CN109688732A - 一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法 - Google Patents

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陈春
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Abstract

本发明提供一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，所述双面陶瓷板包括中间陶瓷层、以及设置在陶瓷层两侧的覆铜层；包括以下步骤：S1.陶瓷基材准备；S2.激光钻孔前预蚀刻开窗；S3.孔金属化，激光钻孔后进行化学沉铜。本发明采用覆铜的高温烧结陶瓷作为基础材料来加工，确保原始基铜有良好的附着力；同时可根据客户要求来选择适宜的铜箔厚度，降低后续电镀时间，最大化提高电镀效率。

Description

一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法
技术领域
本发明属于线路板加工技术领域，具体涉及一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法。
背景技术
陶瓷基材具有优异的耐温性、耐化性、尺寸稳定性及高导热性，因此在某些特殊领域具有不可替代的技术地位；目前业界常用的陶瓷基材以三氧化二铝或氮化铝为主，基材表面可高温烧结铜箔或特殊处理后真空电镀铜；陶瓷基材的硬度非常高，达1500HV以上，超过很多合金钻刀的硬度，因此采用常规的机械钻孔方式很难实现孔加工，当前业界普遍的做法是采用激光方式钻孔再孔金属化，但如果陶瓷基材表面已覆铜：则铜厚会直接影响激光钻孔的质量，因此双面陶瓷板大多采购纯陶瓷基材（不覆铜）来加工，具体流程如下：
纯陶瓷基材（不覆铜）→ 激光钻孔 → 真空电镀→电镀铜加厚→图形转移
→蚀刻→ 得到需要的导电图形。
按上述流程及方法加工，需使用昂贵的真空电镀设备，一般PCB工厂不具备；同时真空电镀铜的结合力没有高温烧结的好，且厚度非常薄，事后需长时间电镀加厚，当客户需要100-200um厚铜时，其电镀时间长达5H以上，效率低下，无法满足批量加工要求，因此急需在传统PCB工艺基础上开发一种工业化的陶瓷板批量加工方法。
同时，按照现有技术传统陶瓷板加工方法，主要还面临以下技术缺点：
A. 需使用昂贵的真空电镀设备，一般PCB工厂不具备；同时加工成本较高，不具有竞争优势；
B．陶瓷表面真空电镀铜的结合力欠佳，没有高温烧结铜箔的附着力好；
C．真空电镀铜的厚度非常薄，事后需长时间电镀加厚，当客户需要100-200um厚铜时，其电镀时间长达5H以上，效率低下，无法满足批量加工要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，本发明采用覆铜的高温烧结陶瓷作为基础材料来加工，确保原始基铜有良好的附着力；同时可根据客户要求来选择适宜的铜箔厚度，降低后续电镀时间，最大化提高电镀效率。
本发明的技术方案为：一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，所述双面陶瓷板包括中间陶瓷层、以及设置在陶瓷层两侧的覆铜层；包括以下步骤：
S1.陶瓷基材准备；
S2. 激光钻孔前预蚀刻开窗；
S3. 孔金属化，激光钻孔后进行化学沉铜；
所述步骤S2包括以下具体步骤：
S21. 文件设计，在金属化孔部位设计开窗文件；
S22.局部开窗，先整板贴干膜，然后用开窗文件曝光，显影后露出铜面；
S23.局部蚀刻，将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材；
S24.电镀加厚，整板电镀，将孔铜加镀到客户需要的厚度要求。
进一步的，所述步骤S21中，开窗文件与孔等大。
进一步的，所述中间陶瓷层为三氧化二铝陶瓷层。
进一步的，步骤S1中的陶瓷基板结构，顶层与底层双面覆铜，铜箔厚度可根据要求选择； 中间绝缘层为三氧化二铝陶瓷基材，其厚度也可根据要求进行调整；采用以上烧结陶瓷结构，可确保原始基铜有良好的附着力，同时三氧化二铝基材可通过特殊的方法进行化学粗化，可提高孔壁金属化的可靠性。
进一步的，步骤S3中，包括激光钻孔后进行化学沉铜，具体包括：
S31.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；
S32.孔壁粗化：采用NaOH碱液粗化孔壁；
S33.金属化：采用传统的化学沉铜方式进行孔壁金属化。
本发明还提供一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．陶瓷基材准备；
B. 工程文件制作，除设计常规的钻孔、线路、测试及外形文件外，增加预蚀刻开窗文件，所述预蚀刻开窗文件是在激光钻孔前，预先在陶瓷板金属化孔部位的铜面上设计与孔等大的开窗；
C.预蚀刻开窗；
