CN114758956A - 覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，先将基体垫片放置于烧结炉网带上，而后放置发泡陶瓷垫板，该发泡陶瓷不与铜和铜的氧化物反应；而后依次将铜片、瓷片、铜片叠放在发泡陶瓷垫板上进行烧结，烧结完毕后，将双面覆铜陶瓷基板取下。本发明利用发泡陶瓷作为烧结垫板材料，其在键合温度区间不与铜片反应，解决烧结垫片与铜片粘连、残留烧结印记的问题。与实心陶瓷垫板材料相比，发泡陶瓷导热系数低，一定程度上抑制了下层铜片晶粒偏大的情况。此外，发泡陶瓷与铜片实际接触面积大大减小，有效降低垫板材料对铜片的损伤。且发泡陶瓷热震性好，可循环使用，此外操作简单，对产品无污染，可提高DCB生产效率与生产质量。
Description
技术领域
本发明属于覆铜陶瓷基板制备技术领域，具体涉及一种覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法。
背景技术
覆铜陶瓷基板热循环性高、形状稳定、刚性好、导热率高、可靠性高，覆铜面可以刻蚀出各种图形，并且是一种无污染、无公害的绿色产品，使用温度相当广泛，可以从-55℃～850℃，热膨胀系数接近于硅，是大功率电子器件、集成电路板的关键封装材料。随着5G、新能源等新技术的飞速发展，其应用范围越来越广泛，市场需求量日益增加。
目前双面覆铜陶瓷基板的生产基本是分两次烧结，即烧结完一面再烧另一面，其不足之处在于：(1)两次烧结产生热应力较大，于力学性能不利；(2)生产效率慢，经济效益降低。
双面同时烧结是上述问题的有效解决方法。但目前双面同时烧结大多应用实心陶瓷材料或抗高温氧化的金属材料作为烧结垫板，垫板与铜片接触面积大，易在铜片表面留下印记造成不良，甚至与铜片在高温下反应，造成粘连报废，难以在实际生产中推广应用。
发明内容
本发明为解决上述技术问题进行，提出一种覆铜陶瓷基板双面同时烧结的制备方法，利用不与铜及其氧化物反应的发泡陶瓷作为烧结垫板材料，实现了陶瓷片两面同时覆铜，该方法制备的产品性能优良，并增加了生产效率。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法主要包括两个步骤：
S1，将基体垫片放置于烧结炉网带上，将发泡陶瓷垫板放置于所述基体垫片上，所用发泡陶瓷为不与铜和铜的氧化物反应的陶瓷材料；
S2，依次将铜片、瓷片、铜片叠放在所述发泡陶瓷垫板上进行烧结，烧结完毕后，将双面覆铜陶瓷基板从发泡陶瓷垫板上取下。
优选的，S1中，基体垫片为氧化铝垫片。烧结时，基体垫片将热量传递给发泡陶瓷垫板，并避免发泡陶瓷垫板与烧结炉网带直接接触。
优选的，所用发泡陶瓷材料选自碱性氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷或上述陶瓷的复合陶瓷。碱性氧化物陶瓷包括MgO,Y2O3或CaO，非氧化物陶瓷包括SiC或Si3N4。
优选的，发泡陶瓷材料上的孔为开孔或闭孔，孔直径在0.08-3mm，气孔率为20-90％；发泡陶瓷垫板的厚度为2～15mm，发泡陶瓷的杂质含量≤5％。
进一步优选，发泡陶瓷垫板为纯度为99.5％的氧化镁发泡陶瓷垫板，厚度为10mm，孔为通孔，平均孔径为0.6mm。
优选的，S2中，铜片为无氧铜，清洗后在100-3000ppm氧含量的氮气氛围中单面氧化，放置时铜片氧化面与瓷片接触。
瓷片的清洗方法如下：将瓷片放置在30-50℃纯水中利用超声波清洗设备清洗。
烧结时工艺条件如下：。在氮气保护下，1065-1082℃保温4-30min。
本发明的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法与现有技术对比，具有如下有益效果：
1、所用发泡陶瓷在键合温度区间不与铜片反应的特性，解决烧结垫片与铜片粘连、残留烧结印记的问题；2、发泡陶瓷导热系数低，一定程度上抑制了下层铜片晶粒偏大的情况；3、发泡陶瓷与铜片实际接触面积大大减小，有效降低垫板材料对铜片的损伤；4、发泡陶瓷热震性好，可循环使用；5、操作简单，可提高DBC生产效率。
附图说明
图1为本发明覆铜陶瓷基板双面同时烧结时各部件的层叠结构示意图，其中1、3为铜片；2为瓷片；4为氧化镁发泡陶瓷垫板；5为氧化铝垫片。
图2为本发明覆铜陶瓷基板表面镜下观察结果；
图3为现有技术覆铜陶瓷基板表面镜下观察结果。
具体实施方式
下面结合本发明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。
1、覆铜陶瓷基板双面同时烧结
在烧结炉内进行双面同时烧结，各部件的层叠结构参见图1，先将氧化铝垫片5放置于烧结炉网带上，作为底层垫片；而后将将纯度为99.5％的氧化镁发泡陶瓷垫板4放置于氧化铝垫片5上，其中发泡陶瓷厚度为10mm，孔为通孔，平均孔径为0.6mm；接着依次将铜片3、瓷片2、铜片1叠放在发泡陶瓷上进行烧结，烧结完毕，将双面覆铜陶瓷基板从发泡陶瓷垫板上取下。
