一种敷铜或敷铜合金氧化铝陶瓷基板及其制备方法技术

一种敷铜或敷铜合金氧化铝陶瓷基板及其制备方法。所述制备方法选用金属铜或铜合金粉体，通过大气等离子喷涂技术将金属铜或铜合金粉体在熔融状态下喷涂在覆盖有特定图案掩模版的氧化铝陶瓷基板表面，调整诸多工艺参数和等离子体喷枪结构制备出铜或铜合金与氧化铝陶瓷界面结合强度高、电导率高的氧化铝陶瓷敷铜基板。本发明专利技术直接将金属铜或铜合金粉末喷涂在氧化铝陶瓷基板得到敷铜陶瓷基板，将金属铜或铜合金粉末喷涂在敷盖有电路图案的掩模的氧化铝陶瓷基板上，得到不同图案且线宽精度高的敷铜电路陶瓷基板。本发明专利技术是一种新的敷铜或铜合金氧化铝陶瓷基板及制备方法，该方法简单，可以实现快速、大面积制备，降低成本，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种敷铜或敷铜合金氧化铝陶瓷基板及其制备方法
本专利技术涉及氧化铝陶瓷基板，具体涉及到一种敷铜或敷铜合金氧化铝陶瓷基板及其制备方法。
技术介绍
陶瓷金属化是目前电子器件封装技术中的关键工艺。其中氧化铝陶瓷具有机械强度高、绝缘性能好、介质损耗低等性能，抗弯强度大于等于300MPa，被广泛应用于微电子封装中。氧化铝陶瓷基板金属化成型工艺是制约其应用一个重要因素。现阶段主流的金属化氧化铝陶瓷基板技术是用Mo-Mn法，直接覆铜法(DBC)，和薄膜法(DPC)。Mo-Mn法是以耐热金属Mo粉末为主，添加Mn粉，并通过丝网印刷在氧化铝陶瓷基板表面，再在加湿氢气气氛中高温烧结形成金属化层。这种方法烧结的覆层金属与陶瓷结合力比较强，但导电性能不理想，且高温下界面层容易产生较大的内应力。薄膜法就是采用真空蒸镀、溅射镀膜等物理镀膜技术，在高真空条件下，将金属溅射靶材镀到氧化铝陶瓷基板上。薄膜法的主要优点是金属层均匀，结合强度高，但不足之处是设备投资大，制作困难，成本较高。直接敷铜法(DBC)是在铜与陶瓷基板间引入适量的氧元素，在1065℃-1083℃的高温下烧结，利用铜的含氧共晶液将铜层敷接至陶瓷基板表面。但这种方法对温度的控制极其严格，且后续还需要对覆铜层进行退火和脱氧加工处理。敷铜氧化铝陶瓷基板针是工作于苛刻工况条件下的单层或多层电路板。一般采用上述铜涂敷技术在陶瓷基板上制备一层厚度均匀，结合强度高，导电性能好的铜金属层。然后根据电子器件电路的具体要求刻蚀出所需要的铜电路。通常采用化学腐蚀刻蚀的方法得到陶瓷电路板。专利
技术实现思路
本专利技术旨在取代传统的氧化铝陶瓷铜金属化和敷铜及电路刻蚀工艺。本专利技术提供了一种采用的大气等离子喷涂工艺进行氧化铝陶瓷金属化、氧化铝陶瓷基板敷铜、以及直接制备铜或铜合金电路氧化铝陶瓷基板。其制备效率高、原料利用率高、价格便宜、操作工艺简单方便、速度快，被喷涂的零件的尺寸范围可调、且铜金属化与电路层形成可以一步完成。在氧化铝陶瓷金属化和敷铜陶瓷电路板基板等方面具有巨大的应用前景。本专利技术提供了一种在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法，所述方法使用大气等离子喷涂技术在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金；所述大气等离子喷涂技术中，铜粉或铜合金粉体由载气经喷枪喷嘴喷出，在喷枪喷嘴外产生等离子束；所述喷枪喷嘴外围还设置有冷却气喷嘴，所述冷却气喷嘴喷出的冷却气包围所述等离子束；所述载气和冷却气为惰性气氛气体。在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，等离子喷涂用喷枪进行了防氧化结构设计，喷枪工作过程中熔融铜或合金在由喷嘴喷出到陶瓷基板过程中由惰性气体保护，防止金属在高温环境下氧化。(如图2中b所示)在本专利技术中，喷枪的特点是：等离子束在喷嘴前面产生，不需要引弧，金属粉体由惰性气氛气体(氩气，氦气，氮气或氩-氢混合气)作为载气经喷嘴喷出，再由喷嘴前端的等离子束加热并喷射到氧化铝陶瓷基板上。在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，所述惰性气氛气体选自氩氢混合气、氮气和氩气中的一种或多种；可选地，所述氩氢混合气中氢气含量为10vol.％以下。在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，所述铜合金选自铜的镍合金、铜的锡合金、铜的锌合金、铜的钛合金、铜的银合金、铜的镧合金、铜的钐合金、铜的钆合金、铜的钇合金、铜的钕合金和铜的钨合金中的一种或多种；可选地，所述铜粉或铜合金粉其粒径分布在10-100um。在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，所选取金属铜粉或铜合金粉加入大气等离子喷涂设备中，采用惰性气体保护；在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，所述氧化铝陶瓷选自纯度为质量百分比99％、96％、95％和90％中的一种或多种；可选地，所述氧化铝陶瓷基板粗糙度为2-20μm。所述使用大气等离子喷涂技术在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金具体为：1)将氧化铝陶瓷基板固定到平台上，将掩模版覆盖在氧化铝陶瓷的待操作面；2)送粉并进行大气等离子喷涂作业，制备特定图案的敷铜或铜合金氧化铝陶瓷电路基板。所述大气等离子喷涂作业包括以下步骤：打开等离子电源，空气和惰性气氛气体气路，冷凝水，设定用等离子束吹扫预热基板次数，根据基板面积尺寸和位置设置等离子束吹扫起始和终止坐标(X，Y)，以及设定每次等离子喷枪吹扫移动间隔(mm)。在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，所述掩模版的厚度为0.2-1毫米；所述掩模板根据氧化铝陶瓷基板表面电路设计要求在喷涂电路时被覆盖在氧化铝陶瓷基板上，所述掩模版可以为任何图案；所述特定图案基于掩模板制备而得。可选地，所述掩模版的材质选自不锈钢、铝合金、铜或铜合金；可选地，所述掩模板的最小线宽为30μm。在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，步骤2)中，所述大气等离子喷涂作业中的喷涂电流为100-200A、喷涂距离为4-10cm、喷枪移动速率50-200mm/s；可选地，送粉速率为3-10毫克/秒(30-60％)、载气流速3-7升/分钟；可选地，喷涂次数视基板面积和涂层厚度要求为1～10次，喷涂时间为10秒～1分钟。在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，在步骤2)大气等离子喷涂作业前，还包含使用载气等离子体对氧化铝陶瓷进行吹扫去除表面有机物以及杂质并预热。预热并吹扫操作完成后切换为送粉喷涂模式，进行喷涂作业。在本专利技术提供的氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法中，所述预热并吹扫操作的设定电流值为100-200A，吹扫时间为5-10s；优选地，所述设定电流值为200A，吹扫时间为5s；可选地，所述预热的预热温度为200～400℃；可选地，预热时设置等离子体流速8-12升/分钟；优选地，所述等离子体的流速12升/分钟。另一方面，本专利技术提供了一种氧化铝陶瓷电路板，所述氧化铝陶瓷电路板使用上述在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法制备得到；可选地，所述铜或铜合金的喷涂厚度为10-300μm。制得的所述氧化铝陶瓷电路板的电阻率为8×10-5Ω·mm～13×10-5Ω·mm；可选地，所述铜或铜合金与氧化铝陶瓷基板结合强度为4MPa～10MPa；综上所述，本专利技术提供了一种制备敷铜或铜合金氧化铝陶瓷基板的方法，该方法制备步骤简单，成本低，可量产是一种制造新的敷铜氧化铝陶瓷基板，或氧化铝陶瓷基板金属化的方法，有望于取代传统技术。本专利技术的特点在于：其一，通过可控的工艺条件参数及喷枪结构设计，可以制备出结合强度高，电性能优异，图案可控的铜金属或铜合金涂层；其二，采用大气等离子喷涂技术可以实现快速、大面积制备，原材料利用率高；其三，本专利技术适合使用多种金属粉及合金粉喷涂，涂层性能优异。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的其他优点可通过在说明书和说明书附图中所描述的方案来专利技术实现和获得。附图说明<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法，所述方法使用大气等离子喷涂技术在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金；/n所述大气等离子喷涂技术中，铜粉或铜合金粉体由载气经喷枪喷嘴喷出，在喷枪喷嘴外产生等离子束；/n所述喷枪喷嘴外围还设置有冷却气喷嘴，所述冷却气喷嘴喷出的冷却气包围所述等离子束；/n所述载气和冷却气为惰性气氛气体。/n

