CN101883473B

CN101883473B - 双面电导通复合板的制造方法

Info

Publication number: CN101883473B
Application number: CN2009101364362A
Authority: CN
Inventors: 江文忠; 吴耿忠; 谢英基; 吕政刚; 傅铭煌
Original assignee: High Conduction Scientific Co Ltd
Current assignee: Tong Hsing Electronic Industries Ltd
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2029-05-08
Also published as: CN101883473A

Abstract

一种双面电导通复合板的制造方法，包括下列步骤：(A)在一由一第一金属箔片、一陶瓷板体及一第二金属箔片依序层叠接合的复合板上，形成一至少贯穿该第一金属箔片、该陶瓷板体及第二金属箔片的导通孔；(B)在该导通孔中填充一金属膏，并使该金属膏接触该第一金属箔片及第二金属箔片；(C)进行烧结，使该金属膏与该第一金属箔片及该第二金属箔片形成一体而电导通。其中，该导通孔的孔径介于1～0.2mm。

Description

双面电导通复合板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种电路板及其制造方法，特别是涉及一种双面电导通的复合板及其制造方法。

背景技术

一种现有的双面电导通复合板的制造方法如下：(1)提供一单面接合一第一铜箔91的陶瓷板体92(见图1)；(2)在陶瓷板体92钻设一导通孔921(见图2)；(3)在导通孔921中置入一铜球93(见图3)；(4)在陶瓷板体92远离第一铜箔91一侧叠置一第二铜箔94(见图4)；(5)进行共晶烧结，使第一铜箔91、铜球93及第二铜箔94形成一体，借此制造出如图5所示的双面电导通复合板9。

另一种现有的双面电导通复合板9的制造方法，则是利用一铜饼(disk)96(见图6)取代上述的铜球93，再以加压点焊(spot welding)取代共晶烧结，即如图7所示，借由一焊棒97抵顶在第二铜箔94对应导通孔921处，同时加压及焊接，使第一铜箔91、铜球93及第二铜箔94焊接成一体，而制造出如图8所示的双面电导通复合板9’。

随着电子产品微小化趋势的发展，导通孔921的尺寸也随着要微小化。但在上述的两种制造方法中，随着导通孔921的尺寸缩小，便会有下列几个问题产生：(1)铜球93或铜饼96的尺寸对应导通孔921而缩小，因此要将其分别对应置入导通孔921的操作难度也随着增加；(2)进行加压点焊的位置精确度要提高，否则极易产生无法电导通的瑕疵品；(3)制造铜球93的精确度也随着提高，这是因为铜球93的直径要略大于陶瓷板体92厚度，才能在共晶烧结时能连接第一铜箔91与第二铜箔94，过大会使复合板9表面不平整，过小则产生无法电导通的瑕疵品。

由于目前无法有效解决上述问题，所以一般导通孔921的尺寸下限约是1mm，尺寸再小则良率会大幅降低。然而这样的尺寸仍不能满足越来越微小的电子产品的需求，因此，如何制造含有更微小导通孔921的双面电导通复合板9，是一相当重要的课题。

发明内容

本发明的目的是在提供一种双面电导通复合板。本发明双面电导通复合板包含一陶瓷板体、接合于该陶瓷板体两侧的一第一金属箔片及一第二金属箔片、至少一导通孔以及对应该导通孔数量的导电单元；该导通孔至少贯穿该第一金属箔片及该陶瓷板体，且具有1～0.2mm的孔径；该导电单元对应设置于该导通孔中，并与该第一金属箔片及第二金属箔片形成一体而电导通。

上述该导电单元是由一金属膏对应充填于该导通孔中，再经烧结处理而与该第一金属箔片及第二金属箔片形成一体。

其中，该金属膏是由80～90％铜粉、1～10％黏结剂及1～10％稀释剂组成。

进一步地，该铜粉的粒径是1～50μm，该黏结剂是萜品醇，该稀释剂是乙醇或异丙醇。

有关该第一金属箔片及第二金属箔片，较佳地是铜箔；而该陶瓷板体，是氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)、氧化锆(ZrO₂)及氧化钛(TiO₂)材质制成。

