、柠檬酸2-6g、柠檬酸钾60-70g,其余为水,镀液Ⅳ的pH值为3.8-5.4,比重8-15Be;
S11、镀金:将S10所得基板置于镀液Ⅴ中,电流0.1-0.3A/dm2,温度63-71℃,反应4-6min,以控制膜厚在0.2-0.5微米,镀金结束后,取出基板用去离子水冲洗4-6次;其中,每1L镀液Ⅴ包含氰化金钾3-5g、开缸剂5ml、柠檬酸盐30-45g、光亮剂3-6ml,其余为水,镀液Ⅴ的pH值为5-6.5,比重12-18Be;
S12、去膜:将S11所得基板用浓度为10-30g/L的KOH溶液进行去膜处理,处理温度50-60℃;去膜完毕后,用去离子水冲洗基板4-6次,每次冲洗时间3-5min;
S13、蚀刻:用蚀刻液对S12所得基板进行蚀刻,下底铜层的蚀刻速度1.5-4m/min,线路铜层的蚀刻速度4-5.5m/min,蚀刻温度45-55℃;其中,每1L蚀刻液包含亚氯酸钠150ml、硫酸铵150g、碳酸铵70g、氯化铵30g、氨水250ml,其余为水;
S14、退钛钨:将S13所得基板用双氧水进行退钛钨处理,温度50-60℃,时间15s;
S15、脱水:将S14所得基板用无水乙醇进行脱水处理30s,然后于50-70℃干燥2min,再于120-210℃真空干燥120-240min;
S16、封闭:将S15所得基板用浓度为10vol%的TL-CS溶液进行封闭处理,温度38-42℃,时间3-10s,然后用去离子水冲洗基板4-6次,最后于50-70℃干燥2min,即得。
所述步骤S4酸化处理:将S3所得基板放入浓度为20vol%的硫酸溶液中,室温下酸化90s,然后取出放入浓度为20vol%的盐酸溶液中,室温下进行二次酸化,时间90s,酸化处理后用去离子水冲洗4次。
所述步骤S6下底铜镀铜:将S5所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度25℃反应20min,控制膜厚在3~5微米;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜80g、硫酸180g、氯离子50mg、整平剂3ml、光亮剂0.1ml,其余为水。
所述步骤S7线路铜镀铜:将S6所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度25℃进行镀铜,镀铜结束后,取出基板用去离子水冲洗4次;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜80g、硫酸180g、氯离子50mg、整平剂3ml、光亮剂0.1ml,其余为水。
所述步骤S8第一次镀镍:将S7所得基板置于镀液Ⅱ中,电流2A/dm2,温度50℃,反应15min,控制膜厚在3~9微米;其中,每1L镀液Ⅱ包含氨基磺酸镍280g、氯化镍12g、硼酸40g、润湿剂2ml、开缸剂5ml,其余为水,镀液Ⅱ的pH值为3.8-4.5。
所述步骤S9第二次镀镍:将S8所得基板置于镀液Ⅲ中,电流2A/dm2,温度50℃,反应120s,镀镍结束后,取出基板用去离子水冲洗4次;其中,每1L镀液Ⅲ包含氨基磺酸镍280g、氯化镍12g、硼酸40g、润湿剂2ml、开缸剂5ml、含磷添加剂5ml,其余为水,镀液Ⅲ的pH值为3.8-4.5。
所述步骤S10预镀金:将S9所得基板置于镀液Ⅳ中,电压3.0V,反应时间30s;其中,每1L镀液Ⅳ包含氰化金钾1g、柠檬酸4g、柠檬酸钾65g,其余为水,镀液Ⅳ的pH值为4-5,比重11-13Be。
所述步骤S11镀金:将S10所得基板置于镀液Ⅴ中,电流0.2A/dm2,温度65℃,反应5min,以控制膜厚在0.3~0.5微米,镀金结束后,取出基板用去离子水冲洗6次;其中,每1L镀液Ⅴ包含氰化金钾4g、开缸剂5ml、柠檬酸盐35g、光亮剂4ml,其余为水,镀液Ⅴ的pH值为5~6,比重12~15Be。
所述步骤S14退钛钨:将S13所得基板用双氧水进行退钛钨处理,温度55℃,时间15s。
本发明的陶瓷基板表面金属化的方法简化了后续整个生产流程,例如不需要镀保护铜、保护锡,且退镀工序也得到了相应的简化,只需要退铜、退钛即可,而不需要退保护锡、保护铜、退金,退铬,从而提高了生产效率,对于双面基板可一次成型无需分开做图形和电镀。
与现有技术相比,本发明的积极效果如下:
