[发明专利]沉积厚铜层至烧结材料上的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电沉积铜层至导电烧结层上的方法。

发明背景

在制造印刷电路板(PCB)中，使用陶瓷作为基底，因为其具有良好耐高温性、良好导热性、高机械稳定性及良好电绝缘性质。特别地，陶瓷就用于其中电流产生高热量的高功率电子应用而言是有利的。

针对PCB使用陶瓷基底的一个问题是实现施加于陶瓷基底上的传导性金属层或金属导体线的良好粘附性。已知诸多将第一薄金属层作为粘附层施加至陶瓷表面的方法。例如，藉由真空或溅射方法(US 5,242,535 A)、藉由层压薄金属箔于基底表面上(AT 407 536 B)、藉由烧结包含金属粉末的糊剂于基底表面上或藉由湿式化学无电金属镀覆(US 4,888,208 A)，将薄金属层施加至陶瓷基底。

由烧结的包含金属粉末的糊剂制成的粘附层已显示对陶瓷基底的良好粘附性。例如，欧洲专利申请EP 974 565 A1揭示一种氮化铝经钨粉末糊剂覆盖且同时烧结以产生其上具有粘附性钨层的氮化铝陶瓷基底的基板(green sheet)。将镍磷合金层电镀至钨层上并再次烧结。该金属层藉由在其上层压1mm厚度的铜镀层而增厚。

一般而言，将另一金属层施加于粘附金属层上，以产生厚度适用作导电路径的金属层。例如，可藉由焊接厚金属镀层或藉由无电沉积或电沉积金属(US 4,888,208 A)于粘附金属层上来施加这些具有较高厚度的其它金属层。

虽然烧结的含金属粉末的糊剂提供对陶瓷基底的良好粘附性的优点，但所得烧结金属层亦具有缺点。一方面，难以实现均匀合金化，特别是在图案结构中情况如此。另一方面，难以于整个基底面上施加均匀厚度。另外，糊剂包含其它成分，例如有机化合物、溶剂、助焊剂、粘结材料等。

在烧结过程中，这些其它成分会产生空隙及气泡，及在烧结金属层的表面上产生烧结块、其它杂质及氧化物。

因此，在现有技术中，通常首先藉由湿式化学无电沉积法利用薄金属层覆盖烧结金属层，其弥补烧结金属层表面上的杂质及氧化物的不利影响。

烧结块(clinker)、其它杂质及氧化物会减损其它金属层的粘附性并造成藉由湿式化学沉积法施加的其它金属层的缺陷。观察到诸如突粒及晶须的缺陷，其减损导电性及导热性。出现的其它缺陷(例如浮裂)则导致电沉积铜层与烧结层无粘附性或弱粘附性。

特别地，在高功率电子应用中，PCB曝露至高热应力且因此金属层对基底的良好粘附性是重要因素。另外，高功率电子应用要求金属层及金属电路路径具有高横截面尺寸，以提供良好导电性及导热性。已知湿式化学电沉积法用于此目的，但具有典型加工参数(process parameter)的电沉积具有较不经济的长加工持续时间。长加工时间的缺点可藉由施加较高电流密度来解决。然而，高电流密度增加内建场(built in)的风险，内建场会降低传导层的纯度及传导性。电沉积的其它优点是可以利用不同厚度金属层覆盖基底的整个表面作为连续层或仅覆盖基底表面的一个部分或多个部分；及覆盖正面及背面。

除长加工时间的不利效果以外，初始发生的小镀覆缺陷会随着金属层厚度的增长而增加。此藉由增加金属层的粗糙度并随后转化成突粒、晶须及枝晶而变得明显。在厚度小于10μm的金属层中可忽略的初始小缺陷在金属沉积期间同时生长且在厚度大于10μm的金属层中变得特别明显及不可接受。

发明目的

因此，本发明的目的是提供一种直接电沉积金属层于导电烧结层上的方法，该金属层具有对该烧结层的良好粘附性、低数量的镀覆缺陷及良好的导电性及导热性。

发明内容

通过一种电沉积至少一个铜层至导电烧结层上的方法来实现所述目的，该方法包括以下步骤：

(i)提供至少一个导电烧结层，

(i.a)预处理该至少一个导电烧结层，

(ii)使该烧结层与电解镀铜溶液接触并在该烧结层与至少一个阳极之间施加电流，及

(iii)由此沉积铜层至该烧结层上，

其中该烧结层的预处理包括步骤(i.aa)：

(i.aa)使该至少一个导电烧结层与包含硫酸溶液及氧化剂的微蚀刻剂接触。

本发明方法提供无缺陷或低缺陷(亦即，具有极少缺陷)的铜层，从而导致高耐热性、良好导电性及导热性及对该导电烧结层的良好粘附性。

本发明方法在步骤(i)与(ii)之间另外包括其中使该至少一个导电烧结层与微蚀刻剂接触的步骤(i.aa)。此方法步骤进一步减少表面缺陷数量及增加沉积铜层的粘附强度。