改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法及陶瓷基板的制作方法
【專利摘要】改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法及陶瓷基板，包括在制備陶瓷基板上預(yù)定的位置開(kāi)設(shè)貫孔，接著在陶瓷基板上形成種子層，再在所述種子層上進(jìn)行圖形成像處理，之后利用多階段的直流電鍍方式在成像的圖案上形成良好表面粗糙度的銅線路。
【專利說(shuō)明】改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法及陶瓷基板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有涉及一種改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法，更詳而言之，尤其涉及一種有關(guān)在利用多階段的直流電鍍技術(shù)，改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為符合電子產(chǎn)品輕薄短小的發(fā)展趨勢(shì)，電子組件相應(yīng)的朝向高功率、高效能或高集成度方向發(fā)展，承載電子組件的基板，必須能夠符合前述電子組件的發(fā)展趨勢(shì)，因此散熱能力遂成為研發(fā)者關(guān)注的課題。
[0003]以發(fā)光二極管(LED)為例，由于高功率LED的發(fā)展成熟，7W乃至于IOW以上的LED晶粒的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，為能夠有效地將LED晶粒在工作時(shí)所產(chǎn)生的廢熱有效的散逸，同時(shí)維持LED光源模塊運(yùn)作的穩(wěn)定性，并達(dá)到降低光衰的目的，陶瓷基板以其較佳的散熱能力，成為高功率LED芯片必須使用的封裝載板。
[0004]一般單層的陶瓷基板制程可包括厚膜制程與薄膜制程兩種，薄膜制程相較于厚膜制程，具有線路精準(zhǔn)度較高、材料穩(wěn)定度較高、表面平整度較高、不易生成氧化物且附著性佳等優(yōu)勢(shì),而成為搭配高功率電子組件的主流產(chǎn)品。
[0005]現(xiàn)有的薄膜陶瓷基板的銅線路，是采用脈沖電鍍方式予以形成，但脈沖電鍍?cè)贚ED陶瓷基板的應(yīng)用上，光反射效率與表面粗糙度(roughness)較差，進(jìn)而影響LED光源反射的效率以及LED晶粒封裝的良率及產(chǎn)品穩(wěn)定性，為了達(dá)到線路平整、膜層細(xì)致及高反射率的銅面，一般業(yè)界會(huì)使用砂帶磨刷或拋光機(jī)拋光，以改善產(chǎn)品質(zhì)量，然而以機(jī)械研磨拋光會(huì)增加基板破裂的風(fēng)險(xiǎn)，大幅提聞生廣成本。
[0006]因此，如何提供一種適于高功率電子組件的改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法及提供一種良好金屬表面粗糙度的陶瓷基板，遂成為目前業(yè)界亟待解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的種種缺失，本發(fā)明提供一種改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法，其特征在于，包括:制備一陶瓷基板；在該陶瓷基板上的預(yù)定位置形成貫孔及/或切割槽；在該陶瓷基板上的預(yù)定位置形成種子層；在該種子層上進(jìn)行圖形成像以產(chǎn)生線路圖案；以及利用多階段的直流電鍍方式，在該線路圖案上形成銅線路。通過(guò)前述的多階段的直流電鍍過(guò)程步驟，能使銅線路表面形成光澤面，除能達(dá)到電鍍效率提升降低包孔機(jī)率的目的外，且后續(xù)不須經(jīng)過(guò)磨刷、拋光等制程，即可實(shí)現(xiàn)使鍍層細(xì)致以及降低粗糙度的功效。
[0008]進(jìn)一步地，上述方法中，種子層可通過(guò)濺鍍或印刷填孔技術(shù)形成。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明揭示的方法中，在上述形成種子層的步驟后，還可包含利用直流電鍍或化學(xué)鍍方式增厚該種子層，在該種子層上進(jìn)行圖形成像以產(chǎn)生線路圖案。該步驟的目的在于在前述貫孔的孔徑過(guò)小時(shí)，濺鍍的材料可能因?yàn)R鍍過(guò)程中所產(chǎn)生的氣泡或氣孔，而影響陶瓷基板的電性連接質(zhì)量。故在種子層上電鍍或化學(xué)鍍銅層，可以增加陶瓷基板特別是貫孔孔壁的電連接質(zhì)量。
