金屬化陶瓷板體之製法

专利摘要:
一種金屬化陶瓷板體之製法，首先，於陶瓷板體上形成金屬層，並於該金屬層上形成阻層，且該阻層具有外露該金屬層的第一圖案化阻層開口與第二圖案化阻層開口，該第一圖案化阻層開口的寬度係大於該金屬層的厚度，該第二圖案化阻層開口的寬度係小於該金屬層的厚度，接著，進行濕式蝕刻，以於該第一圖案化阻層開口中形成外露該陶瓷板體的圖案化金屬層開口，並於該第二圖案化阻層開口中形成圖案化金屬層凹部，最後，再移除該阻層。本發明能有效減低金屬層與陶瓷板體介面處的內應力，並進一步提升最終產品的良率與可靠度。
公开号:TW201310593A
申请号:TW100130627
申请日:2011-08-26
公开日:2013-03-01
发明作者:Shih-Long Wei；Shen-Li Hsiao；Chien-Hung Ho
申请人:Viking Tech Corp；
IPC主号:H01L21-00

专利说明:
金屬化陶瓷板體之製法
本發明係有關一種金屬化陶瓷板體之製法，尤指一種用以減低陶瓷板體內應力之金屬化陶瓷板體之製法。
隨著電子產業的蓬勃發展，電子產品已充斥在我們周遭，而幾乎成為了社會大眾的必需品，其中，電子產品通常包括有例如陶瓷覆銅板的金屬化陶瓷板體，該陶瓷覆銅板一般是利用直接銅接合(direct bonded copper，簡稱DBC)技術在高溫下將陶瓷層與例如銅層的金屬層燒結接合，燒結後，該陶瓷層與銅層之間的結合力強且可靠度高；但是，在該陶瓷層與銅層之間存在一種名為貝殼狀破裂(conchoidal fracture)的破裂模式，係一種不規則且非沿著晶格面的破裂模式，起因於冷熱衝擊時的熱脹冷縮不匹配所產生的內應力，使得該銅層下方的陶瓷層破裂，而非在該陶瓷層與銅層之間的介面處產生破裂。
文獻中曾提到，若在銅層邊緣處減少質量，則可以減少這種破裂模式的發生，例如第7619302B2號美國專利，其揭露可於該銅層設計凹陷(dimple)，且該凹陷最好在底部為弧形(round)，深度並抵達陶瓷層，又該凹陷在溫度循環期間可於銅層與陶瓷層之間提供鍵結的應力釋放功能，所以能減少前述之破裂模式，進而提昇使用壽命。
又如第6670216B2號美國專利，其揭露一種陶瓷覆鋁板的鋁層邊緣之漸薄結構、刻痕、孔洞或溝槽，以減少鋁層邊緣的質量，進而減少介面處的內應力，預防鋁層下方的陶瓷層破裂，以提高產品的可靠度及壽命。
上述習知於金屬層表面形成凹陷的方法通常是使用濕式蝕刻以在金屬層邊緣形成連續排列的孔洞，以減少金屬層邊緣的質量。
請參閱第1A至1C圖，係習知之陶瓷覆銅板之製法的剖視圖，其中，第1C’與1C”圖係為第1C圖之俯視圖的不同實施態樣。
如第1A圖所示，提供一由陶瓷板體10與銅層11堆疊而成的陶瓷覆銅板1，並於該銅層11上形成阻層12，該阻層12於四周邊緣環繞有複數外露該銅層11的圓形阻層開孔120。
如第1B圖所示，濕式蝕刻未被該阻層12所覆蓋的銅層11，而形成複數銅層開孔110。
如第1C圖所示，移除該阻層12。
惟，由於濕式蝕刻係屬於等向性蝕刻，所以蝕刻藥液會在該阻層開孔中等向性地蝕刻該銅層，並在經過適當時間後，最後會裸露出該陶瓷板體，該銅層開孔並形成常見的碗狀結構；然而這種蝕刻後所得到的銅層開孔的孔徑、側壁輪廓及蝕刻深度並不容易控制，最終蝕刻形成的結構往往與原本預計的圖案不盡相同，造成應力減少的情況不如預期，例如，如果蝕刻時間不足，該銅層開孔孔徑太小且深度不夠，因此該銅層邊緣的質量並未顯著地減少，而無法有效釋放應力，如第1C’圖所示；又舉例來說，若蝕刻時間太久，則會形成過蝕現象，使該銅層邊緣產生郵票邊緣般的結構，如第1C”圖所示，此時實際上僅形成新的銅層邊緣，而未減少銅層邊緣質量，故不具備釋放陶瓷板體與銅層介面的內應力之功能。
因此，如何提出一種金屬化陶瓷板體之製法，以避免習知於金屬層中濕式蝕刻形成刻痕、孔洞或溝槽時不易控制蝕刻時間，導致無法確實減少金屬層邊緣質量以有效釋放金屬化陶瓷板體的內應力等問題，實已成為目前亟欲解決的課題。
