CN113795091A - 一种低温烧结制备陶瓷电路板方法 - Google Patents
一种低温烧结制备陶瓷电路板方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113795091A CN113795091A CN202111098603.6A CN202111098603A CN113795091A CN 113795091 A CN113795091 A CN 113795091A CN 202111098603 A CN202111098603 A CN 202111098603A CN 113795091 A CN113795091 A CN 113795091A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- low
- temperature
- active
- copper
- ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 8
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 claims description 6
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 claims description 6
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 6
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 claims description 6
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 5
- NKBASRXWGAGQDP-UHFFFAOYSA-N 5-chlorosalicylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(Cl)=CC=C1O NKBASRXWGAGQDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 5
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- SWPMTVXRLXPNDP-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohexene-1-carbaldehyde Chemical compound CC1=C(C=O)C(C)(C)CC(O)C1 SWPMTVXRLXPNDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- YGSDEFSMJLZEOE-UHFFFAOYSA-N salicylic acid Chemical class OC(=O)C1=CC=CC=C1O YGSDEFSMJLZEOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
- C04B2237/122—Metallic interlayers based on refractory metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
- C04B2237/124—Metallic interlayers based on copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
- C04B2237/125—Metallic interlayers based on noble metals, e.g. silver
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
- C04B2237/403—Refractory metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
- C04B2237/407—Copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
- C04B2237/408—Noble metals, e.g. palladium, platina or silver
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
Abstract
本发明公开了一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，包括首先向纳米金属颗粒中添加活性金属颗粒，并加入有机溶剂，经搅拌、脱泡处理后得到纳米金属活性焊膏；然后在陶瓷基片表面通过丝网印刷涂覆活性焊膏；再在活性焊膏层上覆盖铜箔，经过低温烧结(<300℃)得到陶瓷覆铜板；最后通过光刻、显影和刻蚀工艺在铜层上形成图形，得到单面或双面陶瓷电路板。利用活性金属元素可以实现铜箔与陶瓷基片直接键合，采用纳米金属颗粒降低烧结温度，得到高强度陶瓷覆铜板。与现有厚膜印刷陶瓷基板(TPC)、直接键合铜‑陶瓷基板(DBC)和活性金属焊接陶瓷基板(AMB)制备方法相比，本发明工艺简单，烧结温度低，满足功率器件封装及散热需求。
Description
技术领域
本发明属于电子制造技术领域，更具体地，涉及一种低温烧结制备陶瓷电路板方法。
背景技术
随着技术发展和应用需要的不断延伸，以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料凭其优异的物理特性在航空航天、武器装备、汽车电子等领域得到广泛应用。这些大功率器件如发光二极管(LED)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、激光器(LD)等长期处于高温高湿、大温变等恶劣环境，因此散热材料的选用是关键的技术问题，直接影响到器件的使用性能和寿命。