本发明的另一目的，是在提供上述双面电导通复合板的制造方法。

本发明双面电导通复合板的制造方法包含下列步骤：(A)在一由一第一金属箔片、一陶瓷板体及一第二金属箔片依序层叠接合的复合板上，形成至少一导通孔，该导通孔至少贯穿该第一金属箔片、该陶瓷板体的导通孔及第二金属箔片；(B)在该导通孔中填充一金属膏，并使该金属膏接触该第一金属箔片及第二金属箔片；及(C)进行烧结，使该金属膏与该第一金属箔片及该第二金属箔片形成一体而电导通。

在本发明所提出的第一种制造方法中，该步骤(A)包括三个子步骤：(A1)将该第一金属箔片及第二金属箔片接合于该陶瓷板体两侧；(A2) 在该第一金属箔片及第二金属箔片上形成该导通孔的表面段；(A3)于该陶瓷板体上对应形成该导通孔的中央段，且该表面段与中央段相互连通。

较佳地，该子步骤(A2)是利用一蚀刻制程来形成该导通孔的表面段。

更佳地，该子步骤(A2)是先利用一微影制程在该第一金属箔片表面预先形成一预定位置，再利用该蚀刻制程于该预定位置形成该导通孔的表面段。

进一步地，该子步骤(A2)的微影制程是在该第一金属箔片表面及第二金属箔片表面贴压一感光干膜，再将具有至少一预设位置影像的图案底片，置于该感光干膜上并进行曝光，且使该感光干膜相对该预设位置影像处保持未曝光，借此在已曝光感光干膜上对应形成至少一预设位置，然后将该预设位置处的已曝光感光干膜以显影剂洗掉，使该第一金属箔片及第二金属箔片于该预设位置局部地出露。

更进一步地，该子步骤(A2)的蚀刻制程是利用蚀刻液将该第一金属箔片及第二金属箔片出露处蚀刻去除，并使该陶瓷板体裸露，再将该已曝光感光干膜去除。

另外，该子步骤(A3)是利用一雷射钻孔制程形成该导通孔的中央段。

在本发明所提出的第二种制造方法中，该步骤(A)包括三个子步骤：(A1’)在该陶瓷板体上形成该导通孔的中央段；(A2’)将该陶瓷板体与该第一金属箔片及第二金属箔片接合形成该复合板；(A3’)于该第一金属箔片及第二金属箔片上形成该导通孔的表面段。

其中，该子步骤(A1’)是利用一雷射钻孔制程形成该导通孔的中央段。

较佳地，该子步骤(A3’)是利用一蚀刻制程来形成该导通孔的表面段。

更佳地，该子步骤(A3’)是先利用一微影制程在该第一金属箔片及第二金属箔片表面预先形成一预定位置，再利用该蚀刻制程于该预定位置形成该导通孔的表面段。

进一步地，该子步骤(A3’) 的微影制程是在该第一金属箔片及第二金属箔片表面贴压一感光干膜，再将具有至少一预设位置影像的图案底片，置于该感光干膜上并进行曝光，且使该感光干膜相对该预设位置影像处保持未曝光，借此在已曝光感光干膜上对应形成至少一预设位置，然后将该预设位置处的已曝光感光干膜以显影剂洗掉，使该第一金属箔片及第二金属箔片于该预设位置局部地出露。

更进一步地，该子步骤(A3’)的蚀刻制程是利用蚀刻液将该第一金属箔片及第二金属箔片出露处蚀刻去除，并使该陶瓷板体裸露，再将该已曝光感光干膜去除。

另外，该步骤(B)中的金属膏是由80～90％铜粉、1～10％黏结剂及1～10％稀释剂组成。

有关该第一金属箔片及第二金属箔片，较佳地是铜箔；而该陶瓷板体，是氧化铝、氮化铝、氧化锆及氧化钛材质制成。本发明的有益效果在于：利用微影制程及蚀刻制程在该第一铜箔及第二金属箔片上形成该导通孔的表面段，并利用雷射钻孔制程在该陶瓷板体上形成导通孔的中央段，可精确控制该导通孔位置并使其尺寸介于1～0.2mm，再利用该铜膏充填，并进行烧结而形成该导电单元，以电导通该第一铜箔及第二铜箔。