D. 激光钻孔，按MI钻孔文件，采用激光加工方式钻通孔；
E. 孔壁粗化；
F. 孔金属化：按传统的化学沉铜方式对孔壁进行金属化；
G. 电镀一铜：将孔铜及表铜厚度电镀到指定的厚度要求；
H. 外层线路：按负片工艺进行图形转移；
I．酸性蚀刻：根据铜厚选择合适的参数，蚀刻后即得到需要的导电图形；
J．后序加工：外层蚀刻后即得到半成品，后续按MI要求做完沉金、测试、激光外形、成品检验即可。
进一步的，所述步骤A中，包括根据客户介质厚度及表面铜厚要求购买相同规格的烧结陶瓷基板；所述材料尺寸比客户加工的成品尺寸单边大12mm以上。
进一步的，所述步骤C中，包括以下步骤：
C1.贴干膜：在陶瓷板上下两面贴感光干膜；
C2.图形转移：按蚀刻开窗文件进行图形转移，显影后露出铜面；
C3.酸性蚀刻：将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材。
进一步的，所述步骤E中，包括以下步骤：
E1.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；速度0.5-1.5m/min，压力4-6kg；
E2.孔壁粗化：采用NaOH碱液结合超声波粗化孔壁，所述NaOH碱液的浓度为40-60g/L，加工温度为65-85℃，处理时间10-20min。
本发明的创新点在于：
1、本发明作为一种提高陶瓷电镀效率的方法，直接采用覆铜的高温烧结陶瓷（Al2O3）作为基础材料来加工，确保原始基铜有良好的附着力；同时可根据客户要求选择适宜的铜箔厚度，降低后续电镀时间，极大提高电镀效率；
2、预蚀刻开窗技术，激光钻孔前，在金属化孔部位的铜面上预先设计与孔等大的开窗，蚀刻后露出陶瓷基材，避免表面覆铜影响激光钻孔质量，达到与裸基材钻孔一样的加工效果；
3、陶瓷孔壁粗化方法，采用喷砂预清洁，然后用强碱液配合超声波粗化孔壁，增强孔壁的结合力；
4、陶瓷孔壁金属化：按常规PCB的沉铜药水进行化学沉铜，实现陶瓷孔壁金属化，从而取代昂贵的真空电镀设备，极大降低生产成本，并满足批量化生产要求。
本发明的有益效果在于：
1. 直接采用覆铜的高温烧结陶瓷作为基础材料来加工，确保原始基铜有良好的附着力；同时可根据客户要求选择适宜的铜箔厚度，降低后续电镀时间，最大化提高电镀效率；
2. 预蚀刻开窗：激光钻孔前，在金属化孔部位的铜面上预先设计与孔等大的开窗，蚀刻后露出陶瓷基材，避免表面覆铜影响激光钻孔质量，达到与裸基材钻孔一样的加工效果；
3. 陶瓷孔壁化学沉铜：采用喷砂+强碱液配合超声波粗化孔壁，然后按常规PCB沉铜药水进行化学沉铜，实现孔金属化，取代昂贵的真空电镀设备，极大降低生产成本，并满足批量生产要求。
附图说明
图1为本发明实施例2的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，所述双面陶瓷板包括中间陶瓷层、以及设置在陶瓷层两侧的覆铜层；包括以下步骤：
S1.陶瓷基材准备；
S2. 激光钻孔前预蚀刻开窗；
S3. 孔金属化，激光钻孔后进行化学沉铜；
所述步骤S2包括以下具体步骤：
S21. 文件设计，在金属化孔部位设计开窗文件；
S22.局部开窗，先整板贴干膜，然后用开窗文件曝光，显影后露出铜面；
S23.局部蚀刻，将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材；
S24.电镀加厚，整板电镀，将孔铜加镀到客户需要的厚度要求。
进一步的，所述步骤S21中，开窗文件与孔等大。
进一步的，所述中间陶瓷层为三氧化二铝陶瓷层。
进一步的，步骤S1中的陶瓷基板结构，顶层与底层双面覆铜，铜箔厚度可根据要求选择； 中间绝缘层为三氧化二铝陶瓷基材，其厚度也可根据要求进行调整；采用以上烧结陶瓷结构，可确保原始基铜有良好的附着力，同时三氧化二铝基材可通过特殊的方法进行化学粗化，可提高孔壁金属化的可靠性。
进一步的，步骤S3中，包括激光钻孔后进行化学沉铜，具体包括：
S31.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；
S32.孔壁粗化：采用NaOH碱液粗化孔壁；
S33.金属化：采用传统的化学沉铜方式进行孔壁金属化。
实施例2
一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．陶瓷基材准备；
B. 工程文件制作，除设计常规的钻孔、线路、测试及外形文件外，增加预蚀刻开窗文件，所述预蚀刻开窗文件是在激光钻孔前，预先在陶瓷板金属化孔部位的铜面上设计与孔等大的开窗；
C.预蚀刻开窗；
D. 激光钻孔，按MI钻孔文件，采用激光加工方式钻通孔；
E. 孔壁粗化；
F. 孔金属化：按传统的化学沉铜方式对孔壁进行金属化；
G. 电镀一铜：将孔铜及表铜厚度电镀到指定的厚度要求；
H. 外层线路：按负片工艺进行图形转移；
I．酸性蚀刻：根据铜厚选择合适的参数，蚀刻后即得到需要的导电图形；
J．后序加工：外层蚀刻后即得到半成品，后续按MI要求做完沉金、测试、激光外形、成品检验即可。
