CN115863275A - 一种含散热铜管的陶瓷基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子封装相关技术领域，提供了一种含散热铜管的陶瓷基板及其制备方法。该陶瓷基板包括陶瓷基片，所述陶瓷基片上表面为金属线路层，所述陶瓷基片下表面有电镀铜层和散热铜管，其特征在于，所述散热铜管采用电镀键合工艺嵌入到电镀铜层内。本发明提出的含散热铜管的陶瓷基板及其制备方法，具有结构紧凑，散热能力强，制备工艺简单，生产效率高等优点。
Description
技术领域
本发明属于电子封装相关技术领域，具体涉及一种含散热铜管的陶瓷基板及其制备方法。
背景技术
随着电子设计和制造工艺的不断进步，电子产品的多功能化和小型化，功率器件不断发展，使得单位芯片的功耗迅速增大，单位体积的热流量增大，使得芯片温度迅速提高。芯片受温度的影响，寿命降低，同时，局部过热的温度可能导致芯片发生形变，因此，散热成为影响器件性能与可靠性的关键技术。
陶瓷材料本身具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度、与芯片材料热匹配等性能，因此，非常适合作为功率器件封装基板，目前已在半导体照明、激光与光通信、航空航天、汽车电子、深海钻探等领域得到广泛应用。当前，随着芯片功率增加和器件集成度提高，现有陶瓷基板难以满足散热需求，必须采用含微流道结构的主动散热技术。近年来，基于半导体加工技术的微流道散热技术开始应用于功率器件散热，其采用半导体技术中的光刻、显影、腐蚀等工艺，在封装基板(如硅衬底、金属基板等)底面加工出尺寸为几十到上百微米的结构，然后通过焊接或粘接工艺将底板与微结构封闭制备出微流道。器件工作时，液体在微流道内流动，利用微流体流动时的高效散热特性实现降温。然而，现有的微流道采用微加工技术(光刻、显影、腐蚀等)制备，生产效率低，并且对于异型微流道结构，技术难度大。因此，亟需提供一种制备工艺简单，生产效率高，且可以实现异型微流道结构制备的微流道制备方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种含散热铜管的陶瓷基板，包括陶瓷基片，上表面为金属线路层，下表面为电镀铜层和铜管，铜管采用电镀键合工艺嵌入到陶瓷基片下表面的电镀铜层内。该微流道制备工艺简单，生产效率高，并且内置铜管作为微流道，陶瓷基板散热能力强。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种含散热铜管的陶瓷基板，该陶瓷基板包括陶瓷基片，所述陶瓷基片上表面为金属线路层，所述陶瓷基片下表面有电镀铜层，所述电镀铜层中嵌入有铜管，所述铜管采用电镀键合工艺与陶瓷基片下表面电镀铜层嵌合在一起。
进一步地，所述陶瓷基片材料为氧化铝、氮化铝、氮化硅或氧化铍。
按照本发明的另一个方面，提供一种含散热铜管的陶瓷基板制备方法，具体包括如下步骤：
S1、制作金属线路层
S11、在陶瓷基片上下表面溅射沉积金属薄层，作为种子层；
S12、在陶瓷基片上表面粘贴干膜，对干膜依次进行曝光、显影，以形成线路层图形；
S13、采用图形电镀工艺，在陶瓷基片上下表面制作金属线路层和电镀铜层。
S2、铜管预处理：对选择的铜管表面进行酸洗，去除表面氧化层。
S3、铜管与陶瓷基片嵌合：将铜管水平布置在陶瓷基片电镀铜层上，采用电镀键合工艺使铜管嵌入到电镀铜层内。
进一步的，所述铜管外径为1-3mm。
进一步的，所述铜管表面酸洗采用1-10％HCl溶液或H2SO4溶液，以去除铜管表面氧化层，防止结合不牢。
进一步的，电镀键合时，电流密度为2～5ASD，电镀液为60-120g/LCuSO4+100-200g/LH2SO4；加速剂为7-10mg/L，抑制剂为150-200mg/L，整平剂为3-7mg/L，以使电镀层优先沉积在铜管与陶瓷基片接触处。
进一步的，所述电镀键合铜层厚度为铜管外径25％-100％，以保障键合强度与散热能力；
进一步的，所述铜管在陶瓷基片下表面呈间隔并排设置或蛇形串联布置，且铜管间距与直径比为1:1到5:1。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的含微通道陶瓷基板及其制备方法具有以下有益效果：
1.本发明提出的微通道直接选用铜管，并通过电镀键合工艺嵌入到电镀铜层内，结构紧凑，提高了陶瓷电路板集成度与散热能力。
2.采用电镀键合工艺可以降低陶瓷基板应力和翘曲，提高封装效率与质量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的含散热铜管的陶瓷基板结构示意图；
图2是本发明实施例提供的散热铜管嵌入到陶瓷基片下表面电镀铜层内示意图；
图3是本发明实施例提供的并排设置的散热铜管示意图；
图4是本发明实施例提供的蛇形串联的散热铜管示意图；
图5是本发明实施例提供的含散热铜管的陶瓷基板制备工艺流程图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-陶瓷基片，2-金属线路层，3-电镀铜层，4-铜管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
