一種氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法，其屬于陶瓷基板金屬化加工工藝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]由于電子行業(yè)的發(fā)展，單位電子器件功率的不斷升高，其對(duì)電路基板散熱的要求相應(yīng)提高。適合做散熱基板的材料有金屬基板、陶瓷金屬化基板、金屬基復(fù)合材料等。相比于金屬基板，陶瓷本身具有電阻高、絕緣性能好，導(dǎo)熱率高，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，熔點(diǎn)高、可在高溫下使用等優(yōu)點(diǎn)。其中氧化鋁陶瓷基板由于其具備較高的熱導(dǎo)率且價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為有發(fā)展前景的散熱基板材料。
[0003]目前適合于封裝應(yīng)用的氧化鋁陶瓷基板工藝有:薄膜法、厚膜法、直接敷銅法等。薄膜法附著能力差、成本也較高且不易在貫穿孔內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)金屬化。厚膜法在一定程度上解決了以上問(wèn)題，但是依然無(wú)法滿足貫穿孔內(nèi)壁金屬化的要求。再者，當(dāng)氧化鋁陶瓷基板表面分布有較多的貫穿孔且孔徑較大時(shí)，由于厚膜漿料表面張力的作用，難以完全在孔內(nèi)鋪展，不能實(shí)現(xiàn)貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的要求。
[0004]因此，確有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明提供一種氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法，其解決了貫穿孔氧化鋁陶瓷基板制備困難，孔內(nèi)填充的金屬銅與氧化鋁陶瓷基板的結(jié)合力差、大功率電流通過(guò)性差等問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法，其包括如下步驟:
[0007]步驟一:在氧化鋁陶瓷基板上進(jìn)行激光打孔；
[0008]步驟二:在氧化鋁陶瓷基板上的貫穿孔內(nèi)壁表面涂敷銅系電子漿料并于空氣中1000°C?1100°C下燒結(jié)45分鐘，實(shí)現(xiàn)銅氧化物層和氧化鋁陶瓷基板的連接；
[0009]步驟三:將制備的小于貫穿孔內(nèi)徑的銅柱填充于貫穿孔中，初步實(shí)現(xiàn)貫穿孔內(nèi)金屬銅的填充；
[0010]步驟四:將步驟三中得到的氧化鋁陶瓷基板置于高溫爐中，并于300°C對(duì)銅柱進(jìn)行預(yù)氧化處理30分鐘，使銅柱表面形成均勻的氧化膜，利用銅柱加熱氧化過(guò)程中體積的膨脹實(shí)現(xiàn)銅柱和貫穿孔的初次結(jié)合；
[0011]步驟五:將步驟四中得到的氧化鋁陶瓷基板置于800°0?900°0，在隊(duì)+5%!12的還原氣氛中燒結(jié)30分鐘，將銅氧化物層及其銅柱表面的氧化膜還原成金屬銅層，并通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散使銅柱和氧化鋁陶瓷基板結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)電導(dǎo)通；
[0012]步驟六:在銅柱的四周涂敷錫銀銅釬料，并在250°C下釬焊30分鐘，形成氣密釬料層，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)銅柱和貫穿孔的氣密連接；
[0013]步驟七:對(duì)步驟六中得到的氧化鋁陶瓷基板表面進(jìn)行拋光處理，增加氧化鋁陶瓷基板的平整度。
[0014]進(jìn)一步地，所述銅氧化物層厚度為5-50微米。
[0015]本發(fā)明具有如下有益效果:采用本發(fā)明氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法制備的氧化鋁陶瓷基板可實(shí)現(xiàn)層間的電信號(hào)導(dǎo)通，且兼具理想的導(dǎo)熱效果、高頻特性、低損失、低成本及物理性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
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[0016]圖1為本發(fā)明氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法的流程圖。
[0017]圖2A?2E為本發(fā)明氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的變化過(guò)程圖。
[0018]其中:
[0019]1-氧化鋁陶瓷基板；2_銅氧化物層；3_銅柱；4_金屬銅層；5_銅柱層；6_氣密釬料層。
【具體實(shí)施方式】
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[0020]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2所示，本發(fā)明氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法包括如下步驟:
[0021]步驟一:在氧化鋁陶瓷基板I上進(jìn)行激光打孔(如圖2A所示);
[0022]步驟二:在氧化鋁陶瓷基板I上的貫穿孔內(nèi)壁表面涂敷銅系電子漿料并于空氣中1000°C?1100°C下燒結(jié)45分鐘，實(shí)現(xiàn)銅氧化物層2和氧化鋁陶瓷基板I的連接，銅氧化物層厚度為5-50微米(如圖2B所示);