[0010]進(jìn)一步地，在前述兩種實(shí)施形態(tài)的該些步驟執(zhí)行完成后，還可進(jìn)一步包括在所述銅線路上鍍鎳或在所述銅線路上鍍鎳后，進(jìn)一步在所述鍍鎳層上鍍銀或鍍金或鍍錫的步驟。所述鍍鎳、鍍金或鍍銀的步驟可以是電鍍或化學(xué)鍍。前述步驟的目的是為使銅線路符合固晶打線需求，故需在銅線路表面以電鍍或化學(xué)鍍的方式形成金、銀或錫層。此外，為防止銅線路的銅離子與所述金、銀或錫層的金、銀或錫離子相互遷移，故須在銅線路與金、銀或錫層之間電鍍上鎳層。
[0011 ] 進(jìn)一步地，在上述三種方法執(zhí)行完成最后，還可包含剝膜及蝕刻步驟，用以移除該陶瓷基板上的該銅線路以外的其它物質(zhì)。
[0012]進(jìn)一步地，上述四種方法中，其中產(chǎn)生線路圖案的步驟還包含在該種子層上進(jìn)行包括貼膜、曝光與顯影的圖形成像處理以產(chǎn)生線路圖案。
[0013]在本發(fā)明揭示的另一形態(tài)中，還提供一種改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法，其特征在于，包括:制備一陶瓷基板；在該陶瓷基板上的預(yù)定位置形成貫孔及/或切割槽；在該陶瓷基板上的預(yù)定位置形成種子層；利用直流電鍍或化學(xué)鍍方式增厚該種子層；在該種子層上進(jìn)行包括貼膜、曝光與顯影的圖形成像處理以產(chǎn)生線路圖案；利用多階段的直流電鍍方式，在線路圖案上形成銅線路；以及執(zhí)行剝膜及蝕刻程序。
[0014]進(jìn)一步地，在上述方法執(zhí)行完后，所述方法還可包括在該銅線路層上電鍍鎳或在該銅線路層上電鍍鎳后在該電鍍鎳層上電鍍銀或電鍍金或電鍍錫的步驟。
[0015]進(jìn)一步地，該銅線路上鍍鎳或在鍍鎳層上鍍銀或金或錫的方法還可以為化學(xué)鍍鎳及在該化學(xué)鍍鎳層上化學(xué)鍍銀或化學(xué)鍍金。
[0016]在以上所述的各實(shí)施形態(tài)中，所述銅線路的中心線平均粗糙度(Ra)小于0.1um,十點(diǎn)平均粗糙度(Rz)小于lum。
[0017]本發(fā)明還提供一種陶瓷基板，包含一銅線路，其中該銅線路是經(jīng)由多階段的直流電鍍形成后，未經(jīng)進(jìn)一步處理即具有中心線平均粗糙度(Ra)小于0.lum，以及十點(diǎn)平均粗糙度(Rz)小于1.0um。
[0018]進(jìn)一步地，所述的陶瓷基板，具有至少一貫孔且可為一發(fā)光二極管(LED)組件的散熱基板。
[0019]本發(fā)明還揭示了一種在陶瓷基板上形成導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，包括下列步驟:提供該陶瓷基板；在所述陶瓷基板產(chǎn)生線路圖案；以及利用多階段的直流電鍍，在所述線路圖案上形成金屬線路；其中，在所述多階段的直流電鍍中，分為兩個(gè)電鍍階段；其中，第一階段的電流密度是低于第二階段的電流密度。
[0020]相較于現(xiàn)有脈沖電鍍技術(shù)，本發(fā)明利用多階段的直流電鍍技術(shù)所形成銅線路的表面粗糙度較佳，搭配后續(xù)鍍鎳以及鍍銀或鍍金的制程，可以增加鍍銀或鍍金線路的光反射效率并降低表面粗糙度，進(jìn)而達(dá)到提升LED光源反射的效率以及LED晶粒封裝的良率與產(chǎn)品穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明揭示的第一實(shí)施例的流程圖；[0022]圖2a至2d是本發(fā)明的第一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施例的流程圖；
[0024]圖4a至4e是本發(fā)明的第二實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明的第三實(shí)施例的流程圖；
[0026]圖6是本發(fā)明的第四實(shí)施例的流程圖。
[0027]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0028]I陶瓷基板
[0029]10 貫孔
[0030]11切割槽
[0031]12種子層
[0032]121 銅層
[0033]13線路圖案
[0034]14銅線路
[0035]15 鎳層
[0036]16金、銀或錫層
[0037]SlOl 至 S108 步驟
[0038]S201 至 S2O9 步驟
[0039]S301 至 S3O7 步驟
[0040]S401 至 S408 步驟
【具體實(shí)施方式】
[0041]第一實(shí)施例:
