[发明专利]一种功率器件模块封装用陶瓷基板的金属化方法

说明书

技术领域

    本发明涉及功率器件、模块（包括LED和激光器）封装领域，特别是涉及高导热系数陶瓷封装基板金属化领域。尤其指一种在陶瓷基板上获得高精细度、物理性能稳定的导电电路的金属化方法。

背景技术

    随着电子和光电功率器件功率和集成度的不断提高，功率器件和模块的散热问题愈发突出，如何有效地将器件和模块散发的热量及时地导出散掉是带给封装领域的新挑战。陶瓷基板材料以其优良的导热性、气密性好、绝缘性好、高频特性突出、化学稳定性佳、热稳定性强等诸多优点，广泛应用于大功率LED/LD、功率电子、电子封装、混合微电子与多芯片模块等领域。陶瓷表面金属化是陶瓷封装应用领域重要的步骤，高质量的金属化陶瓷基板应该具有高热导率和大电流负载能力，能够适用高温、高压、高磨损和强腐蚀的恶劣工作环境，以满足功率器件和模块封装应用于各种场合的应用要求。

目前陶瓷基板表面金属化的方法众多，总结出来主要有以下几大类：

1、厚膜法（含低温共烧法LTTC和高温共烧法HTTC）。厚膜法金属化技术一般采用含玻璃料的糊剂或印色，在陶瓷基板上通过丝网印刷形成封接用金属层、导体(电路布线)及电阻等，经烧结形成钎焊金属层、电路及引线接点等。厚膜浆料一般由粒度为1～5μm的金属粉末，添加百分之几的玻璃粘结剂，再加有机载体（包括有机溶剂、增稠剂和表面活性剂等）经球磨混练而成，厚膜浆料不仅要有低的电阻，而且要与基片有良好的键合强度。厚膜法优点在于工艺简单，可做多层电路、适于自动化和多品种小批量生产，设备一次性投入不大。其缺点是玻璃相的存在大大增加了热阻。结合强度尚不够高，特别是高温结合强度低，且受温度影响大。

2、直接敷铜法（DBC）。直接敷铜技术是利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上，其基本原理就是敷接过程前或过程中在铜与陶瓷之间引入适量的氧元素，在1070℃左右范围内，铜与氧形成Cu-O共晶液，DBC技术利用该共晶液一方面与陶瓷基板发生化学反应生成复合物相，另一方面浸润铜箔实现陶瓷基板与铜板的结合。DBC基板在制备过程中没有使用黏结剂，因而导热性能好，强度高，绝缘性强，可以得到很厚的金属电极。然而DBC对工艺温度精准度要求十分严苛，若生产工艺的温度不够稳定，势必会造成良率偏低的现象。而DBC虽以微影工艺备制金属线路，但因其工艺能力限制，金属铜箔厚度的下限约在150um左右，这使得其金属线路的分辨率上限亦仅为150左右(以深宽比1：1为标准)，对精细电路来说DBC金属化方法难以胜任

3、直接镀铜法（DPC）。专利CN101460014A公开的DPC技术中首先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术－真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层，接着以黄光微影之光阻被复曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作，其工艺结合材料与薄膜工艺技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。然而其工艺复杂度较高（数十道工艺），对工艺技术整合能力要求较高，这使得跨入DPC产业并能稳定生产的技术门槛和一次性设备投入门槛均相对较高。

4. 激光加工金属化方法。激光加工金属化方法布线精度高，效率高，可重复性好，且能避免光刻显影图形化电路等步骤。专利CN203261570U公开了一种在立体陶瓷上直接通过激光加工获得活化层，再通过电镀或化学镀方法加厚金属电路。该方法能通过较少的工艺步骤获得金属化陶瓷。其缺点是在陶瓷上直接通过电镀化学镀所得到的金属电路与陶瓷基板粘附性相对较差，难以满足大功率器件模块封装需求。

专利CN103094126A公开了一种陶瓷元器件细微立体导电线路的制备方法。先在陶瓷表面真空溅镀一层金属薄膜，然后利用激光对金属化部分进行有选择地去除，之后采用电镀加厚技术。该方法成本低、布线精度高、可实现立体电路。然而有些陶瓷如高热导系数的氮化铝陶瓷基板在激光加工过程中会在激光扫过区域形成一层铝金属层，很难实现有选择地去除。此方法不能实现完全离散、即不相互连通的电路加厚，且需要用到化学刻蚀步骤不够环保。因此，有必要开发实用性更强、适用性更广、工艺复杂度和成本更低的陶瓷基板金属化方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种功率器件模块封装用陶瓷基板的金属化方法，通过在陶瓷基板上敷设掩膜，然后利用激光直写电路，精度高、速度快、可重复性好、且能够在非平面的陶瓷基板上实现。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种功率器件模块封装用陶瓷基板的金属化方法，包括以下步骤：