进一步的，所述步骤A中，包括根据客户介质厚度及表面铜厚要求购买相同规格的烧结陶瓷基板；所述材料尺寸比客户加工的成品尺寸单边大12mm以上。
进一步的，所述步骤C中，包括以下步骤：
C1.贴干膜：在陶瓷板上下两面贴感光干膜；
C2.图形转移：按蚀刻开窗文件进行图形转移，显影后露出铜面；
C3.酸性蚀刻：将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材。
进一步的，所述步骤E中，包括以下步骤：
E1.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；速度1.0m/min，压力5kg；
E2.孔壁粗化：采用NaOH碱液结合超声波粗化孔壁，所述NaOH碱液的浓度为50g/L，加工温度为75℃，处理时间15min。
实施例3
一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．陶瓷基材准备；
B. 工程文件制作，除设计常规的钻孔、线路、测试及外形文件外，增加预蚀刻开窗文件，所述预蚀刻开窗文件是在激光钻孔前，预先在陶瓷板金属化孔部位的铜面上设计与孔等大的开窗；
C.预蚀刻开窗；
D. 激光钻孔，按MI钻孔文件，采用激光加工方式钻通孔；
E. 孔壁粗化；
F. 孔金属化：按传统的化学沉铜方式对孔壁进行金属化；
G. 电镀一铜：将孔铜及表铜厚度电镀到指定的厚度要求；
H. 外层线路：按负片工艺进行图形转移；
I．酸性蚀刻：根据铜厚选择合适的参数，蚀刻后即得到需要的导电图形；
J．后序加工：外层蚀刻后即得到半成品，后续按MI要求做完沉金、测试、激光外形、成品检验即可。
进一步的，所述步骤A中，包括根据客户介质厚度及表面铜厚要求购买相同规格的烧结陶瓷基板；所述材料尺寸比客户加工的成品尺寸单边大12mm以上。
进一步的，所述步骤C中，包括以下步骤：
C1.贴干膜：在陶瓷板上下两面贴感光干膜；
C2.图形转移：按蚀刻开窗文件进行图形转移，显影后露出铜面；
C3.酸性蚀刻：将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材。
进一步的，所述步骤E中，包括以下步骤：
E1.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；速度0.5m/min，压力4kg；
E2.孔壁粗化：采用NaOH碱液结合超声波粗化孔壁，所述NaOH碱液的浓度为40g/L，加工温度为65℃，处理时间20min。
实施例4
一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．陶瓷基材准备；
B. 工程文件制作，除设计常规的钻孔、线路、测试及外形文件外，增加预蚀刻开窗文件，所述预蚀刻开窗文件是在激光钻孔前，预先在陶瓷板金属化孔部位的铜面上设计与孔等大的开窗；
C.预蚀刻开窗；
D. 激光钻孔，按MI钻孔文件，采用激光加工方式钻通孔；
E. 孔壁粗化；
F. 孔金属化：按传统的化学沉铜方式对孔壁进行金属化；
G. 电镀一铜：将孔铜及表铜厚度电镀到指定的厚度要求；
H. 外层线路：按负片工艺进行图形转移；
I．酸性蚀刻：根据铜厚选择合适的参数，蚀刻后即得到需要的导电图形；
J．后序加工：外层蚀刻后即得到半成品，后续按MI要求做完沉金、测试、激光外形、成品检验即可。
进一步的，所述步骤A中，包括根据客户介质厚度及表面铜厚要求购买相同规格的烧结陶瓷基板；所述材料尺寸比客户加工的成品尺寸单边大12mm以上。
进一步的，所述步骤C中，包括以下步骤：
C1.贴干膜：在陶瓷板上下两面贴感光干膜；
C2.图形转移：按蚀刻开窗文件进行图形转移，显影后露出铜面；
C3.酸性蚀刻：将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材。
进一步的，所述步骤E中，包括以下步骤：
E1.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；速度1.5m/min，压力6kg；
E2.孔壁粗化：采用NaOH碱液结合超声波粗化孔壁，所述NaOH碱液的浓度为60g/L，加工温度为85℃，处理时间10min。
实施例5
一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．陶瓷基材准备；
B. 工程文件制作，除设计常规的钻孔、线路、测试及外形文件外，增加预蚀刻开窗文件，所述预蚀刻开窗文件是在激光钻孔前，预先在陶瓷板金属化孔部位的铜面上设计与孔等大的开窗；
C.预蚀刻开窗；
D. 激光钻孔，按MI钻孔文件，采用激光加工方式钻通孔；
E. 孔壁粗化；
F. 孔金属化：按传统的化学沉铜方式对孔壁进行金属化；
G. 电镀一铜：将孔铜及表铜厚度电镀到指定的厚度要求；
H. 外层线路：按负片工艺进行图形转移；
I．酸性蚀刻：根据铜厚选择合适的参数，蚀刻后即得到需要的导电图形；