附图说明

图1是一相互接合的一第一铜箔与一陶瓷板体，用以说明一种现有的双面电导通复合板的制造方法；

图2是在图1中该陶瓷板体钻设一导通孔；

图3是在图2中该导通孔中置入一铜球；

图4是在图3中该陶瓷板体远离该第一铜箔侧叠置一第二铜箔；

图5是利用图1～4所示的该现有制造方法所制造的双面电导通的复合板；

图6是利用一铜饼取代图4中的该铜球，用以说明另一种现有的双面电导通复合板的制造方法；

图7是在图6中以借由一焊棒进行加压点焊；

图8是利用图6～7所示的该现有制造方法所制造的双面电导通的复合板；

图9是一剖面示意图，说明本发明双面电导通复合板的优选实施例；

图10是是一流程图，说明本发明双面电导通复合板的第一种制造方法的步骤；

图11是一剖面示意图，显示由上而下依序层叠接合的一第一铜箔、一陶瓷板体及一第二铜箔；

图12是在图11中该第一铜箔及第二铜箔形成二导通孔的表面段的剖面示意图；

图13是一立体示意图，说明在图11中该第一铜箔及第二铜箔表面贴压一感光干膜；

图14是在图13中该感光干膜上叠置一具有一导通孔的预设位置影像的图案底片的立体示意图；

图15是图14中该感光干膜经曝光后形成一具有一预设位置的已曝光感光干膜的立体示意图；

图16是图15中该第一铜箔裸露于该预设位置的立体示意图；

图17是图16中该第一铜箔被蚀刻后裸露出该陶瓷板体的立体示意图；

图18是图17中该已曝光感光干膜完全去除的立体示意图；

图19是一剖面示意图，说明在图17中该陶瓷板体形成该导通孔的中央段；

图20是在图19的导通孔中填充一铜膏的剖面示意图；及

图21是一流程图，说明本发明双面电导通复合板的第二种制造方法的步骤。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图9所示为本发明的双面电导通复合板100的优选实施例，包含一陶瓷板体1、一第一铜箔7、一第二铜箔8及四组对应的导通孔2及导电单元3(图中只显示两组)。其中，陶瓷板体1是以厚度约0.635mm的氧化铝(Al₂O₃)为例，其它如氮化铝(AlN)、氧化锆(ZrO₂)及氧化钛(TiO₂)也可。第一铜箔7及第二铜箔8分别接合于陶瓷板体1相反两侧。导通孔2贯穿第一铜箔7、第二金属箔片8及陶瓷板体1，且具有1～0.2mm的孔径；而导电单元3对应设于导通孔2中，且与第一铜箔7及第二铜箔8烧结成一体，使该复合板100两侧形成电导通。

有关导通孔2及导电单元3的数量，可因应实际状况而增减。另外，导通孔2的孔径也可以大于1mm。

而本实施例中的导电单元3，是先利用一铜膏31充填于导通孔2中(见图20)，再经烧结而与第一铜箔7及第二铜箔8形成一体，相关制程将于后详述。铜膏31是由80～90％的铜粉、1～10％的黏结剂及1～10％的稀释剂所调配制成。其中，铜粉的粒径是1～50μm，黏结剂是萜品醇，而稀释剂是乙醇或异丙醇。上述铜膏31为具有黏度的流体，因此即使导通孔2的尺寸只有1～0.2mm，仍可轻易达成精确地充填的操作程序。

图10所示为本发明双面电导通复合板的第一种制造方法，以下分别进一步详述：

S₁-配合参阅图11，将第一铜箔7、陶瓷板体1及第二铜箔8层叠接合。在本制造方法中，是利用申请人于申请号TW96148408的“铜箔与陶瓷复合板之制造方法”(申请日为2007年12月18日)中所提的方法来进行接合，或是利用申请人于申请号TW97129642的“单面氧化层金属的制造方法、利用单面氧化层金属与陶瓷形成复合板的方法及其复合板”(申请日为2008年8月5日)中所提的方法来进行接合，相关内容请参阅所述申请案。除上述制造方法外，也可利用其它例如直接铜接合(Direct Copper Bonding，简称DCB)来进行。。