[0042]如圖1與圖2a至2d所示，在步驟SlOl中，如圖2a所示，在制備的陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成貫孔10及切割槽11。在本實(shí)施例中，陶瓷基板I可為氧化鋁或氮化鋁基板。貫孔10可透過(guò)機(jī)械鉆孔或雷射鉆孔技術(shù)，在陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成貫孔10，其中，雷射貫孔技術(shù)因其物理特性，故較機(jī)械鉆孔技術(shù)更適于應(yīng)用在超高硬度或孔徑需求更為精細(xì)的陶瓷基板I上。切割槽11可視實(shí)際需求，以直向或縱向的直線或弧形曲線的形式，形成在陶瓷基板I上，以利陶瓷基板I的裁切或折斷。需補(bǔ)充說(shuō)明者，切割槽11可選擇性的形成在陶瓷基板I上。
[0043]在步驟S102中，如圖2b所示，在陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成種子層12。在本實(shí)施例中，是采用濺鍍方式形成種子層12，具體來(lái)說(shuō)，可在陶瓷基板I上濺鍍鈦或銅等金屬，或先濺鍍鈦在陶瓷基板I上，再在鈦層上濺鍍銅，或?yàn)R鍍鎳銅錳、鎳鉻、鈦鎢或鎳銅等合金在陶瓷基板I上，以此增加后續(xù)在其上透過(guò)直流電鍍所形成的銅線路與陶瓷基板間的附著度。
[0044]進(jìn)一步地，形成種子層也可選擇透過(guò)印刷填孔方式，將如銀膠、銅膠或碳墨材質(zhì)的導(dǎo)電膠印刷在陶瓷基板I上，并覆蓋在貫孔10的孔壁上。
[0045]在步驟S103中，如圖2c所示，在種子層12上進(jìn)行圖形成像，以產(chǎn)生線路圖案13。由于圖形成像為現(xiàn)有技術(shù)，故不另透過(guò)圖式呈現(xiàn)其流程步驟，具體言之，即形成圖案所需的光阻層，其步驟包括以熱壓滾輪的方式將干膜光阻貼覆在陶瓷基板上，之后，利用曝光設(shè)備進(jìn)行紫外線照射等流程，其中，受光罩遮蓋的干膜不會(huì)與紫外線產(chǎn)生聚合作用。干膜為對(duì)紫外線聚合反應(yīng)的樹脂負(fù)型光阻，經(jīng)過(guò)光罩選擇性曝光后及顯影后可留下需要電鍍銅增厚的區(qū)域，以將保留的線路圖案13顯現(xiàn)出來(lái)。
[0046]在步驟S104中，利用多階段的直流電鍍方式，在線路圖案13上形成銅線路14，銅線路14的厚度，可視實(shí)際需要予以調(diào)整。
[0047]銅線路的形成方法主要是利用直流電鍍整流器鍍膜層晶格致密表面成光澤面以及電鍍效率高的電鍍特性，將電鍍電流密度分階段調(diào)整以控制單位時(shí)間孔型的變化。
[0048]在本實(shí)施例中，以兩階段電鍍?yōu)槔?，本?shí)施例采用厚度為0.38mm的陶瓷基板1，透過(guò)前述機(jī)械或雷射鉆孔步驟，形成孔徑為60?SOum的貫孔10，陶瓷基板I的厚度與貫孔10的孔徑的縱深比為1:5。
[0049]接著，在第一階段的直流電鍍制程中，先將電流密度調(diào)整至0.5?1.0平均電流密度(ASD)，使產(chǎn)品在高銅低酸的環(huán)境下利用填孔藥水特性將貫孔10填滿。
[0050]再者，進(jìn)行第二階段的直流電鍍制程，將電流密度調(diào)整至3.0?4.0ASD,以此形成預(yù)期厚度50?75um的銅線路14，該銅線路14的表面粗糙度為中心線平均粗糙度(Ra)小于0.1um,十點(diǎn)平均粗糙度(Rz)小于1.0um的銅表面。
[0051]透過(guò)前述多階段的直流電鍍制程步驟，能使銅線路14表面形成光澤面，除能達(dá)到電鍍效率提升降低包孔機(jī)率的目的外，且后續(xù)不須經(jīng)過(guò)磨刷、拋光等制程，即可實(shí)現(xiàn)使鍍層細(xì)致以及降低粗糙度的功效。
[0052]另外，于實(shí)際實(shí)施時(shí)，可視不同的陶瓷基板厚度、孔形、孔徑、縱深比等參數(shù)，調(diào)整直流電鍍的階段數(shù)量及/或平均電流密度，以此獲得所需的銅線路的表面粗糙度。
[0053]如圖2d所示，在本實(shí)施例及以下實(shí)施例中，在銅線路14形成的后，為使銅線路14符合固晶打線需求，故需在銅線路14表面以電鍍方式形成金、銀或錫層16。此外，為防止銅線路14的銅離子與所述金、銀或錫層16的金、銀或錫離子相互遷移，故須在銅線路14與金、銀或錫層16之間電鍍上鎳層15。為實(shí)現(xiàn)該目的，可選擇性地進(jìn)入步驟S105至及S108。在步驟S105中，在銅線路14上，先電鍍上鎳層15，再在步驟S106中，在鎳層15上形成金、銀或錫層16。