本发明通过调整陶瓷基板金属化膜系工艺,将现有的金铬层金属化膜系调整为钛钨层金属化膜系,缩短了产品生产周期,提高了产品的最终良品率,且进一步满足了客户对精细线路板(线距0.08毫米)的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下实施例中使用到的原料来源说明如下:
酸性脱脂剂FR:由美国安美特公司提供
整平剂MS:由美国安美特公司提供
光亮剂GS:由美国安美特公司提供
润湿剂HN-5:由香港TECHNICINC公司提供
开缸剂FFP:由香港TECHNICINC公司提供
含磷添加剂TS:由香港TECHNICINC公司提供
TL-CS:由香港TECHNICINC公司提供
开缸剂(434纯金补充剂):由香港TECHNICINC公司提供
柠檬酸盐(434辅助盐导电盐):由香港TECHNICINC公司提供
光亮剂(434A添加剂):由香港TECHNICINC公司提供
实施例1
S1、镀鈦钨铜:在陶瓷基板表面进行镀鈦钨和镀铜处理(先镀鈦钨,再镀铜),处理条件为:真空度1×10-8,基片温度150-200℃,氩压4×10-3torr,偏压-200V,时间30min,膜厚:鈦钨0.05-0.1um,铜0.5-1um;
S2、脱脂:将S1所得基板放入脱脂液中,温度30℃,脱脂10min后取出,用去离子水冲洗4次;其中,每1L脱脂剂包含酸性脱脂剂FR100ml、硫酸200ml,其余为水;
S3、酸化腐蚀:将S2所得基板放入腐蚀液中,室温下酸化腐蚀30s后,用去离子水冲洗2次;其中,每1L腐蚀液包含过硫酸钠200g、硫酸40ml,其余为水;
S4、酸化处理:将S3所得基板放入浓度为20vol%的硫酸溶液中,室温下酸化90s,然后取出放入浓度为20vol%的盐酸溶液中,室温下进行二次酸化,时间90s,酸化处理后用去离子水冲洗4次;
S5、贴膜:将S4所得基板进行贴膜,温度110℃,转速12.5mm/s,压力0.35Mpa,贴膜完毕后,冷却30min;
S6、下底铜镀铜:将S5所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度25℃反应20min,控制膜厚在3~5微米;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜80g、硫酸180g、氯离子50mg、整平剂MS3ml、光亮剂GS0.1ml,其余为水;
S7、线路铜镀铜:将S6所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度25℃进行镀铜,镀铜结束后,取出基板用去离子水冲洗4次;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜80g、硫酸180g、氯离子50mg、整平剂MS3ml、光亮剂GS0.1ml,其余为水;
S8、第一次镀镍:将S7所得基板置于镀液Ⅱ中,电流2A/dm2,温度50℃,反应15min,控制膜厚在3~9微米;其中,每1L镀液Ⅱ包含氨基磺酸镍280g、氯化镍12g、硼酸40g、润湿剂HN-52ml、开缸剂FFP5ml,其余为水,镀液Ⅱ的pH值为3.8-4.5;
S9、第二次镀镍:将S8所得基板置于镀液Ⅲ中,电流2A/dm2,温度50℃,反应120s,镀镍结束后,取出基板用去离子水冲洗4次;其中,每1L镀液Ⅲ包含氨基磺酸镍280g、氯化镍12g、硼酸40g、润湿剂HN-52ml、开缸剂FFP5ml、含磷添加剂TS5ml,其余为水,镀液Ⅲ的pH值为3.8-4.5;
S10、预镀金:将S9所得基板置于镀液Ⅳ中,电压3.0V,反应时间30s;其中,每1L镀液Ⅳ包含氰化金钾1g、柠檬酸4g、柠檬酸钾65g,其余为水,镀液Ⅳ的pH值为4-5,比重11-13Be;
S11、镀金:将S10所得基板置于镀液Ⅴ中,电流0.2A/dm2,温度65℃,反应5min,以控制膜厚在0.3~0.5微米,镀金结束后,取出基板用去离子水冲洗6次;其中,每1L镀液Ⅴ包含氰化金钾4g、开缸剂(434纯金补充剂)5ml、柠檬酸盐(434辅助盐导电盐)35g、光亮剂(434A添加剂)4ml,其余为水,镀液Ⅴ的pH值为5~6,比重12~15Be;
S12、去膜:将S11所得基板用浓度为20g/L的KOH溶液进行去膜处理,处理温度55℃;去膜完毕后,用去离子水冲洗基板4次,每次冲洗时间4min;
S13、蚀刻:用蚀刻液对S12所得基板进行蚀刻,下底铜层的蚀刻速度2.5m/min,线路铜层的蚀刻速度5m/min,蚀刻温度50℃;其中,每1L蚀刻液包含亚氯酸钠150ml、硫酸铵150g、碳酸铵70g、氯化铵30g、氨水250ml,其余为水;