S₂-配合参阅图12，分别在第一铜箔7及第二金属箔片8表面形成导通孔2的表面段21。由于本发明双面电导通复合板100的陶瓷板体1 的厚度很薄(如前述只有0.635mm)，若直接以一般的机械钻孔方式来制造导通孔2，会很容易导致碎裂现象，所以在本实施例中，导通孔2是特别利用后述的两阶段方式形成。在说明导通孔2的形成步骤前，先将每一导通孔2定义出依序连通的三个部分(见图19)，即为一设在第一铜箔7的表面段21、一设在陶瓷板体1的中央段22，及另一设在第二金属箔片8的表面段21；其中，两个表面段21是同样地利用一微影制程(即下述步骤a、b及c)配合一蚀刻制程(即下述步骤d及e)来形成，而中央段22利用一雷射钻孔制程来形成。

上述微影制程及蚀刻制程包括下列程序：(a)参阅图13，在第一铜箔7及第二金属箔片8表面贴压一感光干膜4(dry film)；(b)参阅图14，将具有导通孔2的预设位置影像2”(即图中黑点)的图案底片5，置于感光干膜4上并进行曝光，此即负光阻影像转移法，感光干膜4经曝光后形成一已曝光感光干膜4’，只有受预设位置影像2”(黑点)遮蔽处保持未曝光，借此在已曝光感光干膜4’上形成一预设位置2’(见图15)；(c)将感光干膜4’未曝光处以显影剂洗掉，即在预设位置2’处的感光干膜4’会被去除，局部地显露出第一铜箔7及第二金属箔片8(见图16)；(d)利用蚀刻液将预设位置2’裸露的第一铜箔7及第二金属箔片8去掉，即形成导通孔2的表面段21，此时陶瓷板体1会由表面段21处裸露(见图17)；(e)将已曝光感光干膜4’去除，使第一铜箔7及第二金属箔片8再度裸露(见图18)。其中，由于在第一铜箔7及第二金属箔片8表面是对应进行相同的步骤，因此图15～18只显示第一铜箔7侧的过程，但是要特别说明的是，在第一铜箔7及第二金属箔片8分别形成的预设位置2’是相互对应的，以使每一导通孔2后续形成在第一铜箔7的表面段21及第二金属箔片8的表面段21能够对应重叠。

上述程序(b)中一般是使用紫外光(UV)来进行曝光，使感光干膜4起感光硬化(curing)反应；程序(c)中的显影剂是含Na₂CO₃的水溶液；程序(d)中的蚀刻液是FeCl₃系蚀刻液或CuCl₂系蚀刻液；而程序(e)中则是利用含NaOH的水溶液来将已曝光感光干膜4’去除。另外，上述微影制程只描述主要的光阻覆盖、曝光及显影等程序，实际上一般完整的流程依序应该是表面清洗、涂底、光阻覆盖、软烤、曝光、曝光后烘烤、显影及硬烤。进一步来说，本实施例的微影制程虽然只描述预设位置2’的形成过程，但实际上可同时进行布导线作业，相关内容为该项技术领域中具有通常知识者所熟知，不再赘述。

S₃-配合参阅图19，由上述陶瓷板体1上的裸露处，即对应导通孔2的表面段21处，进行钻孔，以形成导通孔2的中央段22。由于导通孔2的尺寸微小，因此是利用一雷射钻孔制程来进行，以确保钻孔的精细度，而且钻孔完成后不必进行后续处理。由于在第一铜箔7的表面段21及第二金属箔片8的表面段21是对应重叠的，所以在完成导通孔2的中央段22后，即形成相互连通的表面段21及中央段22，便完成了导通孔2的整个设置步骤。

S₄-配合参阅图20，于导通孔2中填充铜膏31。填充铜膏31的目的是借以当作第一铜箔7及第二铜箔8的导通介质，以供后续产生双面电导通效果。

S₅-烘干并进行烧结，使铜膏31与第一铜箔7及第二铜箔8形成一体且呈电导通状态。其中，由于填充的铜膏31的特性，使得烧结在800℃～1075℃的范围内便可进行，烧结后便形成了导电单元3，制造出如图7所示的双面电导通复合板100。