在电子封装中，散热基板通过自身优良的导电导热性，将热量从芯片导出，实现内外的电互连和热交换。目前常用的散热基板主要有金属基印刷电路板(MCPCB)、高/低温共烧陶瓷基板(HTCC/LTCC)和金属化陶瓷基板等。MCPCB基板虽然可以实现封装的基本电互连和布线要求，但是其导热和耐热性较低，难以满足功率器件封装的散热需求；HTCC和LTCC的耐热性较好，但是基于丝网印刷的工艺限制，其内部金属线路粗糙、无法满足高精度封装的需求。金属化陶瓷基板具有优异的导热、耐热、绝缘性能，已逐渐成为功率器件封装应用的首要选择。
常用的金属化陶瓷基板有薄膜陶瓷基板(TFC)、厚膜印刷陶瓷基板(TPC)、直接键合铜-陶瓷基板(DBC)、活性金属焊接陶瓷基板(AMB)和直接电镀铜陶瓷基板(DPC)等。TFC基板一般通过溅射工艺直接在陶瓷基片表面沉积金属层，由于金属层厚度较小、导电载流能力有限，不适合用于功率器件中。TPC基板通过丝网印刷将金属浆料涂覆在陶瓷基片上，干燥后经高温烧结制备而成，具有制备工艺简单、成本低、且生产效率高的优点。但是由于金属粉直径影响，TPC基板的最小线宽受到限制(>100μm)，且该工艺烧结温度较高(>800℃)。DBC基板在铜箔和陶瓷基片间引入氧元素，在高温下共晶烧结而成，具有较高的键合强度、导电导热性和良好的热匹配。但是该工艺温度过高(1065℃)，对设备要求苛刻，提高了制备成本，且由于厚铜限制，无法制备出高精度线路层。AMB基板利用含少量活性元素的活性金属焊料实现铜箔与陶瓷基片间的焊接，活性焊料通过与基板发生化学反应，可以得到结合强度良好、可靠性高的互连结构。但是该方法成本高、键合温度较高(>700℃)，且活性焊料制备技术壁垒较高，还没有得到广泛应用。DPC基板利用真空镀膜方式在陶瓷片上溅射铜作为种子层，通过光刻、显影、刻蚀工艺制作线路，再以电镀/化学镀方式增加线路厚度完成基板制备，其工艺温度低、成本低、且线路精细。但是电镀沉积铜层的速度较慢且厚度有限，铜与基板的结合强度较低，同时电镀废液的污染较大。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其中在焊膏中添加活性元素可以实现无金属化陶瓷基片与铜箔的键合，通过纳米颗粒的小尺寸效应有助于降低烧结温度，得到高强度陶瓷覆铜板，满足功率器件封装应用需求。
为实现上述目的，按照本发明，提出了一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，该方法包括如下步骤：
S1向纳米金属颗粒中掺加活性金属颗粒，并加入有机溶剂，经搅拌、脱泡处理后得到纳米金属活性焊膏；
S2在陶瓷基片表面通过丝网印刷涂覆活性焊膏层；
S3将活性焊膏层上覆盖铜箔，经过低温烧结(<300℃)，得到单面或双面的陶瓷覆铜板；
S4通过贴膜、光刻显影和线路刻蚀工艺在铜层上形成图形，得到单面或双面的陶瓷电路板。
作为进一步优选的，在步骤S1中，所述纳米金属颗粒直径为1nm～100nm，为纳米银、纳米铜、纳米锡和纳米镍中的一种或多种。
作为进一步优选的，在步骤S1中，所述活性金属颗粒直径为1μm～5μm，为金属钛、铈、镓、铼中的一种或多种。
作为进一步优选的，在步骤S1中，所述活性金属颗粒质量占总金属颗粒质量的0.1％～10％。
作为进一步优选的，在步骤S1中，所述有机溶剂为松油醇、乙二醇、乙基纤维素、正丁醇、异丙醇、氯代水杨酸和硬脂酸中的一种或多种。
作为进一步优选的，在步骤S1中，所述纳米金属活性焊膏中金属颗粒质量占60％～90％。
作为进一步优选的，在步骤S2中，所述活性焊膏层厚度为10～200μm。
作为进一步优选的，在步骤S3中，所述铜箔厚度为0.1mm～1mm。
作为进一步优选的，在步骤S3中，所述低温烧结工艺在真空炉或保护气氛或超声波辅助条件下进行。
作为进一步优选的，在步骤S3中，所述低温烧结工艺温度曲线为：以5℃/min～15℃/min的升温速度，从室温升高到150℃～200℃，保温5min～20min，以去除焊膏中的有机溶剂；再以10℃/min～15℃/min的升温速度，升温到200℃～300℃，保温15min～30min；最后随炉冷却。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明针对陶瓷电路板制备工艺复杂、温度高和成本大的问题，提出了一种新型低温烧结的制备方法。其中，提出纳米活性焊膏直接焊接铜箔和陶瓷基片，引入的活性金属可与陶瓷基片表面发生化学反应，从而得到高强度金属层，替代磁控金属化过程；利用纳米颗粒的小尺寸效应，有效降低了烧结温度，避免高温对材料破坏或尺寸变形的影响，满足功率器件封装应用需求；
2.尤其是，本发明通过对纳米活性焊膏制备和低温烧结的工艺进行优化，能够有效提升陶瓷电路板的制备工艺效率，节约能源，降低成本。
附图说明
图1是本发明提供的低温烧结制备陶瓷电路板工艺流程图。其中，10为纳米金属颗粒，11为活性金属颗粒，12为有机溶剂，13为刮板，14为纳米金属活性焊膏，15为陶瓷基片，16为铜箔，17为烧结后焊膏层，18为干膜(光刻胶)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供了一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，该方法包括如下步骤：
S1向纳米金属颗粒中掺加活性金属颗粒，并加入有机溶剂，经搅拌、脱泡处理后得到纳米金属活性焊膏；
S2在陶瓷基片表面通过丝网印刷涂覆活性焊膏层；
S3将活性焊膏层上覆盖铜箔，经过低温烧结(<300℃)，得到单面或双面的陶瓷覆铜板；
S4通过贴膜、光刻显影和线路刻蚀工艺在铜层上形成图形，得到单面或双面的陶瓷电路板。
进一步，在步骤S1中，纳米金属颗粒直径为1nm～100nm，为纳米银、纳米铜、纳米锡和纳米镍中的一种或多种。
