本發(fā)明屬于陶瓷金屬化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙面覆銅陶瓷基板的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著功率電子器件的發(fā)展，電路板集成度與工作頻率不斷提高，散熱問題已成為功率電子器件發(fā)展中必須要解決的關(guān)鍵問題。陶瓷基板是大功率電子器件、集成電路基板的封裝材料，是功率電子、電子封裝與多芯片模塊等技術(shù)中的關(guān)鍵配套材料，其性能決定著模塊的散熱效率和可靠性。

目前采用的dbc雙面覆銅陶瓷基板，陶瓷板兩面的銅分兩次分別進行燒結(jié)。這種工藝存在以下不足：

1、由于熱膨脹系數(shù)不同，燒結(jié)一面時銅和陶瓷之間會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，對基板的力學(xué)性能不利；

2、先燒結(jié)的銅要經(jīng)歷兩個高溫過程，銅晶粒在二次高溫過程中繼續(xù)長大，對基板的力學(xué)性能及表面狀態(tài)不利；

3、燒結(jié)所用時間是單面燒結(jié)的兩倍，生產(chǎn)效率低，綜合效益差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙面覆銅陶瓷基板的制備方法。本發(fā)明的制備方法實現(xiàn)了在陶瓷基板的雙面同時進行覆銅，制備的基板性能優(yōu)良、表面無污染，且該制備方法生產(chǎn)效率高。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙面覆銅陶瓷基板的制備方法，包括：

第一步：對瓷片基材及銅片進行清洗；

第二步：在第一保護氣氛下對銅片進行退火處理，退火溫度500℃～1060℃，退火處理時間1min～30min；

第三步：在第二保護氣氛下，按第一銅片、瓷片、第二銅片的順序疊放在墊片上進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1065℃～1082℃，燒結(jié)時間1～100min；

第四步：燒結(jié)完畢后，制得雙面覆銅陶瓷基板。

進一步的，所述步驟二中的退火溫度為650-850℃。

進一步的，所述步驟二中的第一保護氣氛為含氧量50ppm～3000ppm的氮氣氣氛。

進一步的，所述步驟三中的第二保護氣氛為含氧量5ppm～550ppm的氮氣氣氛。

進一步的，所述步驟三中的燒結(jié)時間為20-40min。

進一步的，所述步驟三中的墊片的材質(zhì)為耐高溫金屬材料(耐高溫達1200℃)或不與銅反應(yīng)的陶瓷；其中，耐高溫金屬材料為不銹鋼，inconel，鎳鎘合金等；不與銅反應(yīng)的陶瓷選自y2o3、mgo、sic、si3n4中的一種或兩種以上的復(fù)合陶瓷。

進一步的，所述步驟三中的墊片的厚度為0.2mm～10mm；

進一步的，所述墊片的優(yōu)選厚度為1mm～3mm，墊片過薄則容易發(fā)生變形，過厚則造成操作不便，不利于生產(chǎn)。

進一步的，所述步驟三中的墊片的表面粗糙度ra為0.1μm～10μm，適度的表面粗糙度可以減小銅與墊片的作用面積，防止銅片與墊片完全接觸而損壞銅的表面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果如下：

本發(fā)明將瓷片基材和銅片放在墊片上進行燒結(jié)，墊片不與銅反應(yīng)且對銅的損傷小，避免了瓷粉污染造成的產(chǎn)品報廢；實現(xiàn)了兩面同時燒結(jié)，避免了單面燒結(jié)產(chǎn)生的較大熱應(yīng)力及銅晶粒在二次高溫過程中的繼續(xù)長大，大大提高了生產(chǎn)效率及良品率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的雙面覆銅陶瓷基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，第一銅層-1，第二銅層-2，瓷片基材-3，墊片-4。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實施例1

第一步：對瓷片基材3、第一銅片1和第二銅片2進行清洗。用酸堿溶液、去離子水， 通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對銅片、瓷片基材進行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。

第二步：在氧含量1000ppm的氮氣氣氛下對銅片進行退火處理，設(shè)定溫度800℃，退火處理時間為15min，使其表面產(chǎn)生一定厚度的氧化層。

第三步：在含氧量40ppm的氮氣保護氣氛下，按第一銅片1、瓷片基材3、第二銅片2的順序疊放在墊片4(墊片4的材質(zhì)inconel718、厚度3mm、粗糙度5μm)上(第一銅片1放在墊片4上，瓷片3放在第一銅片1表面，第二銅片放在瓷片3表面)進行雙面同時燒結(jié)，燒結(jié)溫度1080℃，燒結(jié)時間20min。

第四步：燒結(jié)完畢后，制得雙面覆銅陶瓷基板。

所得雙面覆銅陶瓷基板結(jié)合力優(yōu)良、生產(chǎn)效率高且銅表面狀態(tài)良好。

實施例2

第一步：對瓷片基材3、第一銅片1和第二銅片2進行清洗。用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對銅片、瓷片基材進行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。

