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蚀刻液及其应用、陶瓷表面高结合强度金属层制备方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-10-17 10:33:39

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 王正伦 | 2023-10-17 10:33:39

1.一种蚀刻液,其特征在于,由以下重量百分比的原料组成:浓硫酸92-98wt.%,冰晶石0.1-8wt.%,硼酸0.1-8wt.%,各组分含量之和为100%。2.如权利要求1所述的蚀刻液,其特征在于,所述浓硫酸浓度为70%-98%。3.一种蚀刻液的应用,其特征在于,如权利要求1或2所述的蚀刻液用于氧化铝陶瓷表面、氧化锆陶瓷表面或者氮化铝陶瓷表面的蚀刻过程中。4.一种陶瓷表面高结合强度金属层制备方法,其特征在于,该方法包括:S1.将陶瓷浸泡于加热后的蚀刻液,搅拌蚀刻液一段时间,得到经刻蚀后的均匀陶瓷表面结构;S2.清洗均匀陶瓷表面结构,得到干净的陶瓷表面结构;S3.对干净的陶瓷表面结构进行常规的化学镀铜、镀镍、镀金、镀锡、镀银、和/或镀钯操作,即可在陶瓷表面获得高结合强度的金属铜、镍、金、锡、银、和/或钯层;所述蚀刻液为如权利要求1或2所述的蚀刻液,所述陶瓷表面为氧化铝陶瓷表面、氧化锆陶瓷表面或者氮化铝陶瓷表面。

本发明公开了蚀刻液及其应用、陶瓷表面高结合强度金属层制备方法,属于陶瓷表面处理领域。蚀刻液由以下重量百分比的原料组成:浓硫酸92‑98wt.%,冰晶石0.1‑8wt.%,硼酸0.1‑8wt.%,各组分含量之和为100%。其中,浓硫酸用于对陶瓷表面进行蚀刻;冰晶石和硼酸主要起到助熔(溶)、促熔(溶)作用,与高温浓硫酸配合,可以加速陶瓷的均匀蚀刻去除,提高蚀刻效率和均匀性。制备方法包括:在一定温度下,对洁净的氧化铝陶瓷表面进行均匀刻蚀,产生均匀的蚀刻微结构。该表面经清洗后,经敏化、活化和化学镀铜等传统步骤,即可在氧化铝陶瓷表面获得高结合强度的金属铜层,结合强度可以达到40MPa以上,平均剥离强度可以达到3.5‑10N/mm。

近年来,随着电子封装技术的不断进步,使得在氧化铝、氧化锆、氮化铝等陶瓷表面制作高结合强度导电金属层或图案的技术发展十分迅速。传统的陶瓷表面金属化技术,主要包括薄膜法、厚膜法和共烧法三种。(1)薄膜法:主要是利用蒸发、离子镀、溅射镀膜等真空镀膜法进行金属化。通常需要在陶瓷基板上沉积所需膜层之前先沉淀一层电阻材料和一层阻挡层金属材料(如铬、镍或钛等),以提高附着力,再沉积顶层导体材料,最后再进行电镀增加至所需的厚度。(2)厚膜法:即通过在陶瓷基板上丝网印刷厚膜电子浆料经高温烧结形成导电金属层。(3)直接键合法:就是直接将金属铜箔或铜板在800-1000℃的真空加压条件下,直接键合在陶瓷基板上。

这些技术虽然在陶瓷表面制备高结合强度的导电金属层时,不需要对陶瓷表面进行事先的粗化蚀刻处理,但是其制备金属层的技术分别存在相应的缺点。例如薄膜法需要事先在陶瓷表面和导电金属铜层之间沉积中间层、生产环境条件苛刻、生产设备成本高、结合强度随导电金属层厚度增加衰减明显、厚的基板过孔连接困难等缺点;厚膜法虽然工艺简单,但是必须事先制备好丝网,而且制备的导电金属层通常存在耐焊性和可焊性差等明显缺点;直接键合法生产的陶瓷覆铜板,通常在金属层和基板之间会有少量气孔、金属层厚度至少100μm,对于更薄的金属层,只能采用将厚金属层逐步腐蚀的方法进行减薄,工艺局限性明显,此外,也难以实现过孔连接。

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(1)本发明提出一种蚀刻液,由浓硫酸、冰晶石和硼酸组成,其中,浓硫酸用于对陶瓷表面进行蚀刻;冰晶石和硼酸主要起到助熔(溶)、促熔(溶)作用,与高温浓硫酸配合,可以加速陶瓷的均匀蚀刻去除,提高蚀刻效率和均匀性。

(2)本发明提出一种陶瓷表面高结合强度金属层制备方法,采用化学蚀刻液蚀刻陶瓷表面,适合大批量、大面积、孔内壁的连续加工生产,效率高;其次,高温硫酸与冰晶石和硼酸的混合液,冰晶石和硼酸作为氧化铝熔化、刻蚀去除的助熔(溶)、促熔(溶)剂,提高了蚀刻速率和蚀刻均匀性;再次,接下来的化学镀沉积金属铜导电层的工艺与现有的相关工艺兼容;最后,获得的金属导电铜层与陶瓷的结合强度可以达到40MPa以上,平均剥离强度可以达到3.5-10N/mm。

本专利成果采用技术转让,技术入股,技术合作等成果转化方式,希望进一步实现该专利的有益效果,有兴趣皆可面议。