一种陶瓷表面图形化金属层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷表面图形化金属层的制备方法，对陶瓷基材表面依次进行前清洗、粗化、后清洗、干燥、印制触发剂、图形固化、约束性化学沉积金属层等步骤，在陶瓷表面约束性化学沉积铜、银、镍及其合金的导电图层。本发明专利技术制备的陶瓷表面图形化金属图层均匀致密、附着性好、易于焊接、电气性能满足工业要求，同时本发明专利技术具有工艺简单、成本低、便于工业化生产等特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，对陶瓷基材表面依次进行前清洗、粗化、后清洗、干燥、印制触发剂、图形固化、约束性化学沉积金属层等步骤，在陶瓷表面约束性化学沉积铜、银、镍及其合金的导电图层。本专利技术制备的陶瓷表面图形化金属图层均匀致密、附着性好、易于焊接、电气性能满足工业要求，同时本专利技术具有工艺简单、成本低、便于工业化生产等特点。【专利说明】
本专利技术属于电子元器件制造
，尤其涉及电子陶瓷基板/基材表面图形化 金属层的印制制备技术。本专利技术基于"加成法"思想，用印制方法在电子陶瓷基板/基材表 面制备所需要的导电图形，形成铜、银、镍及其合金的导电图形，可应用于磁电元件金属化 电极制备、LTCC表面及多层布线、功率模块、大功率集成电路陶瓷基板布线、电力电子模块、 高导热率LED陶瓷基板布线等领域。
技术介绍
以电子陶瓷基板/基材为基础的元器件/组件具有高硬度、耐磨损、耐高温、高导 热、耐腐蚀、电气性能稳定等特性，同时还可根据应用需要具有介质、压电、铁电等优异的电 气性能，被广泛应用于通信、3C产品、武器电子系统、航空航天等电子信息产品制造领域。 电子陶瓷基板/基材表面图形化金属层制备技术是电子陶瓷元器件/组件实现电 气功能特性的关键技术之一，其核心要求是导电性好、可形成良好的欧姆接触、附着力高、 可焊性好、制造工艺方便简单（或成本低廉）。现有陶瓷表面金属化图形主要的技术实现手 段有金属浆料烧渗法（银浆或者铜浆）、物理气相沉积法（蒸镀、溅射等）、直接敷铜刻蚀法 (Direct Bonded Copper, DBC)和化学镀膜法等，其中金属楽料烧渗法纳米楽料成本较高， 且需要高温过程，在制备铜金属层时还需要惰性气体保护气氛，工艺能耗较高；物理气相沉 积法普遍工艺复杂、设备投资大、图形化过程需要掩膜或刻蚀，工业化成本相对较高；化学 镀膜法相对成本较低，但已有的技术不同程度存在工序繁多、线条精度差、附着力不高等问 题。 现有技术CN101429655A公开了一种热敏电阻表面局部化学镀制造良好欧姆接触 电极的方法，包括对前瓷体进行清洗、干燥、活化浆料的配制和印刷、高温活化、镀镍、镀 铜、水洗、脱水、干燥和浸锡、测试等步骤制造热敏电阻电极。该法工序繁多，采用钌、铑作为 活化剂成本较高，且需高温活化增加了工艺能耗。现有技术CN1362536A公开了一种在陶瓷 电子器件表面进行金属化处理的方法，该方法是在陶瓷基底上沉积一层化学镀铜层，然后 再浸镀银，具体工艺包括除油、粗化、敏化、活化和化学镀铜，然后在银浸镀液中浸镀，从而 实现陶瓷电子器件表面金属化。该法需要多次实施化学镀，工序复杂，且需要使用大量贵金 属银，成本较高。现有技术CN103319208A公开了一种Al 2O3陶瓷基板金属化工艺，Al2O3陶 瓷基板依次经过粗化处理、敏化活化处理、化学镀处理和电镀金属或合金处理，使其表面形 成金属或合金薄膜，为提高金属层的电性能后续需要电镀加厚。电镀增加了工序和成本， 且电镀存在电镀粗糙、电镀板面铜粒、电镀凹坑等问题易导致电子陶瓷元器件可靠性降低； 同时该法在整个陶瓷表面沉积金属层，在局部金属化时需用化学或物理方法去除金属沉积 层，工艺链长，且刻蚀过程易导致环境污染问题。 本专利技术旨在提供一种工艺简单、成本低、图形精度高、同时能满足机械性能（附着 力）及电气性能（导电性好、良好的欧姆接触）等要求的电子陶瓷基板/基材表面图形化 金属层制备技术。
技术实现思路
