CN111945139B - 一种覆铜陶瓷基板镀镍方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种覆铜陶瓷基板镀镍方法，在陶瓷覆铜板图形化工艺后进行，包括如下步骤：1)制备高光面铜面：在20℃‑35℃条件下，将覆铜陶瓷基板置于抛光液中抛光5min‑30min，抛光后不进行烘干，保持湿板状态；2)清洗、烘干：将经步骤1)处理后的覆铜陶瓷基板依次进行除油、酸性微蚀、溢流水洗、冷风吹干、防氧化清洗、溢流水洗、超声水洗后，先表面吸水处理，而后采用热风烘干；3)化学镀镍：将经步骤2)处理后的覆铜陶瓷基板依次进行弱蚀、水洗、活化、水洗处理后进行化学镀镍。化学镀镍使用硫酸镍和次磷酸钠体系的化学镀镍液，镀镍时pH值控制在4‑6，温度控制在80℃‑100℃。

Description

一种覆铜陶瓷基板镀镍方法
技术领域
本发明属于半导体基板制备技术领域，涉及一种提高覆铜陶瓷基板可焊性制备技术，具体而言涉及一种获得具备光亮均匀高光面镀镍层的覆铜陶瓷基板镀镍方法。
背景技术
IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；覆铜陶瓷基板被广泛用作IGBT模块中的衬板。在IGBT功率模块封装过程中，通过焊接将IGBT/FRD芯片、端子、衬板、基板连接在一起，焊接工艺好坏直接影响模块的返工率及合格率，焊接质量直接关系到模块的可靠性。焊接一般采用两步法：第一步，陶瓷覆铜板与芯片间的焊接；第二步，芯片端子与陶瓷覆铜板间的焊接及陶瓷覆铜板与铝基板之间的焊接。要保证焊接的质量就必须要求陶瓷覆铜板具有良好的可焊性。
陶瓷覆铜板镀镍是提高基板可焊性的有效方式，针对图形化后的覆铜板，电镀镍困难很大，且所得镀层不均匀，而化学镀镍是获得良好镀镍层的有效方式。光亮均匀的高光面镀镍层是制备优良焊接性能性、高质量(镀层致密、耐腐蚀等)覆铜陶瓷基板的前提条件之一。
为了解决上述问题，现有技术进行了诸多有益探索，如专利CN1203211C、CN105648480A及期刊《高均匀度光亮镀镍法简述》，均提及了获得光亮均匀高光面镀镍层的方法，主要有：1)在化学镀镍液中加入光亮剂；2)化学镀镍后再进行光亮电镀镍；3)镀镍后，进行抛光获得高光面镀层。
但若将上述方法应用于覆铜陶瓷基板镀镍缺陷明显：方法2)并不适用于图形化的覆铜板；方法1)中加入光亮剂会造成镀速改变，同时光亮剂的加入也给工艺参数控制带来了较大的困难，残留的光亮剂会造成可焊性变差；方法3)中的抛光工序繁复，且针对厚度为2μm-20μm的覆铜板镀镍层，无论是化学电解液抛光还是物理抛光，均难度大、成本高。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种获得光亮均匀高光面镀镍层的覆铜陶瓷基板镀镍方法，该方法简单易行、成本低廉、适用性广、可显著提高金属陶瓷基板可焊性。
本发明摒弃了传统的对镀镍液或镀镍层进行改进的方式，技术关键在于先制备高光面铜的覆铜陶瓷基板，而后在高光面铜上镀镍，从而实现高光面镀镍。此外，在超声条件下对镀镍层使用有机溶剂清洗能明显提高镀镍层的可焊性。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实施：
本发明提供的覆铜陶瓷基板镀镍方法，在陶瓷覆铜板图形化工艺后进行，包括如下步骤：1)制备高光面铜面：在20℃-35℃条件下，将覆铜陶瓷基板置于抛光液中抛光5min-30min，抛光后不进行烘干，保持湿板状态；2)清洗、烘干：将经步骤1)处理后的覆铜陶瓷基板依次进行除油、酸性微蚀、溢流水洗、冷风吹干、防氧化清洗、溢流水洗、超声水洗后，先表面吸水处理，而后采用热风烘干；3)化学镀镍：将经步骤2)处理后的覆铜陶瓷基板依次进行弱蚀、水洗、活化、水洗处理后进行化学镀镍。化学镀镍使用硫酸镍和次磷酸钠体系的化学镀镍液，镀镍时pH值控制在4-6，温度控制在80℃-100℃。
优选的，在本发明提供的覆铜陶瓷基板镀镍方法中，还包括超声溶剂清洗步骤，将镀镍后的覆铜陶瓷基板浸没在无水乙醇、异丙醇、丙酮中的一种溶剂或几种混合液中常温超声15min-30min，随后水洗、烘干。优选的，水洗为常温纯水超声清洗5min-10min，烘干为80℃-100℃热风烘干5min-30min。