铜片1和铜片3均为无氧铜，清洗后在氧含量为800ppm的氮气氛围中单面氧化，放置时铜片氧化面与瓷片2接触。
瓷片放置前也先需进行清洗，方法如下：将瓷片放置在30-50℃纯水中利用超声波清洗设备清洗。
烧结时工艺条件如下：在氮气气体保护下，1073℃保温15min。
2、对比例(单面烧结)
铜片1和铜片3经除油、酸洗、超声纯水洗、烘干后，在氧含量800ppm的氮气气氛中单面氧化，使得铜片表面生成一定厚度氧化层；瓷片2放置在30-50℃纯水中利用超声波清洗后烘干。在氮气保护下，将铜片3放置在瓷片2上进行单面烧结，温度1070℃，保温13min。随后在氮气保护下，将已烧结好的单面覆铜板与铜片1进行烧结，温度1073℃，保温15min。以上步骤完成，制得双面覆铜陶瓷基板。
3、效果验证
将实施例与对比例进行晶粒大小，粗糙度，抗弯强度，剥离强度测试，测试条件如下：
晶粒、粗糙度测试条件：10-30℃，相对湿度≤80％；
三点抗弯强度测试条件：10-30℃，相对湿度≤80％，支点间距30mm，加载速率0.5mm/min；
剥离强度测试条件：10-30℃，相对湿度≤80％，样品宽度5mm，速度设定50mm/min。
测试结果参见表1和图2及图3：
表1实施例与对比例覆铜陶瓷基板性能测试对比
结果显示，实施例双面同时烧结所得覆铜陶瓷基板平均粒径降低约14μm，在显微镜下观察对比明显；粗糙度方面，Ra平均值下降28.4％，Rz平均值下降51.1％，Rmax平均值下降57.8％，改善效果显著；强度方面，实施例覆铜陶瓷基板抗弯强度提升4.5％，剥离强度提升22.5％，性能更加优异。
综上，本发明方法可实现覆铜陶瓷基板的两面同时烧结，所得覆铜陶瓷基板表面状态良好、性能优良。
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 (9)
1.一种覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于，采用发泡陶瓷作为烧结垫板，包括如下步骤：
S1，将基体垫片放置于烧结炉网带上，将发泡陶瓷垫板放置于所述基体垫片上，所用发泡陶瓷为不与铜和铜的氧化物反应的陶瓷材料；
S2，依次将铜片、瓷片、铜片叠放在所述发泡陶瓷垫板上进行烧结，烧结完毕后，将双面覆铜陶瓷基板从发泡陶瓷垫板上取下。
2.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于：
其中，S1中，所述基体垫片为氧化铝垫片。
3.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于：
其中，S1中，所用发泡陶瓷材料选自碱性氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷或上述陶瓷的复合陶瓷，
所述碱性氧化物陶瓷包括MgO,Y2O3或CaO，所述非氧化物陶瓷包括SiC或Si3N4。
4.根据权利要求3所述的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于：
其中，所述发泡陶瓷材料上的孔为开孔或闭孔，孔直径在0.08-3mm，气孔率为20-90％，
所述发泡陶瓷垫板的厚度为2～15mm。
5.根据权利要求3所述的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于：
其中，所述发泡陶瓷的杂质含量≤5。
6.根据权利要求3所述的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于：
其中，所述发泡陶瓷垫板为纯度为99.5％的氧化镁发泡陶瓷垫板，厚度为10mm，孔为通孔，平均孔径为0.6mm。
7.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于：
其中，S2中，铜片为无氧铜，清洗后在100-3000ppm氧含量的氮气氛围中单面氧化，放置时铜片氧化面与瓷片接触。
8.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于：
其中，S2中，瓷片的清洗方法如下：将瓷片放置在30-50℃纯水中利用超声波清洗设备清洗。
9.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板双面同时烧结方法，其特征在于：
其中，S2中，烧结时工艺条件：在氮气保护下，1065-1082℃保温4-30min。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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