针对已有技术的不足，本专利技术提出了一种电子陶瓷表面图形化金属层的制备方 法，通过陶瓷基材预处理、印制触发剂、约束性化学沉积金属层等步骤制备陶瓷表面图形化 金属层。 本专利技术的核心是针对需制备的金属层材料，设计约束性化学反应机制，从该机制 中提取可控制反应开始或反应速度的物质作为触发剂，通过预先在陶瓷基材上通过印制的 方式（喷墨印制、超声喷涂、丝网印刷等）印制触发剂形成所需图形并固化，然后通过受控 的约束性化学沉积方式实现金属层生长，最终在陶瓷基材表面获得图形化的金属层。约束 性化学沉积中约束性的含义是其化学反应过程中速度控制步骤的中间产物形成过程受约 束，其约束条件可以是化学反应速度控制步骤中部分反应物与反应体系预先分离，或者化 学反应速度控制步骤中加速剂与反应体系预先分离。触发剂的含义是上述被分离出来的化 学反应速度控制步骤中的部分反应物或加速剂。 通过合适的约束性化学反应机制，本专利技术可以非常方便的制备电子陶瓷基表面 银、铜、镍、铬等金属层制备。通过选择合适的非协同反应沉积机制，本专利技术还可以非常方便 的制备上述银、铜、镍、铬合金层及梯度复合金属层。为改善金属层欧姆接触特性、可焊性及 附着力提供丰富的设计手段。 与已有技术相比，本专利技术基于"加成法"思想，所采用的印制方法可保证图形化精 度，获得高精度线条与图案，且不需要刻蚀工艺，不产生刻蚀废液。与已有化学镀膜法相比， 全工艺环节不含钌、铑等贵金属，生产成本更为低廉，且可以通过梯度复合设计获得更高的 附着力。与金属浆料烧渗法相比，本专利技术全程低温过程，能耗更低。同时本专利技术具有工艺简 单、生产设备投资小、便于工业化生产等特点。 本专利技术技术实现方案如下： ，如图1所示，包括以下步骤： 步骤1 :对陶瓷基材表面进行前清洗、粗化、后清洗并干燥的预处理； 步骤2 :在陶瓷基材表面需要制备金属层的区域印制触发剂，并进行图形固化； 步骤3 :将陶瓷基材置于金属离子溶液中，进行约束性化学反应，最终在陶瓷基材 表面生长出图形化金属层。 上述方案中：步骤2中所述触发剂的粘度控制在1?12mPa · s之间，表面张力控 制在20?70mN/m之间；分为I型触发剂或II型触发剂；所述I型触发剂配制方法如下：在 每IOOml溶度为0. 005?3mol/L的过渡族金属离子溶液中加入0?IOOml的A溶液，然 后再加入〇?70ml的乙醇、乙二醇、正丙醇或异丙醇中的一种单一醇或是它们之间任意比 例的混合醇；其中所述过渡族金属离子为银离子、钯离子、镍离子、铜离子中的一种或几种； 所述A溶液的配制方法是：在每200ml乙醇中加入0. 12mol甲基丙烯酸羟乙酯、0. 08mol二 乙烯基苯和0. 〇24mol偶氮二异庚腈，搅拌均匀后取出180ml溶液置于恒压滴液漏斗中，再 将恒压滴液漏斗中的180ml溶液在Ih内滴加至剩余20ml原溶液中，滴加过程中控制溶液 的温度为70°C，滴加完毕后冷却至室温再补充乙醇使溶液达到200ml ;所述II型触发剂由 浓度为〇. 005?3mol/L的高活性游离电子供体水溶液加调节溶液粘度和表面张力的醇类 物质所构成，其中所述高活性游离电子供体是二甲基氨基硼烷、硼氢化钾、联氨中的一种或 几种，所述醇类物质为乙醇、乙二醇、正丙醇或异丙醇中的一种单一醇或是它们之间任意比 例的混合醇。 I型触发剂主要成分为后续约束性化学反应中，化学反应速度控制步骤中的部分 反应物。在该物质与反应体系分开时，化学反应因缺乏足够的动力学速度而近乎无法进行， 从而形成约束性机制。在本专利技术中，I型触发剂主要成分是过渡族金属离子及有机辅助剂， 其主要的功能作用是在金属层约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷表面图形化金属层的制备方法，包括以下步骤：步骤1：对陶瓷基片表面进行前清洗、粗化、后清洗并干燥的预处理；步骤2：在陶瓷基片表面需要制备金属层的区域印制触发剂，并进行图形固化；步骤3：将陶瓷基片置于金属离子溶液中，进行约束性化学反应，最终在陶瓷基片表面生长出图形化金属层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯哲圣，陈金菊，李金彪，赵焕芬，杨超，杨修宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51