进一步，在步骤S1中，活性金属颗粒直径为1μm～5μm，为金属钛、铈、镓、铼中的一种或多种。
进一步，在步骤S1中，所述活性金属颗粒质量占总金属颗粒质量的0.1％～10％。
进一步，在步骤S1中，有机溶剂为松油醇、乙二醇、乙基纤维素、正丁醇、异丙醇、氯代水杨酸和硬脂酸中的一种或多种。
进一步，在步骤S1中，纳米金属活性焊膏中金属颗粒质量占60％～90％。
进一步，在步骤S2中，活性焊膏层厚度为10～200μm。
进一步，在步骤S3中，铜箔厚度为0.1mm～1mm。
进一步，在步骤S3中，低温烧结工艺在真空炉或保护气氛或超声波辅助条件下进行。
进一步，在步骤S3中，低温烧结工艺温度曲线为：以5℃/min～15℃/min的升温速度，从室温升高到150℃～200℃，保温5min～20min，以去除焊膏中的有机溶剂；再以10℃/min～15℃/min的升温速度，升温到200℃～300℃，保温15min～30min；最后随炉冷却。
下面将参照图1所示工艺流程，并结合以下多个实施例来进一步具体说明本发明。
实施例1
S1选取平均粒径为5nm的纳米银颗粒，向银颗粒中掺加2μm的钛颗粒作为活性金属，钛占总质量的4wt％；加入松油醇、氯代水杨酸和硬脂酸作为有机溶剂，经搅拌、脱泡处理后得到纳米金属活性焊膏，其中，焊膏中金属颗粒质量占65wt％；
S2在陶瓷基片表面通过丝网印刷涂覆活性焊膏层，焊膏层厚度为80μm；
S3在活性焊膏层上覆盖厚度为0.2mm的铜箔，在真空炉中进行低温烧结，其温度曲线为：以10℃/min的升温速度，从室温升高到160℃，保温10min，以去除焊膏中的有机溶剂；再以10℃/min的升温速度，升温到230℃，保温20min；最后随炉冷却，得到单面或双面的陶瓷覆铜板；
S4通过贴膜、光刻显影和线路刻蚀工艺在铜层上形成图形，得到单面或双面的陶瓷电路板。
实施例2
S1选取平均粒径为10nm的纳米铜颗粒，向铜颗粒中掺加1μm的钛、铈、镓颗粒作为活性金属，活性金属占总质量的8wt％；加入松油醇、乙基纤维素、氯代水杨酸和硬脂酸作为有机溶剂，经搅拌、脱泡处理后得到纳米金属活性焊膏，其中，焊膏中金属颗粒质量占75wt％；
S2在陶瓷基片表面通过丝网印刷涂覆活性焊膏层，焊膏层厚度为150μm；
S3在活性焊膏层上覆盖厚度为0.3mm的铜箔，在保护气氛中进行低温烧结，其温度曲线为：以5℃/min的升温速度，从室温升高到200℃，保温20min，以去除焊膏中的有机溶剂；再以10℃/min的升温速度，升温到250℃，保温30min；最后随炉冷却，得到单面或双面的陶瓷覆铜板；
S4通过贴膜、光刻显影和线路刻蚀工艺在铜层上形成图形，得到单面或双面的陶瓷电路板。
实施例3
S1选取平均粒径为20nm的纳米铜和纳米银混合颗粒，其中铜银比例为1：1，向合金颗粒中掺加3μm的钛、铈颗粒作为活性金属，钛、铈占总质量的5wt％；加入松油醇、乙二醇和乙基纤维素作为有机溶剂，经搅拌、脱泡处理后得到纳米金属活性焊膏，其中，焊膏中金属颗粒质量占70wt％；
S2在陶瓷基片表面通过丝网印刷涂覆活性焊膏层，焊膏层厚度为100μm；
S3在活性焊膏层上覆盖厚度为0.5mm的铜箔，在超声波辅助条件下进行低温烧结，其温度曲线为：以15℃/min的升温速度，从室温升高到180℃，保温15min，以去除焊膏中的有机溶剂；再以15℃/min的升温速度，升温到250℃，保温20min；最后随炉冷却，得到单面或双面的陶瓷覆铜板；
S4通过贴膜、光刻显影和线路刻蚀工艺在铜层上形成图形，得到单面或双面的陶瓷电路板。
实施例4
S1选取平均粒径为80nm的纳米金和纳米银混合颗粒，其中金银比例为1：3，向合金粉中掺加5μm的钛、铈、铼颗粒作为活性金属，活性金属占总质量的5wt％；加入异丙醇、乙基纤维素、氯代水杨酸和硬脂酸作为有机溶剂，经搅拌、脱泡处理后得到纳米金属活性焊膏，其中，焊膏中金属颗粒质量占80wt％；
S2在陶瓷基片表面通过丝网印刷涂覆活性焊膏层，焊膏层厚度为200μm；
S3在活性焊膏层上覆盖厚度为0.25mm的铜箔，在保护气氛中进行低温烧结，其温度曲线为：以10℃/min的升温速度，从室温升高到190℃，保温15min，以去除焊膏中的有机溶剂；再以15℃/min的升温速度，升温到280℃，保温15min；最后随炉冷却，得到单面或双面的陶瓷覆铜板；
S4通过贴膜、光刻显影和线路刻蚀工艺在铜层上形成图形，得到单面或双面的陶瓷电路板。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1向纳米金属颗粒中添加活性金属颗粒，并加入有机溶剂，经搅拌、脱泡处理后得到纳米金属活性焊膏；
S2在陶瓷基片表面通过丝网印刷涂覆活性金属焊膏；
S3将活性金属焊膏层上覆盖铜箔，经过低温烧结(<300℃)，得到单面或双面陶瓷覆铜板；
S4通过光刻、显影和刻蚀工艺在铜层上形成图形，得到单面或双面陶瓷电路板。
2.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S1中，所述纳米金属颗粒直径为1nm～100nm，为纳米金、纳米银、纳米铜中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S1中，所述活性金属颗粒直径为1μm～5μm，为金属钛、铈、镓、铼中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S1中，所述活性金属颗粒质量占总金属颗粒质量的0.1％～10％。
5.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S1中，所述有机溶剂为松油醇、乙二醇、乙基纤维素、正丁醇、异丙醇、氯代水杨酸和硬脂酸中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S1中，所述纳米金属活性焊膏中金属颗粒质量占60％～90％。
