[发明专利]一种陶瓷表面图形化金属层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子元器件制造技术领域，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。本发明基于“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。

背景技术

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，其中金属浆料烧渗法纳米浆料成本较高，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Al₂O₃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。

本发明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。

发明内容

针对已有技术的不足，本发明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。

本发明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，本发明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，本发明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。