鑑於上述習知技術之金屬化陶瓷板體之製法具有無法有效釋放內應力等缺失，本發明揭露一種金屬化陶瓷板體之製法，係包括：於陶瓷板體上形成金屬層；於該金屬層上形成阻層，該阻層具有外露該金屬層的第一圖案化阻層開口與第二圖案化阻層開口，該第一圖案化阻層開口的寬度係大於該金屬層的厚度，該第二圖案化阻層開口的寬度係小於該金屬層的厚度；進行濕式蝕刻，以於該第一圖案化阻層開口中形成外露該陶瓷板體的圖案化金屬層開口，並於該第二圖案化阻層開口中形成圖案化金屬層凹部；以及移除該阻層。
於前述之金屬化陶瓷板體之製法中，該金屬層之材質可為銅或鋁，且該(第一)圖案化阻層開口可為井字形，俾使該金屬層於進行濕式蝕刻後，成為矩陣排列的複數金屬塊。
依上所述之製法中，該圖案化金屬層凹部可位於各該金屬塊邊緣，該圖案化金屬層凹部可位於各該金屬塊邊緣且呈環形，且該圖案化金屬層凹部可圍繞成矩形環。
於本發明之金屬化陶瓷板體之製法中，復可包括移除該圖案化金屬層開口或圖案化金屬層凹部的頂部周緣的金屬層，且移除該圖案化金屬層開口或圖案化金屬層凹部的頂部周緣的金屬層的方式可為刷磨、帶柄砂輪研磨、噴砂或放電加工。
又於上述之金屬化陶瓷板體之製法中，移除該圖案化金屬層開口或圖案化金屬層凹部的頂部周緣的金屬層後，該圖案化金屬層開口或圖案化金屬層凹部的頂部周緣係可呈傾斜曲面狀、傾斜平面狀或階梯狀，且該帶柄砂輪之砂輪頭可為傘形或矩形。
所述之金屬化陶瓷板體之製法中，進行該噴砂之步驟係可包括：於該金屬層上形成金屬遮罩層，該金屬遮罩層具有外露各該圖案化金屬層開口及其周緣、或圖案化金屬層凹部及其周緣的金屬遮罩層開口；進行噴砂製程；以及移除該金屬遮罩層。
本發明復揭露另一種金屬化陶瓷板體之製法，係包括：於陶瓷板體上形成有金屬層；於該金屬層上形成阻層，該阻層具有外露該金屬層的圖案化阻層開口；進行濕式蝕刻，以於該圖案化阻層開口中形成外露該陶瓷板體的圖案化金屬層開口；移除該阻層；以及移除該圖案化金屬層開口的頂部周緣的金屬層。
由上可知，因為本發明係巧妙設計阻層開口的寬度，因此能可靠且輕易地於金屬化陶瓷板體的金屬層邊緣形成刻痕、孔洞或溝槽，再者，本發明可利用刷磨、帶柄砂輪研磨、噴砂或放電加工方式以進一步移除部分金屬層，而使得金屬層邊緣處產生漸薄的結構，故本發明可有效且方便地減少金屬化陶瓷板體的金屬層邊緣的質量，進而減低金屬層與陶瓷板體介面處的內應力，避免金屬層下方的陶瓷板體破裂，提升整體使用壽命與可靠度。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「頂」、「傾斜」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。 第一實施例
請參閱第2A至2D圖，係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第一實施例之剖視圖，其中，第2D’圖係第2D圖的俯視圖。
如第2A圖所示，提供一陶瓷板體20，於該陶瓷板體20上形成有金屬層21，該金屬層21之材質可為銅或鋁。
如第2B圖所示，於該金屬層21上形成阻層22，該阻層22具有外露該金屬層21的第一圖案化阻層開口221與第二圖案化阻層開口222，該第一圖案化阻層開口221的寬度係大於該金屬層21的厚度的1.2倍，該第二圖案化阻層開口222的寬度係小於該金屬層21的厚度的1.2倍。
如第2C圖所示，進行濕式蝕刻，由於濕式蝕刻是等向性的蝕刻，且本發明設計該第一圖案化阻層開口221的寬度大於該金屬層21的厚度的1.2倍，並設計該第二圖案化阻層開口222的寬度小於該金屬層21的厚度的1.2倍，因此該第一圖案化阻層開口221中的蝕刻速率將大於該第二圖案化阻層開口222中的蝕刻速率，所以在適當的蝕刻時間後，可於該第一圖案化阻層開口221中形成外露該陶瓷板體20的圖案化金屬層開口211，並同時於該第二圖案化阻層開口222中形成圖案化金屬層凹部212。
上述金屬層若是銅則可為1.1倍，不鏽鋼合金可為1.2倍，Invar/Kovar合金可為1.25倍，Nickel/Titanium是1.5T，視不同材料的金屬層定其倍數，其範圍於1.1-1.5倍之間。簡言之，第一圖案化阻層開口的寬度係大於該金屬層的厚度的1.1-1.5倍，而第二圖案化阻層開口的寬度係小於該金屬層的厚度的1.1-1.5倍。
如第2D與2D’圖所示，移除該阻層22。
要注意的是，於本實施例中，該第一圖案化阻層開口221係例示為井字形，使該金屬層21最終成為矩陣排列的複數金屬塊21’，但該第一圖案化阻層開口221不以井字形為限。