[0023]步驟三:將制備的略小于貫穿孔內(nèi)徑的銅柱3填充于貫穿孔中，初步實(shí)現(xiàn)貫穿孔內(nèi)金屬銅的填充(如圖2C所示)；
[0024]步驟四:將步驟三中得到的氧化鋁陶瓷基板置于高溫爐中，并于300°C對(duì)銅柱進(jìn)行預(yù)氧化處理30分鐘，使銅柱表面形成均勻的氧化膜，利用銅柱加熱氧化過(guò)程中體積的膨脹實(shí)現(xiàn)銅柱和貫穿孔的初次結(jié)合；
[0025]步驟五:將步驟四中得到的氧化鋁陶瓷基板置于800°0?900°0，在隊(duì)+5% H2的還原氣氛中燒結(jié)30分鐘，將銅氧化物層2還原成金屬銅層4，將銅柱表面的氧化膜還原成銅柱層5，并通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散使銅柱和氧化鋁陶瓷基板結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)電導(dǎo)通，在此步驟中銅柱層5亦為金屬銅層(請(qǐng)參閱圖2D所示)；
[0026]步驟六:在銅柱的四周涂敷錫銀銅釬料，并在250°C下釬焊30分鐘，形成氣密釬料層6，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)銅柱和貫穿孔的氣密連接(如圖2E所示)；
[0027]步驟七:對(duì)步驟六中得到的氧化鋁陶瓷基板表面進(jìn)行拋光處理，增加氧化鋁陶瓷基板的平整度。
[0028]本發(fā)明主要的技術(shù)特點(diǎn)是銅系電子漿料氧化后和氧化鋁陶瓷間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)銅氧化物層和氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)壁的連接；銅柱表面形成的氧化膜和銅氧化物層在還原氣氛下被還原成銅，且由銅原子的熱擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷基板和銅柱的連接，實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷基板上貫穿孔和孔內(nèi)金屬銅的連接，再通過(guò)釬焊工藝增強(qiáng)銅柱和氧化鋁陶瓷基板的氣密性和牢固性，爾后經(jīng)過(guò)對(duì)氧化鋁陶瓷基板表面的拋光，實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷基板整體的平整和光潔。
[0029]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法，其特征在于:包括如下步驟 步驟一:在氧化鋁陶瓷基板上進(jìn)行激光打孔； 步驟二:在氧化鋁陶瓷基板上的貫穿孔內(nèi)壁表面涂敷銅系電子漿料并于空氣中1000°C?1100°C下燒結(jié)45分鐘，實(shí)現(xiàn)銅氧化物層和氧化鋁陶瓷基板的連接； 步驟三:將制備的小于貫穿孔內(nèi)徑的銅柱填充于貫穿孔中，初步實(shí)現(xiàn)貫穿孔內(nèi)金屬銅的填充； 步驟四:將步驟三中得到的氧化鋁陶瓷基板置于高溫爐中，并于300°C對(duì)銅柱進(jìn)行預(yù)氧化處理30分鐘，使銅柱表面形成均勻的氧化膜，利用銅柱加熱氧化過(guò)程中體積的膨脹實(shí)現(xiàn)銅柱和貫穿孔的初次結(jié)合； 步驟五:將步驟四中得到的氧化鋁陶瓷基板置于8001?9001，在隊(duì)+5%!12的還原氣氛中燒結(jié)30分鐘，將銅氧化物層及其銅柱表面的氧化膜還原成金屬銅層，并通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散使銅柱和氧化鋁陶瓷基板結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)電導(dǎo)通； 步驟六:在銅柱的四周涂敷錫銀銅釬料，并在250°C下釬焊30分鐘，形成氣密釬料層，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)銅柱和貫穿孔的氣密連接； 步驟七:對(duì)步驟六中得到的氧化鋁陶瓷基板表面進(jìn)行拋光處理，增加氧化鋁陶瓷基板的平整度。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法，其特征在于:所述銅氧化物層厚度為5-50微米。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種氧化鋁陶瓷基板貫穿孔內(nèi)填充金屬銅的方法，包括步驟：(1)于氧化鋁陶瓷基板上先進(jìn)行激光打孔；(2)在氧化鋁陶瓷基板上的貫穿孔內(nèi)壁表面涂敷厚膜銅系漿料于1000℃～1100℃燒結(jié)形成銅氧化物層，為孔內(nèi)填充金屬銅做處理；(3)制備略小于孔徑的銅柱并將其填充貫穿孔內(nèi)；(4)隨后將整個(gè)氧化鋁陶瓷基板置于爐中，于300℃下對(duì)銅柱進(jìn)行預(yù)氧化處理；(5)在800℃～900℃還原氣氛下對(duì)氧化鋁陶瓷基板整體進(jìn)行燒結(jié)；(6)在銅柱四周涂敷錫銀銅釬料并在250℃下進(jìn)行釬焊，實(shí)現(xiàn)銅柱和貫穿孔的氣密連接；(7)對(duì)氧化鋁陶瓷基板表面進(jìn)行拋光處理，增加氧化鋁陶瓷基板的平整度。
【IPC分類】H01L21-48
【公開(kāi)號(hào)】CN104538313
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410810657
【發(fā)明人】傅仁利, 張鵬飛, 費(fèi)盟, 蔣維娜, 方軍, 顧席光
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日