[0054]接著，在步驟S107中，以堿性溶液去除與紫外光發(fā)生聚合作用的干膜光阻。再在步驟S108中，利用蝕刻方式將陶瓷基板I上除欲保留的線路圖案13位置以外包括種子層12的物質(zhì)去除。
[0055]第二實(shí)施例:
[0056]如圖3與圖4a至4e所示。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的制程步驟內(nèi)容大致相同，僅于部分流程步驟順序上有所調(diào)整，故對(duì)于相同的步驟內(nèi)容與選擇性的步驟內(nèi)容均不另為文贅述。
[0057]在步驟S201中，如圖4a所示，在制備的陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成貫孔10及切割槽11。
[0058]在步驟S202中，如圖4b所示，在陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成種子層12。
[0059]在步驟S203中，如圖4c所示，在種子層12上透過(guò)電鍍或化學(xué)鍍形成銅層121，以增厚該種子層12。在步驟S202中，是采用第一實(shí)施例步驟S102所述的濺鍍方式形成種子層12，然在貫孔10的孔徑過(guò)小時(shí)，濺鍍的材料可能因?yàn)R鍍過(guò)程中所產(chǎn)生的氣泡或氣孔，而影響陶瓷基板I的電性連接質(zhì)量。故在種子層12上電鍍或化學(xué)鍍銅層121，可以增加陶瓷基板1，特別是貫孔10的孔壁的電連接質(zhì)量。
[0060]在步驟S204中，如圖4d所示，在電鍍銅層121上進(jìn)行圖形成像，以產(chǎn)生線路圖案13。
[0061]在步驟S205中，如圖4e所示，利用多階段的直流電鍍方式，在線路圖案13上形成銅線路14。所述的多階段直流電鍍方式，是如第一實(shí)施例所述，可視實(shí)際需要予以調(diào)整，故不予復(fù)述。
[0062]接著，可選擇性的執(zhí)行步驟S206至S209。在步驟S206中，在該銅線路14上電鍍鎳，再在步驟S207中，在該鍍鎳層上電鍍銀或電鍍金。
[0063]接著，在步驟S208中，以堿性溶液去除與紫外光發(fā)生聚合作用的干膜光阻。再在步驟S209中，利用蝕刻方式將陶瓷基板I上除欲保留的線路圖案13位置以外包括種子層12的物質(zhì)去除。
[0064]第三實(shí)施例:
[0065]如圖5所示，本實(shí)施例與第一及第二實(shí)施例的制程步驟內(nèi)容大致相同，僅在部分流程步驟順序上有所調(diào)整，故對(duì)于相同的步驟內(nèi)容與選擇性的步驟內(nèi)容均不另為文贅述。
[0066]在步驟S301中，在制備的陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成貫孔10及切割槽11。
[0067]在步驟S302中，在陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成種子層12。
[0068]在步驟S303中，在種子層12上進(jìn)行包括貼膜、曝光與顯影的圖形成像處理以產(chǎn)生線路圖案13。
[0069]在步驟S304中，利用多階段的直流電鍍方式，在線路圖案13上形成銅線路14。所述的多階段直流電鍍方式，是如第一實(shí)施例所述，可視實(shí)際需要予以調(diào)整，故不予復(fù)述。
[0070]在步驟S305中，執(zhí)行剝膜、蝕刻程序，其實(shí)施方式可例如前述第一實(shí)施例的步驟S107與S108，故不另贅述。
[0071]接著，可選擇性的執(zhí)行步驟S306，在該銅線路14上化學(xué)鍍鎳，及步驟S307，在該鍍鎳層上化學(xué)鍍銀或化學(xué)鍍金。
[0072]第四實(shí)施例:
[0073]如圖6所示。本實(shí)施例與第一、第二及第三實(shí)施例的制程步驟內(nèi)容大致相同，僅在部分流程步驟順序上有所調(diào)整，故對(duì)于相同的步驟內(nèi)容與選擇性的步驟內(nèi)容均不另為文贅述。
[0074]在步驟S401中，在制備的陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成貫孔10及切割槽11。
[0075]在步驟S402中，在陶瓷基板I上的預(yù)定位置形成種子層12。
[0076]在步驟S403中，在種子層12上透過(guò)電鍍或化學(xué)鍍形成銅層121，以增厚該種子層12。
[0077]在步驟S404中，在種子層12上進(jìn)行包括貼膜、曝光與顯影的圖形成像處理以產(chǎn)生線路圖案13。