7.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S2中，所述活性金属焊膏层厚度为10～200μm。
8.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S3中，所述铜箔厚度为0.1mm～1mm。
9.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S3中，所述低温烧结工艺在真空炉或保护气氛或超声波辅助条件下进行。
10.如权利要求1所述的一种低温烧结制备陶瓷电路板方法，其特征在于，在步骤S3中，所述低温烧结工艺温度曲线为：以5℃/min～15℃/min的升温速度，从室温升高到150℃～200℃，保温5min～20min，以去除焊膏中的有机溶剂；再以10℃/min～15℃/min的升温速度，升温到200℃～300℃，保温15min～30min；最后随炉冷却。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111098603.6A CN113795091A (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种低温烧结制备陶瓷电路板方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111098603.6A CN113795091A (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种低温烧结制备陶瓷电路板方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113795091A true CN113795091A (zh) | 2021-12-14 |
Family
ID=79184001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111098603.6A Pending CN113795091A (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种低温烧结制备陶瓷电路板方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113795091A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114874030A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-08-09 | 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 | 一种提高覆铜陶瓷基板绝缘可靠性的制备方法 |
| CN115053996A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-09-16 | 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 | 一种基于amb工艺的电子烟加热片及其制备方法 |
| CN116854502A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-10-10 | 湖南省新化县长江电子有限责任公司 | 一种新能源汽车用金属化陶瓷 |
| CN116884923A (zh) * | 2023-09-07 | 2023-10-13 | 广州先艺电子科技有限公司 | 一种盖板封装结构及其制备方法 |
| CN117506235A (zh) * | 2022-07-29 | 2024-02-06 | 比亚迪股份有限公司 | 焊膏、制备陶瓷覆铜板的方法和陶瓷覆铜板 |
| CN118098991A (zh) * | 2024-03-04 | 2024-05-28 | 华中科技大学 | 一种覆阵列式金属复合纳米线封装基板的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012081425A1 (ja) * | 2010-12-13 | 2012-06-21 | 株式会社トクヤマ | セラミックスビア基板、メタライズドセラミックスビア基板、これらの製造方法 |
| CN104211448A (zh) * | 2014-09-05 | 2014-12-17 | 电子科技大学 | 一种陶瓷表面图形化金属层的制备方法 |
| CN110012597A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-12 | 中国科学院电工研究所 | 一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法 |
| US20210269368A1 (en) * | 2018-08-17 | 2021-09-02 | Zone Infinity Co., Ltd. | Method for manufacturing active metal-brazed nitride ceramic substrate with excellent joining strength |
-
2021
- 2021-09-18 CN CN202111098603.6A patent/CN113795091A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012081425A1 (ja) * | 2010-12-13 | 2012-06-21 | 株式会社トクヤマ | セラミックスビア基板、メタライズドセラミックスビア基板、これらの製造方法 |
| CN104211448A (zh) * | 2014-09-05 | 2014-12-17 | 电子科技大学 | 一种陶瓷表面图形化金属层的制备方法 |