【技术特征摘要】
1.一种在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法，所述方法使用大气等离子喷涂技术在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金；
所述大气等离子喷涂技术中，铜粉或铜合金粉体由载气经喷枪喷嘴喷出，在喷枪喷嘴外产生等离子束；
所述喷枪喷嘴外围还设置有冷却气喷嘴，所述冷却气喷嘴喷出的冷却气包围所述等离子束；
所述载气和冷却气为惰性气氛气体。


2.根据权利要求1所述的在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法，其中，所述惰性气氛气体选自氩氢混合气、氮气和氩气中的一种或多种；
可选地，所述氩氢混合气中氢气含量为5vol.％-10vol.％。


3.根据权利要求1所述的在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法，其中，所述铜合金选自铜的镍合金、铜的锡合金、铜的锌合金、铜的钛合金、铜的银合金、铜的镧合金、铜的钐合金、铜的钆合金、铜的钇合金、铜的钕合金和铜的钨合金中的一种或多种；
可选地，所述铜粉或铜合金粉其粒径分布在10-100um。


4.根据权利要求1所述的在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法，其中，所述氧化铝陶瓷选自纯度为质量百分比99％、96％、95％和90％中的一种或多种；
可选地，所述氧化铝陶瓷基板粗糙度为2-20μm。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金的方法，其中，所述使用大气等离子喷涂技术在氧化铝陶瓷上敷铜或铜合金为：
1)将氧化铝陶瓷基板固定到平台上，将掩模版覆盖在氧化铝陶瓷的待操作面；
2)送粉并进行大气等离子喷涂作业，...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘伟，刘广华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11