[發明專利]蝕刻液及其應用、陶瓷表面高結合強度金屬層制備方法

在審

• 申請號: 202110337612.X
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113088289A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉建國;項徽清
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C09K13/10
• 分類號: C09K13/10;C04B41/91;C04B41/88
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

本發明公開了蝕刻液及其應用、陶瓷表面高結合強度金屬層制備方法，屬于陶瓷表面處理領域。蝕刻液由以下重量百分比的原料組成：濃硫酸92?98wt.％，冰晶石0.1?8wt.％，硼酸0.1?8wt.％，各組分含量之和為100％。其中，濃硫酸用于對陶瓷表面進行蝕刻；冰晶石和硼酸主要起到助熔(溶)、促熔(溶)作用，與高溫濃硫酸配合，可以加速陶瓷的均勻蝕刻去除，提高蝕刻效率和均勻性。制備方法包括：在一定溫度下，對潔凈的氧化鋁陶瓷表面進行均勻刻蝕，產生均勻的蝕刻微結構。該表面經清洗后，經敏化、活化和化學鍍銅等傳統步驟，即可在氧化鋁陶瓷表面獲得高結合強度的金屬銅層，結合強度可以達到40MPa以上，平均剝離強度可以達到3.5?10N/mm。

技術領域

本發明屬于陶瓷表面處理領域，更具體地，涉及蝕刻液及其應用、陶瓷表面高結合強度金屬層制備方法。

背景技術

近年來，隨著電子封裝技術的不斷進步，使得在氧化鋁、氧化鋯、氮化鋁等陶瓷表面制作高結合強度導電金屬層或圖案的技術發展十分迅速。傳統的陶瓷表面金屬化技術，主要包括薄膜法、厚膜法和共燒法三種。(1)薄膜法：主要是利用蒸發、離子鍍、濺射鍍膜等真空鍍膜法進行金屬化。通常需要在陶瓷基板上沉積所需膜層之前先沉淀一層電阻材料和一層阻擋層金屬材料(如鉻、鎳或鈦等)，以提高附著力，再沉積頂層導體材料，最后再進行電鍍增加至所需的厚度。(2)厚膜法：即通過在陶瓷基板上絲網印刷厚膜電子漿料經高溫燒結形成導電金屬層。(3)直接鍵合法：就是直接將金屬銅箔或銅板在800-1000℃的真空加壓條件下，直接鍵合在陶瓷基板上。

這些技術雖然在陶瓷表面制備高結合強度的導電金屬層時，不需要對陶瓷表面進行事先的粗化蝕刻處理，但是其制備金屬層的技術分別存在相應的缺點。例如薄膜法需要事先在陶瓷表面和導電金屬銅層之間沉積中間層、生產環境條件苛刻、生產設備成本高、結合強度隨導電金屬層厚度增加衰減明顯、厚的基板過孔連接困難等缺點；厚膜法雖然工藝簡單，但是必須事先制備好絲網，而且制備的導電金屬層通常存在耐焊性和可焊性差等明顯缺點；直接鍵合法生產的陶瓷覆銅板，通常在金屬層和基板之間會有少量氣孔、金屬層厚度至少100μm，對于更薄的金屬層，只能采用將厚金屬層逐步腐蝕的方法進行減薄，工藝局限性明顯，此外，也難以實現過孔連接。

為解決上述工藝技術中存在的問題，一些采用激光+化學法或純化學法在氧化鋁陶瓷表面制備導電金屬層的工藝技術被相繼開發和公開出來。專利文獻201410054076.2公開了一種利用激光活化+化學鍍技術在氧化鋁陶瓷表面制作高結合強度金屬層的技術，但是這種方法在采用激光對陶瓷表面進行刻蝕時，激光掃描速率通常在幾十mm/s，對于大面積、大批量制造，效率低下。為適合大面積、高效率在氧化鋁陶瓷表面制作高結合強度的金屬層，一些化學方法被開發出來。專利DE-OS3345353公開了一種利用氫氟酸+氫氧化鈉的混合蝕刻液，在一定溫度下對氧化鋁陶瓷基材表面進行蝕刻處理，再進行化學鍍銅，從而在氧化鋁陶瓷表面制備金屬層。但是因為在高溫下氫氟酸易揮發，有毒，環保性差。而專利DE-OS3421988公開了一種利用堿金屬氫氧化物或碳酸鹽的400-500℃的熔鹽刻蝕處理氧化鋁陶瓷表面5-30min，清洗后，進行化學鍍銅，在氧化鋁陶瓷表面制備金屬層，但是由于這些熔鹽在室溫下是固體，只有在高溫下才是液體，但粘度過大，導致金屬銅層與氧化鋁陶瓷基板的結合強度均勻性差，剝離強度非常小，難以滿足實用要求。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了蝕刻液及其應用、陶瓷表面高結合強度金屬層制備方法，其目的在于大面積、高效率在陶瓷表面制作高結合強度的金屬層的同時，保證金屬銅層與陶瓷基板的高結合強度。

為實現上述目的，按照本發明的第一方面，提供了一種蝕刻液，由以下重量百分比的原料組成：

濃硫酸92-98wt.％，冰晶石0.1-8wt.％，硼酸0.1-8wt.％，各組分含量之和為100％。

優選地，所述濃硫酸濃度為70％-98％。

有益效果：本發明優選濃度為70％-98％的濃硫酸，該濃度下蝕刻速度快，效率高。