| US20210269368A1 (en) * | 2018-08-17 | 2021-09-02 | Zone Infinity Co., Ltd. | Method for manufacturing active metal-brazed nitride ceramic substrate with excellent joining strength |
| CN110012597A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-12 | 中国科学院电工研究所 | 一种陶瓷覆铜电路板及其制备方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114874030A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-08-09 | 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 | 一种提高覆铜陶瓷基板绝缘可靠性的制备方法 |
| CN115053996A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-09-16 | 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 | 一种基于amb工艺的电子烟加热片及其制备方法 |
| CN117506235A (zh) * | 2022-07-29 | 2024-02-06 | 比亚迪股份有限公司 | 焊膏、制备陶瓷覆铜板的方法和陶瓷覆铜板 |
| CN116854502A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-10-10 | 湖南省新化县长江电子有限责任公司 | 一种新能源汽车用金属化陶瓷 |
| CN116884923A (zh) * | 2023-09-07 | 2023-10-13 | 广州先艺电子科技有限公司 | 一种盖板封装结构及其制备方法 |
| CN118098991A (zh) * | 2024-03-04 | 2024-05-28 | 华中科技大学 | 一种覆阵列式金属复合纳米线封装基板的制备方法 |
| CN118098991B (zh) * | 2024-03-04 | 2024-11-22 | 华中科技大学 | 一种覆阵列式金属复合纳米线封装基板的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113795091A (zh) | 一种低温烧结制备陶瓷电路板方法 | |
| CN102339758B (zh) | 低温键合制备铜-陶瓷基板方法 | |
| CN102503579A (zh) | 低温烧结制备金属化陶瓷基板方法 | |
| JP2007201346A (ja) | セラミックス回路基板及びその製造方法 | |
| WO2020215739A1 (zh) | 一种纳米金属膜模块制备方法及其基板制备方法 | |
| Zhang et al. | Enhancement of bonding strength in Ag sinter joining on Au surface finished substrate by increasing Au grain-size | |
| TWI512150B (zh) | Preparation of copper - clad copper - clad copper clad copper | |
| CN108520855A (zh) | 一种纳米银浆提高陶瓷覆铜板可靠性的方法 | |
| US20110123931A1 (en) | High-precision ceramic substrate preparation process | |
| CN110034090B (zh) | 一种纳米金属膜辅助基板及其制备方法 | |
| KR100934476B1 (ko) | 회로 기판 및 그 제조 방법 | |
| CN112440025B (zh) | 用于电子器件的双面微纳复合预成型焊片及低温互连方法 | |
| JPWO2018225809A1 (ja) | セラミックス回路基板 | |
| CN111446212A (zh) | 一种陶瓷一体化封装外壳及其制作工艺 | |
| CN102060573B (zh) | 一种基于电子浆料的敷铜陶瓷基板制造方法 | |
| CN113636869B (zh) | 一种氮化铝陶瓷基板的丝网印刷浆料及金属化方法 | |
| WO2014002949A1 (ja) | 接合基板及びその製造方法ならびに接合基板を用いた半導体モジュール及びその製造方法 | |
| CN109979827A (zh) | 一种功率器件芯片封装方法 | |
| JP6346518B2 (ja) | 放熱性基板 | |
| CN116613074A (zh) | 一种利用脉冲热压焊制备覆铜氮化铝金锡热沉的方法 | |
| CN111415914B (zh) | 一种固晶材料及其封装结构 | |
| TW202213391A (zh) | 高導電率導線、合金與新形狀端電極製作方法 | |
| JP6215150B2 (ja) | 放熱性基板 | |
| Siow et al. | Patent landscape and market segments of sintered silver as die attach materials in microelectronic packaging | |
| CN114068464A (zh) | 半导体装置及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20211214 |