[0078]在步驟S405中，利用多階段的直流電鍍方式，在線路圖案13上形成銅線路14。所述的多階段直流電鍍方式，是如第一實(shí)施例所述，可視實(shí)際需要予以調(diào)整，故不予復(fù)述。
[0079]在步驟S406中，執(zhí)行剝膜、蝕刻程序，其實(shí)施方式可例如前述第一實(shí)施例的步驟S107與S108，故不另贅述。[0080]接著，可選擇性的執(zhí)行步驟S407，在該銅線路14上鍍鎳，及步驟S408，在該鍍鎳層上化學(xué)鍍銀或化學(xué)鍍金。
[0081]綜上所述，本發(fā)明利用多階段直流電鍍方式所形成銅線路的表面粗糙度較佳，搭配后續(xù)鍍鎳以及鍍銀或鍍金的制程，可以增加鍍銀或鍍金線路的光反射效率并降低表面粗糙度，進(jìn)而達(dá)到提升LED光源反射的效率以及LED晶粒封裝的良率與產(chǎn)品穩(wěn)定性。
[0082]盡管以上揭露了部分的實(shí)施例，但并非用以限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與變化。
【權(quán)利要求】
1.一種改善陶瓷貫孔基板上金屬表面粗糙度的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，制備陶瓷基板； 步驟二，在所述陶瓷基板上的預(yù)定位置形成貫孔及/或切割槽； 步驟三，在所述陶瓷基板上的預(yù)定位置形成種子層； 步驟四，在所述種子層上進(jìn)行圖形成像以產(chǎn)生線路圖案；以及 步驟五，利用多階段的直流電鍍，在所述線路圖案上形成銅線路； 其中，所述銅線路的中心線平均粗糙度(Ra)小于0.lum，十點(diǎn)平均粗糙度(Rz)小于1.0um0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述種子層是透過(guò)濺鍍或印刷填孔技術(shù)形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述銅線路上鍍鎳或在所述銅線路上鍍鎳形成鍍鎳層，然后在所述鍍鎳層上鍍銀或鍍金或鍍錫的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括剝膜及蝕刻步驟，用以移除所述陶瓷基板上的除所述銅線路以外的其它物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷基板的厚度與所述貫孔的孔徑縱深比為1:5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述多階段的直流電鍍的步驟中，進(jìn)一步包括電流密度調(diào)整至0.5?1.0平均電流密度(ASD)的第一階段直流電鍍步驟，以及電流密度調(diào)整至3.0?4.0(ASD)的第二階段的直流電鍍步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述形成種子層的步驟后，更包含利用電鍍或化學(xué)鍍形成方式增厚所述種子層的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生線路圖案的步驟進(jìn)一步包含: 在所述種子層上進(jìn)行包括貼膜、曝光與顯影的圖形成像處理以產(chǎn)生線路圖案。
9.一種在陶瓷基板上形成導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，包括下列步驟: 步驟一，提供所述陶瓷基板； 步驟二，在所述陶瓷基板產(chǎn)生線路圖案；以及 步驟三，利用多階段的直流電鍍，在所述線路圖案上形成金屬線路； 其中，在所述多階段的直流電鍍中，分為兩個(gè)電鍍階段； 其中，第一階段的電流密度是低于第二階段的電流密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述金屬線路為銅線路。
11.一種陶瓷基板，包含銅線路，其特征在于，所述銅線路是經(jīng)由多階段的直流電鍍形成后，未經(jīng)進(jìn)一步處理即具有中心線平均粗糙度(Ra)小于0.lum，以及十點(diǎn)平均粗糙度(Rz)小于 1.0um。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷基板為發(fā)光二極管組件的散熱基板。
【文檔編號(hào)】H05K1/02GK103533765SQ201310322863
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
【發(fā)明者】曾翔瑋, 陳冠州, 張漢中, 周政鋒, 林展立, 徐元辰 申請(qǐng)人:立誠(chéng)光電股份有限公司