经过试验证实，镀镍后再经超声溶剂清洗，有助于进一步提高镀镍覆铜陶瓷基板的可焊性。
优选的，在本发明提供的覆铜陶瓷基板镀镍方法中，步骤1)中，所用抛光液选用氯酸钠与盐酸体系抛光液，该抛光液中，氯酸钠浓度为1.0-1.3g/L，盐酸浓度为20g/L-80g/L。
优选的，在本发明提供的覆铜陶瓷基板镀镍方法中，步骤2)中，除油处理时，将覆铜陶瓷基板依次在丙酮溶液中超声浸洗3min-5min，在无水乙醇中超声浸洗1min-3min，在纯水中超声浸洗1min-3min；酸性微蚀处理时，在温度20-40℃条件下，经包含2-4g/L硫酸和40-80g/L硫代硫酸钠的酸蚀液处理3-5min；两次溢流水洗条件均为常温溢流水洗1-5min；冷风吹干温度为15-25℃，处理时间为3-10min；防氧化清洗时，采用本领域常用的铜面抗氧化剂处理1-5min；超声水洗时，采用常温纯水超声水洗5～10min。
优选的，在本发明提供的覆铜陶瓷基板镀镍方法中，步骤2)中，水洗后的覆铜陶瓷基板先经吸水滚轮吸干表面水分，而后在80～100℃热风条件下烘干。
优选的，在本发明提供的覆铜陶瓷基板镀镍方法中，步骤3)中，弱蚀处理时，采用5-50g/L稀硫酸，室温处理5s-15s；水洗处理时，常温水洗60s-150s；活化处理时，使用离子型钯盐活化液，活化温度为15℃-30℃，时间为60s-200s；优选的，在本发明提供的覆铜陶瓷基板镀镍方法中，化学镀镍液中硫酸镍含量在10-25g/L，次磷酸钠的含量在15-20g/L，溶液pH控制在4.9-5.3。
本发明的有益效果如下：
本发明摒弃了传统的对镀镍液或镀镍层进行改进的方式，先制备高光面铜面，清洗烘干后进行化学镀镍实现高光面镀镍，技术效果如下：1)由于使用铜层的化学抛光代替镍层抛光，且铜层较厚(>0.2mm)而镍层较薄(2μm-20μm)，铜层抛光易于操作和控制，因此相比于使用化学镀镍光亮剂，本发明的化学镀镍过程更加稳定、可控；2)本发明与现有高光面镀镍技术可以复合，该方法适用性广，可针对各种工艺所制备的覆铜陶瓷基板；3)该方法简单实用、成本低、效果好。
附图说明
图1为本发明实施例1中的覆铜陶瓷基板镀镍方法的流程图；
图2为本发明实施例2中的覆铜陶瓷基板镀镍方法的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图和实施例对本发明的实施作详细说明，以下实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明所用试剂和原料均市售可得或可按文献方法制备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
根据图1，本实施例为本发明覆铜陶瓷基板镀镍方法的一种实施过程，依次包括如下步骤：
1)陶瓷覆铜板图形化工艺
与现有技术相同，如可以为贴膜、曝光、显影、铜蚀刻，针对活性钎焊的覆铜陶瓷基板还应包括焊料蚀刻。
2)制备高光面铜面
在20℃-35℃条件下，将覆铜陶瓷基板置于氯酸钠与盐酸体系抛光液中抛光5min-30min，抛光后不进行烘干，保持湿板状态。该抛光液中，氯酸钠浓度为1.0-1.3g/L，盐酸浓度为20g/L-80g/L，优选为50g/L。
3)清洗、烘干
将经步骤2)处理后的覆铜陶瓷基板依次进行除油、酸性微蚀、溢流水洗、冷风吹干、防氧化清洗、溢流水洗、超声水洗后，先表面吸水处理，而后采用热风烘干，为镀镍前预处理过程。
除油处理时，将覆铜陶瓷基板依次在丙酮溶液中超声浸洗3min-5min，在无水乙醇中超声浸洗1min-3min，在纯水中超声浸洗1min-3min；酸性微蚀处理时，在温度20-40℃条件下，经包含2-4g/L硫酸和40-80g/L硫代硫酸钠的酸蚀液处理3-5min；超声水洗时，采用常温纯水超声水洗5～10min；每次溢流水洗条件为常温溢流水洗1-5min；冷风吹干温度为15-25℃，处理时间为3-10min；防氧化清洗时，采用本领域常用的铜面抗氧化剂处理1-5min；表面吸水处理为经吸水滚轮吸干表面水分，而后在80～100℃热风条件下烘干。
4)化学镀镍
将经步骤3)处理后的覆铜陶瓷基板依次进行弱蚀、水洗、活化、水洗处理后进行化学镀镍。化学镀镍使用硫酸镍和次磷酸钠体系的化学镀镍液，镀镍时pH值控制在4-6，温度控制在80℃-100℃。