第二步：在氧含量950ppm的氮氣氣氛下對銅片進行退火處理，設(shè)定溫度900℃，退火處理時間為15min，使其表面產(chǎn)生一定厚度的氧化層。

第三步：在含氧量30ppm的氮氣保護氣氛下，按第一銅片1、瓷片基材3、第二銅片2的順序疊放在墊片4(墊片4的材質(zhì)y2o3、厚度2mm、粗糙度4μm)上(第一銅片1放在墊片4上，瓷片3放在第一銅片1表面，第二銅片放在瓷片3表面)進行雙面同時燒結(jié)，燒結(jié)溫度1075℃，燒結(jié)時間30min。

第四步：燒結(jié)完畢后，制得雙面覆銅陶瓷基板。

所得雙面覆銅陶瓷基板結(jié)合力優(yōu)良、生產(chǎn)效率高且銅表面狀態(tài)良好。

實施例3

第一步：對瓷片基材3、第一銅片1和第二銅片2進行清洗。用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對銅片、瓷片基材進行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。

第二步：在氧含量1100ppm的氮氣氣氛下對銅片進行退火處理，設(shè)定溫度780℃，退火處理時間為15min，使其表面產(chǎn)生一定厚度的氧化層。

第三步：在含氧量35ppm的氮氣保護氣氛下，按第一銅片1、瓷片基材3、第二銅片2的順序疊放在墊片4(墊片4的材質(zhì)鎳鎘合金、厚度1mm、粗糙度3μm)上(第一銅片1放在墊片4上，瓷片3放在第一銅片1表面，第二銅片放在瓷片3表面)進行雙面 同時燒結(jié)，燒結(jié)溫度1073℃，燒結(jié)時間25min。

第四步：燒結(jié)完畢后，制得雙面覆銅陶瓷基板。

所得雙面覆銅陶瓷基板結(jié)合力優(yōu)良、生產(chǎn)效率高且銅表面狀態(tài)良好。

對比例1

第一步：對瓷片基材、第一銅片和第二銅片進行清洗。用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對銅片、瓷片基材進行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。

第二步：在氧含量1000ppm的氮氣氣氛下對銅片進行退火處理，設(shè)定溫度800℃，退火處理時間為15min，使其表面產(chǎn)生一定厚度的氧化層。

第三步：在含氧量40ppm的氮氣保護氣氛下，將第一銅片放置在陶瓷基板上進行第一面燒結(jié)，燒結(jié)溫度1070℃，燒結(jié)時間20min。

第四步，在含氧量40ppm的氮氣保護氣氛下，在已燒結(jié)單面銅的基板的另一面燒結(jié)第二銅片，燒結(jié)溫度1080℃，燒結(jié)時間20min。

第五步：燒結(jié)完畢后，制得雙面覆銅陶瓷基板。

所得雙面覆銅陶瓷基板與實例1相比，生產(chǎn)效率低近一倍。

對比例2

第一步：對瓷片基材3、第一銅片1和第二銅片2進行清洗。用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對銅片、瓷片基材進行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。

第二步：在氧含量950ppm的氮氣氣氛下對銅片進行退火處理，設(shè)定溫度900℃，退火處理時間為15min，使其表面產(chǎn)生一定厚度的氧化層。

第三步：在含氧量30ppm的氮氣保護氣氛下，將第一銅片放置在陶瓷基板上進行第一面燒結(jié)，燒結(jié)溫度1065℃，燒結(jié)時間30min。

第四步，在含氧量30ppm的氮氣保護氣氛下，在已燒結(jié)單面銅的基板的另一面燒結(jié)第二銅片，燒結(jié)溫度1075℃，燒結(jié)時間30min。

第五步：燒結(jié)完畢后，制得雙面覆銅陶瓷基板。

所得雙面覆銅陶瓷基板與實例2相比，生產(chǎn)效率低近一倍。

對比例3

第一步：對瓷片基材3、第一銅片1和第二銅片2進行清洗。用酸堿溶液、去離子水， 通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對銅片、瓷片基材進行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。

第二步：在氧含量1100ppm的氮氣氣氛下對銅片進行退火處理，設(shè)定溫度780℃，退火處理時間為15min，使其表面產(chǎn)生一定厚度的氧化層。

第三步：在含氧量35ppm的氮氣保護氣氛下，將第一銅片放置在陶瓷基板上進行第一面燒結(jié)，燒結(jié)溫度1068℃，燒結(jié)時間25min。

第四步，在含氧量35ppm的氮氣保護氣氛下，在已燒結(jié)單面銅的基板的另一面燒結(jié)第二銅片，燒結(jié)溫度1073℃，燒結(jié)時間25min。

第五步：燒結(jié)完畢后，制得雙面覆銅陶瓷基板。

所得雙面覆銅陶瓷基板與實例3相比，生產(chǎn)效率低近一倍。

分別對實施例1-3以及對比例1-3的雙面覆銅陶瓷基板進行抗彎強度、剝離強度測試，結(jié)果如表1所示。

抗彎強度測試條件：環(huán)境溫度10～35℃，相對濕度≤80％，支點間距30mm，加載速率0.5mm/min；

剝離強度測試條件：90度剝離，環(huán)境溫度10～35℃，相對濕度≤80％，速度設(shè)定50mm/min，試樣寬度5mm。

表1

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。