如图1-4所示，本发明提供一种含散热铜管的陶瓷基板，该陶瓷基板包括陶瓷基片1，所述陶瓷基片1上表面为金属线路层2，所述陶瓷基片1下表面有电镀铜层3和铜管4，所述铜管4采用电镀键合嵌入到陶瓷基片1底面的电镀铜层3内。
进一步地，所述陶瓷基片1材料为氧化铝、氮化铝、氮化硅或氧化铍；
进一步地，所述铜管4外径为1-3mm；
进一步地，所述陶瓷基片下表面沉积有金属种子层，所述电镀铜层(3)经由电镀覆盖所述金属种子层；
进一步的，所述铜管在陶瓷基片下表面呈间隔并排布置，且铜管间距与外径比为1:1到5:1。
实施例2
如图5所示。本发明还提供一种含散热铜管的陶瓷基板制备方法，具体包括如下步骤：
S1、制作金属线路层
S11、在陶瓷基片上下表面溅射沉积金属薄层，作为种子层；
S12、在陶瓷基片上表面粘贴干膜，对干膜依次进行曝光、显影，以形成线路层图形；
S13、采用图形电镀工艺，在陶瓷基片上下表面分别制作金属线路层和电镀铜层。
S2、铜管预处理：对选择的铜管表面进行酸洗，去除表面氧化层。
S3、铜管与陶瓷基片嵌合：将铜管水平布置在陶瓷基片电镀铜层上，采用电镀键合工艺使铜管嵌入到电镀铜层内。
进一步的，所述铜管外径为1-3mm。
进一步的，所述铜管表面酸洗采用1-10％HCl溶液或H2SO4溶液，以去除铜管表面氧化层，防止结合不牢。
电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它导体材料表面附着一层金属膜，起到防止金属氧化(如锈蚀)，提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等)及增进美观等作用。
电镀需要一个向电镀槽供电的低压大电流电源以及由电镀液、待镀零件(阴极)和阳极构成电解装置，其中电镀液成分视镀层不同而不同，但均含有提供金属离子的主盐，能络合主盐中金属离子形成络合物的络合剂，用于稳定溶液酸碱度的缓冲剂，阳极活化剂和特殊添加物(如光亮剂、晶粒细化剂、整平剂、润湿剂、应力消除剂和抑雾剂等)。电镀过程是镀液中金属离子在外电场作用下，经电极反应还原成金属原子，并在阴极上进行金属沉积的过程。因此，这是一个包括液相传质、电化学反应和电结晶等步骤的金属电沉积过程。
进一步的，兼顾电镀速率和电镀层质量，电镀键合要求电流密度为2～5ASD。
进一步的，电镀键合溶液为：60-120g/LCuSO4+100-200g/LH2SO4；加速剂为7-10mg/L，抑制剂为150-200mg/L，整平剂为3-7mg/L，以使电镀层优先沉积在铜管与陶瓷基片接触处。
进一步的，所述电镀键合铜层厚度为铜管外径25％-100％，以保障键合强度与散热能力；
进一步的，所述铜管在陶瓷基片下表面呈间隔蛇形串联布置，且铜管间距与直径比为1:1到5:1。
本领域技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明；凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含散热铜管的陶瓷基板，该陶瓷基板包括陶瓷基片，所述陶瓷基片上表面为金属线路层，所述陶瓷基片下表面有电镀铜层和散热铜管，其特征在于，所述散热铜管采用电镀键合工艺嵌入到电镀铜层内。
2.如权利要求1所述的一种含散热铜管的陶瓷基板，其特征在于：所述陶瓷基片材料为氧化铝、氮化铝、氮化硅或氧化铍。
3.如权利要求1所述的一种含散热铜管的陶瓷基板，其特征在于：所述陶瓷基片下表面沉积有金属种子层，所述电镀铜层经由电镀覆盖所述金属种子层制备。
4.如权利要求1所述的一种含散热铜管的陶瓷基板，其特征在于：所述散热铜管外径为1-3mm。
5.如权利要求1所述的一种含散热铜管的陶瓷基板，其特征在于：所述散热铜管在陶瓷基片下表面呈间隔并排设置或蛇形串联布置，且铜管间距与直径比为1:1到5:1。
6.一种含散热铜管的陶瓷基板制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、制作金属线路层
S11、在陶瓷基片上下表面溅射沉积金属薄层，作为种子层；
S12、在陶瓷基片上表面粘贴干膜，对干膜依次进行曝光、显影，以形成线路层图形；
S13、采用图形电镀工艺，在陶瓷基片上下表面制作金属线路层和电镀铜层；
S2、铜管预处理：对选择的铜管表面进行酸洗，去除表面氧化层；
S3、铜管与陶瓷基片嵌合：将铜管水平布置在陶瓷基片电镀铜层上，采用电镀键合工艺使铜管嵌入到电镀铜层内。
7.如权利要求6所述的一种含散热铜管的陶瓷基板制备方法，其特征在于，对铜管表面进行酸洗具体采用1-10％HCl或H2SO4溶液。
8.如权利要求6所述的一种含散热铜管的陶瓷基板制备方法，其特征在于，电镀键合溶液为：60-120g/LCuSO4+100-200g/LH2SO4；加速剂为7-10mg/L，抑制剂为150-200mg/L，整平剂为3-7mg/L。
9.如权利要求6所述的一种含散热铜管的陶瓷基板制备方法，其特征在于，电镀键合电流密度为2～5ASD。
10.如权利要求6所述的一种含散热铜管的陶瓷基板制备方法，其特征在于，所述电镀键合铜层厚度为铜管外径25％-100％，以保障键合强度与散热能力。
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2022
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