J．后序加工：外层蚀刻后即得到半成品，后续按MI要求做完沉金、测试、激光外形、成品检验即可。
进一步的，所述步骤A中，包括根据客户介质厚度及表面铜厚要求购买相同规格的烧结陶瓷基板；所述材料尺寸比客户加工的成品尺寸单边大12mm以上。
进一步的，所述步骤C中，包括以下步骤：
C1.贴干膜：在陶瓷板上下两面贴感光干膜；
C2.图形转移：按蚀刻开窗文件进行图形转移，显影后露出铜面；
C3.酸性蚀刻：将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材。
进一步的，所述步骤E中，包括以下步骤：
E1.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；速度0.8m/min，压力4.5kg；
E2.孔壁粗化：采用NaOH碱液结合超声波粗化孔壁，所述NaOH碱液的浓度为55g/L，加工温度为70℃，处理时间17min。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过任一现有技术实现。

Claims (9)

1.一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，所述双面陶瓷板包括中间陶瓷层、以及设置在陶瓷层两侧的覆铜层；包括以下步骤：
S1.陶瓷基材准备；
S2. 激光钻孔前预蚀刻开窗；
S3. 孔金属化，激光钻孔后进行化学沉铜；
所述步骤S2包括以下具体步骤：
S21. 文件设计，在金属化孔部位设计开窗文件；
S22.局部开窗，先整板贴干膜，然后用开窗文件曝光，显影后露出铜面；
S23.局部蚀刻，将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材；
S24.电镀加厚，整板电镀，将孔铜加镀到客户需要的厚度要求。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，进一步的，所述步骤S21中，开窗文件与孔等大。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，所述中间陶瓷层为三氧化二铝陶瓷层。
4. 根据权利要求1所述的一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，步骤S1中的陶瓷基板结构，顶层与底层双面覆铜，铜箔厚度可根据要求选择； 中间绝缘层为三氧化二铝陶瓷基材，其厚度也可根据要求进行调整。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，步骤S3中，包括激光钻孔后进行化学沉铜，具体包括：
S31.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；
S32.孔壁粗化：采用NaOH碱液粗化孔壁；
S33.金属化：采用传统的化学沉铜方式进行孔壁金属化。
6.一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．陶瓷基材准备；
B. 工程文件制作，除设计常规的钻孔、线路、测试及外形文件外，增加预蚀刻开窗文件，所述预蚀刻开窗文件是在激光钻孔前，预先在陶瓷板金属化孔部位的铜面上设计与孔等大的开窗；
C.预蚀刻开窗；
D. 激光钻孔，按MI钻孔文件，采用激光加工方式钻通孔；
E. 孔壁粗化；
F. 孔金属化：按传统的化学沉铜方式对孔壁进行金属化；
G. 电镀一铜：将孔铜及表铜厚度电镀到指定的厚度要求；
H. 外层线路：按负片工艺进行图形转移；
I．酸性蚀刻：根据铜厚选择合适的参数，蚀刻后即得到需要的导电图形；
J．后序加工：外层蚀刻后即得到半成品，后续按MI要求做完沉金、测试、激光外形、成品检验即可。
7.根据权利要求6所述的一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，所述步骤A中，包括根据客户介质厚度及表面铜厚要求购买相同规格的烧结陶瓷基板；所述材料尺寸比客户加工的成品尺寸单边大12mm以上。
8.根据权利要求6所述的一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，所述步骤C中，包括以下步骤：
C1.贴干膜：在陶瓷板上下两面贴感光干膜；
C2.图形转移：按蚀刻开窗文件进行图形转移，显影后露出铜面；
C3.酸性蚀刻：将开窗的铜面蚀刻掉，露出陶瓷基材。
9.根据权利要求6所述的一种陶瓷电路板孔壁表面改性及金属化的加工方法，其特征在于，所述步骤E中，包括以下步骤：
E1.孔壁清洁：采用喷砂方式清洁孔壁；速度0.5-1.5m/min，压力4-6kg；
E2.孔壁粗化：采用NaOH碱液结合超声波粗化孔壁，所述NaOH碱液的浓度为40-60g/L，加工温度为65-85℃，处理时间10-20min。
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