弱蚀处理时，采用5-50g/L稀硫酸，室温处理5s-15s；水洗处理时，常温水洗60s-150s；活化处理时，使用离子型钯盐活化液，活化温度为15℃-30℃，时间为60s-200s；化学镀镍液中硫酸镍含量在10-25g/L，次磷酸钠的含量在15-20g/L，溶液pH控制在4.9-5.3。
根据上述方法可有效实现覆铜陶瓷基板的均匀镀镍。
实施例2
本实施例为实施例1的进一步优化，在实施例1的步骤4)后增加对覆铜板产品超声溶剂清洗工艺，具体为将样品浸没在无水乙醇、异丙醇、丙酮中的一种溶剂或几种混合液中常温超声15min-30min，随后常温纯水超声清洗5min-10min，80℃-100℃热风烘干5min-30min。
实施例3
本实施例为本发明覆铜板镀镍后可焊性的测试方法，使用真空加热炉在H2:N2比例为100％:0的条件下，将贴有焊片(成分：Sn/Ag3.5/Cu0.5+Ni,Ge)的覆铜板以一定的升温速率加热到300℃±10℃并在此温度下持续260s，目视观察，要求上锡面积大于95％焊片面积。测试结果表明实施例2具有更高的可焊性。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种覆铜陶瓷基板镀镍方法，其特征在于，在陶瓷覆铜板图形化工艺后进行，包括如下步骤：
1)制备高光面铜面
在20℃-35℃条件下，将覆铜陶瓷基板置于抛光液中抛光5min-30min，抛光后不进行烘干，保持湿板状态；所述抛光液选用氯酸钠与盐酸体系抛光液，该抛光液中，氯酸钠浓度为1.0-1.3g/L，盐酸浓度为20g/L-80g/L；
2)清洗、烘干
将经步骤1)处理后的覆铜陶瓷基板依次进行除油、酸性微蚀、溢流水洗、冷风吹干、防氧化清洗、溢流水洗、超声水洗后，先表面吸水处理，而后采用热风烘干；
3)化学镀镍
将经步骤2)处理后的覆铜陶瓷基板依次进行弱蚀、水洗、活化、水洗处理后进行化学镀镍，所述化学镀镍使用硫酸镍和次磷酸钠体系的化学镀镍液，镀镍时pH值控制在4-6，温度控制在80℃-100℃，
所述化学镀镍液中硫酸镍含量在10-25g/L，次磷酸钠的含量在15-20g/L，溶液pH控制在4.9-5.3；
4)超声溶剂清洗
将镀镍后的覆铜陶瓷基板浸没在无水乙醇、异丙醇、丙酮中的一种溶剂或几种混合液中常温超声15min-30min，随后水洗、烘干。
2.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板镀镍方法，其特征在于：
其中，所述水洗为常温纯水超声清洗5min-10min，烘干为80℃-100℃热风烘干5min-30min。
3.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板镀镍方法，其特征在于：
其中，步骤2)中，除油处理时，将覆铜陶瓷基板依次在丙酮溶液中超声浸洗3min-5min，在无水乙醇中超声浸洗1min-3min，在纯水中超声浸洗1min-3min；酸性微蚀处理时，在温度20-40℃条件下，经包含2-4g/L硫酸和40-80g/L硫代硫酸钠的酸蚀液处理3-5min；两次溢流水洗条件均为常温溢流水洗1-5min；冷风吹干温度为15-25℃，处理时间为3-10min；防氧化清洗时，采用铜面抗氧化剂处理1-5min；超声水洗时，采用常温纯水超声水洗5～10min。
4.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板镀镍方法，其特征在于：
其中，步骤2)中，水洗后的覆铜陶瓷基板先经吸水滚轮吸干表面水分，而后在80～100℃热风条件下烘干。
5.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板镀镍方法，其特征在于：
其中，步骤3)中，弱蚀处理时，采用5-50g/L稀硫酸，室温处理5s-15s；水洗处理时，常温水洗60s-150s；活化处理时，使用离子型钯盐活化液，活化温度为15℃-30℃，时间为60s-200s。
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