S14、退钛钨:将S13所得基板用双氧水进行退钛钨处理,温度55℃,时间15s;
S15、脱水:将S14所得基板用无水乙醇进行脱水处理30s,然后于60℃干燥2min,再于160℃真空干燥180min;
S16、封闭:将S15所得基板用浓度为10vol%的TL-CS溶液进行封闭处理,温度40℃,时间6s,然后用去离子水冲洗基板4次,最后于60℃干燥2min,即得。
实施例2
S1、镀鈦钨铜:在陶瓷基板表面进行镀鈦钨和镀铜处理(先镀鈦钨,再镀铜),处理条件为:真空度1×10-8,基片温度150-200℃,氩压4×10-3torr,偏压-200V,时间30min,膜厚:鈦钨0.05-0.1um,铜0.5-1um;
S2、脱脂:将S1所得基板放入脱脂液中,温度25℃,脱脂5min后取出,用去离子水冲洗6次;其中,每1L脱脂剂包含酸性脱脂剂FR80ml、硫酸150ml,其余为水;
S3、酸化腐蚀:将S2所得基板放入腐蚀液中,室温下酸化腐蚀20s后,用去离子水冲洗3次;其中,每1L腐蚀液包含过硫酸钠150g、硫酸30ml,其余为水;
S4、酸化处理:将S3所得基板放入浓度为10vol%的硫酸溶液中,室温下酸化120s,然后取出放入浓度为30vol%的盐酸溶液中,室温下进行二次酸化,时间60s,酸化处理后用去离子水冲洗5次;
S5、贴膜:将S4所得基板进行贴膜,温度105℃,转速12.5mm/s,压力0.35Mpa,贴膜完毕后,冷却30min;
S6、下底铜镀铜:将S5所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度22℃反应25min,控制膜厚在3~5微米;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜60g、硫酸200g、氯离子40mg、整平剂MS2ml、光亮剂GS0.05ml,其余为水;
S7、线路铜镀铜:将S6所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度22℃进行镀铜,镀铜结束后,取出基板用去离子水冲洗5次;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜60g、硫酸200g、氯离子40mg、整平剂MS2ml、光亮剂GS0.05ml,其余为水;
S8、第一次镀镍:将S7所得基板置于镀液Ⅱ中,电流1A/dm2,温度45℃,反应20min,控制膜厚在3~9微米;其中,每1L镀液Ⅱ包含氨基磺酸镍250g、氯化镍8g、硼酸35g、润湿剂HN-51ml、开缸剂FFP3ml,其余为水,镀液Ⅱ的pH值为3.8~4.5;
S9、第二次镀镍:将S8所得基板置于镀液Ⅲ中,电流1A/dm2,温度45℃,反应120s,镀镍结束后,取出基板用去离子水冲洗5次;其中,每1L镀液Ⅲ包含氨基磺酸镍250g、氯化镍8g、硼酸35g、润湿剂HN-51ml、开缸剂FFP3ml、含磷添加剂TS3ml,其余为水,镀液Ⅲ的pH值为3.8-4.5;
S10、预镀金:将S9所得基板置于镀液Ⅳ中,电压2.8V,反应时间30s;其中,每1L镀液Ⅳ包含氰化金钾0.5g、柠檬酸2g、柠檬酸钾60g,其余为水,镀液Ⅳ的pH值为4-5,比重11-13Be;
S11、镀金:将S10所得基板置于镀液Ⅴ中,电流0.1A/dm2,温度63℃,反应6min,以控制膜厚在0.3~0.5微米,镀金结束后,取出基板用去离子水冲洗5次;其中,每1L镀液Ⅴ包含氰化金钾3g、开缸剂(434纯金补充剂)5ml、柠檬酸盐(434辅助盐导电盐)30g、光亮剂(434A添加剂)3ml,其余为水,镀液Ⅴ的pH值为5-6,比重12-15Be;
S12、去膜:将S11所得基板用浓度为10g/L的KOH溶液进行去膜处理,处理温度50℃;去膜完毕后,用去离子水冲洗基板5次,每次冲洗时间5min;
S13、蚀刻:用蚀刻液对S12所得基板进行蚀刻,下底铜层的蚀刻速度1.5m/min,线路铜层的蚀刻速度5.5m/min,蚀刻温度45℃;其中,每1L蚀刻液包含亚氯酸钠150ml、硫酸铵150g、碳酸铵70g、氯化铵30g、氨水250ml,其余为水;
S14、退钛钨:将S13所得基板用双氧水进行退钛钨处理,温度50℃,时间15s;
S15、脱水:将S14所得基板用无水乙醇进行脱水处理30s,然后于50℃干燥2min,再于120℃真空干燥240min;