在上述制造方法中，由于铜膏31是利用铜粉所制成的具有黏度的流体，具有高可塑性，因此即使导通孔21的尺寸小于1mm，铜膏31仍然可有效地被充填于其中；另外，由于是利用充填后再烧结的方式，铜膏31不必如现有铜球需要制造成精准的尺寸，制造上较方便。目前试验的结果显示，即使导通孔21的尺寸缩小到0.2mm，本制造方法生产双面电导通复合板100的良率仍可高达90％以上。

图19所示为本发明双面电导通复合板100的第二种制造方法，与第一优选实施例的步骤类似，同样有5个步骤(即S₁’、S₂’、S₃’、S₄’及S₅’)，差别在于将第一种制造方法中的步骤S₃提前，变成第二种制造方法的步骤S₁’，其余步骤顺延，换句话说，就是在第一铜箔7、陶瓷板体1及第二铜箔8接合前，就先在陶瓷板体1上钻设导通孔2的中央段22，再使预设位置2’重叠形成于陶瓷板体1的导通孔2的中央段22处，然后对应形成导通孔2表面段21，最终制造出同样如图9所示的双面电导通复合板100。

综上所述，本发明双面电导通复合板100的制造方法利用微影制程配合蚀刻制程分别在第一铜箔7及第二金属箔片8上形成导通孔2的表面段21，并利用雷射钻孔制程在陶瓷板体1上形成导通孔2的中央段22，且精确控制导通孔2的尺寸介于1～0.2mm，再充填铜膏31进行烧结，产生与第一铜箔7及第二铜箔8形成一体的导电单元3，而达到双面电导通的效果。

以上所述，只是本发明的优选实施例，不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属本发明专利涵盖的范围。

Claims

1.一种双面电导通复合板的制造方法，包含下列步骤：

(A)在一由一第一金属箔片、一陶瓷板体及一第二金属箔片依序层叠接合的复合板上，形成至少一导通孔，所述导通孔贯穿所述第一金属箔片、所述陶瓷板体及所述第二金属箔片；

(B)在所述导通孔中填充一金属膏，并使所述金属膏接触所述第一金属箔片及第二金属箔片；及

(C)进行烧结，使所述金属膏与所述第一金属箔片及所述第二金属箔片形成一体而电导通，

所述步骤(A)包括三个子步骤：(A1’)在所述陶瓷板体上形成所述导通孔的中央段；(A2’)将所述陶瓷板体与所述第一金属箔片及第二金属箔片接合形成所述复合板；(A3’)于所述第一金属箔片及第二金属箔片上形成所述导通孔的表面段。

2.根据权利要求1所述的双面电导通复合板的制造方法，其特征在于：所述子步骤(A3’)是先利用一微影制程在所述第一金属箔片及第二金属箔片表面预先形成一预定位置，再利用一蚀刻制程于所述预定位置形成所述导通孔的表面段。

3.根据权利要求2所述的双面电导通复合板的制造方法，其特征在于：所述子步骤(A3’)的微影制程是在所述第一金属箔片及第二金属箔片表面贴压一感光干膜，再将具有至少一预设位置影像的图案底片，置于所述感光干膜上并进行曝光，且使所述感光干膜相对所述预设位置影像处保持未曝光，借此在已曝光感光干膜上对应形成至少一预设位置，然后将所述预设位置处的已曝光感光干膜以显影剂洗掉，使所述第一金属箔片于所述预设位置局部地出露。

4.根据权利要求3所述的双面电导通复合板的制造方法，其特征在于：所述子步骤(A3’)的蚀刻制程是利用蚀刻液将所述第一金属箔片及第二金属箔片出露处蚀刻去除，并使所述陶瓷板体裸露，再将所述已曝光感光干膜去除。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的双面电导通复合板的制造方法，其特征在于：所述步骤(B)中的金属膏是由80～90％铜粉、1～10％黏结剂及1～10％稀释剂组成。