S16、封闭:将S15所得基板用浓度为10vol%的TL-CS溶液进行封闭处理,温度38℃,时间10s,然后用去离子水冲洗基板5次,最后于50℃干燥2min,即得。
实施例3
S1、镀鈦钨铜:在陶瓷基板表面进行镀鈦钨和镀铜处理(先镀鈦钨,再镀铜),处理条件为:真空度1×10-8,基片温度150-200℃,氩压4×10-3torr,偏压-200V,时间30min,膜厚:鈦钨0.05-0.1um,铜0.5-1um;
S2、脱脂:将S1所得基板放入脱脂液中,温度35℃,脱脂10min后取出,用去离子水冲洗5次;其中,每1L脱脂剂包含酸性脱脂剂FR120ml、硫酸250ml,其余为水;
S3、酸化腐蚀:将S2所得基板放入腐蚀液中,室温下酸化腐蚀40s后,用去离子水冲洗3次;其中,每1L腐蚀液包含过硫酸钠250g、硫酸50ml,其余为水;
S4、酸化处理:将S3所得基板放入浓度为30vol%的硫酸溶液中,室温下酸化60s,然后取出放入浓度为10vol%的盐酸溶液中,室温下进行二次酸化,时间120s,酸化处理后用去离子水冲洗6次;
S5、贴膜:将S4所得基板进行贴膜,温度115℃,转速12.5mm/s,压力0.35Mpa,贴膜完毕后,冷却30min;
S6、下底铜镀铜:将S5所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度28℃反应15min,控制膜厚在3~5微米;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜110g、硫酸160g、氯离子60mg、整平剂MS4ml、光亮剂GS0.15ml,其余为水;
S7、线路铜镀铜:将S6所得基板置于镀液Ⅰ中,于温度28℃进行镀铜,镀铜结束后,取出基板用去离子水冲洗6次;其中,每1L镀液Ⅰ包含硫酸铜110g、硫酸160g、氯离子60mg、整平剂MS4ml、光亮剂GS0.15ml,其余为水;
S8、第一次镀镍:将S7所得基板置于镀液Ⅱ中,电流3A/dm2,温度55℃,反应10min,控制膜厚在3~9微米;其中,每1L镀液Ⅱ包含氨基磺酸镍300g、氯化镍14g、硼酸45g、润湿剂HN-52.5ml、开缸剂FFP7ml,其余为水,镀液Ⅱ的pH值为3.8~4.5;
S9、第二次镀镍:将S8所得基板置于镀液Ⅲ中,电流1A/dm2,温度55℃,反应120s,镀镍结束后,取出基板用去离子水冲洗5次;其中,每1L镀液Ⅲ包含氨基磺酸镍300g、氯化镍14g、硼酸45g、润湿剂HN-52.5ml、开缸剂FFP7ml、含磷添加剂TS7ml,其余为水,镀液Ⅲ的pH值为3.8-4.5;
S10、预镀金:将S9所得基板置于镀液Ⅳ中,电压3.2V,反应时间30s;其中,每1L镀液Ⅳ包含氰化金钾1.5g、柠檬酸6g、柠檬酸钾70g,其余为水,镀液Ⅳ的pH值为4-5,比重11-13Be;
S11、镀金:将S10所得基板置于镀液Ⅴ中,电流0.3A/dm2,温度71℃,反应4min,以控制膜厚在0.3-0.5微米,镀金结束后,取出基板用去离子水冲洗4次;其中,每1L镀液Ⅴ包含氰化金钾5g、开缸剂(434纯金补充剂)5ml、柠檬酸盐(434辅助盐导电盐)45g、光亮剂(434A添加剂)6ml,其余为水,镀液Ⅴ的pH值为5-6,比重12-15Be;
S12、去膜:将S11所得基板用浓度为30g/L的KOH溶液进行去膜处理,处理温度60℃;去膜完毕后,用去离子水冲洗基板6次,每次冲洗时间3min;
S13、蚀刻:用蚀刻液对S12所得基板进行蚀刻,下底铜层的蚀刻速度4m/min,线路铜层的蚀刻速度4m/min,蚀刻温度55℃;其中,每1L蚀刻液包含亚氯酸钠150ml、硫酸铵150g、碳酸铵70g、氯化铵30g、氨水250ml,其余为水;
S14、退钛钨:将S13所得基板用双氧水进行退钛钨处理,温度60℃,时间15s;
S15、脱水:将S14所得基板用无水乙醇进行脱水处理30s,然后于70℃干燥2min,再于210℃真空干燥120min;
S16、封闭:将S15所得基板用浓度为10vol%的TL-CS溶液进行封闭处理,温度42℃,时间4s,然后用去离子水冲洗基板6次,最后于70℃干燥2min,即得。
将上述实施例1-3所得陶瓷基板进行拉力、可焊性、膜厚测试,测试结果见表1。
测试标准或测试条件说明如下:
1、可焊性:美国连接电子学工业标准,
2、拉力:美国连接电子学工业标准
3、膜厚:X-Ray测厚仪
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。