需說明者該圖案化金屬層凹部212係可如第2D’圖所示地位於各該金屬塊21’邊緣，且圍繞成矩形環，以減少各該金屬塊21’的邊緣質量，俾減少該金屬層21與陶瓷板體20介面處的內應力，但該圖案化金屬層凹部212不以本實施例者為限。 第二實施例
請參閱第3A至3B圖，係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第二實施例之剖視圖。
如第3A至3B圖所示，係延續自第2D圖，藉由刷磨輪30以於該金屬層21之表面進行刷磨，該刷磨輪30之表面可具有研磨砂帶(未圖示)，由於當刷磨輪30與金屬層21接觸時，會在該圖案化金屬層開口211與圖案化金屬層凹部212的頂部周緣產生應力集中的現象，該應力集中現象使得該金屬層21在表面與邊緣所受到的加工刷磨力量並不相同，使得該金屬層21邊緣處較容易被刷磨移除，最終該圖案化金屬層開口211與圖案化金屬層凹部212的頂部周緣係呈現傾斜曲面狀，而有助於降低該金屬層21與陶瓷板體20介面處的內應力。
應瞭解的是，雖然本實施例係對該圖案化金屬層開口211與圖案化金屬層凹部212的頂部周緣的金屬層21進行刷磨，但是亦可僅對該圖案化金屬層開口211或該圖案化金屬層凹部212的頂部周緣的金屬層21進行刷磨。
詳言之，本發明之製法亦可不需形成有該圖案化金屬層凹部，而直接形成圖案化阻層開口，並移除該圖案化金屬層開口的頂部周緣的金屬層，形成漸薄結構，以降低該金屬層與陶瓷板體介面處的內應力(亦即以圖案化金屬層開口的頂部周緣的漸薄結構取代圖案化金屬層凹部)，其中，形成漸薄結構的方式可透過刷磨(如本實施例)、帶柄砂輪研磨、噴砂或放電加工的方式進行。 第三實施例
請參閱第4A至4B圖，係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第三實施例之剖視圖。
如第4A至4B圖所示，係延續自第2D圖，藉由帶柄砂輪40研磨移除該圖案化金屬層開口211的頂部周緣的金屬層21，該帶柄砂輪40之砂輪頭401視情況可為傘形或矩形，使得該圖案化金屬層開口211的頂部周緣最終呈現傾斜平面狀或階梯狀，而有助於該金屬層21與該陶瓷板體20介面處的內應力的降低。
如前述內容，本發明之製法亦可不需形成有該圖案化金屬層凹部，而直接於陶瓷板體上進行濕式蝕刻以形成圖案化阻層開口，並移除該圖案化金屬層開口的頂部周緣的金屬層，透過帶柄砂輪研磨的方式形成漸薄結構，以降低該金屬層與陶瓷板體介面處的內應力。 第四實施例
請參閱第5A至5C圖，係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第四實施例之剖視圖。
如第5A圖所示，係延續自第2D圖，於該金屬層21上形成金屬遮罩層51，該金屬遮罩層51具有外露各該圖案化金屬層開口211及其周緣的金屬遮罩層開口510。
如第5B圖所示，進行噴砂(Sand Blasting)製程，未被該金屬遮罩層51所覆蓋的金屬層21因為受到砂粒52的強力撞擊而被移除，使得該圖案化金屬層開口211的頂部周緣最終呈現階梯狀，而有助於該金屬層21與該陶瓷板體20介面處的內應力的降低。
如第5C圖所示，移除該金屬遮罩層51。
於本實施例的另一態樣中，可不需形成有該圖案化金屬層凹部，而直接於陶瓷板體上形成圖案化阻層開口，並移除該圖案化金屬層開口的頂部周緣的金屬層以形成漸薄結構。具體作法為，先於陶瓷板體上形成有金屬層以及阻層，其中該阻層具有外露該金屬層的圖案化阻層開口，接著進行濕式蝕刻以於該圖案化阻層開口中形成外露該陶瓷板體的圖案化金屬層開口，最後，於該金屬層上形成金屬遮罩層，於該金屬遮罩層具有外露各該圖案化金屬層開口及其周緣的金屬遮罩層開口進行噴砂製程。透過噴砂製程所形成的漸薄結構，可取代第一實施例的圖案化金屬層凹部，以降低該金屬層與陶瓷板體介面處的內應力。 第五實施例
請參閱第6A至6B圖，係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第五實施例之剖視圖。
如第6A至6B圖所示，係延續自第2D圖，藉由放電加工(EDM或micro-EDM)設備60移除該圖案化金屬層開口211的頂部周緣的金屬層21，其中，該放電加工設備60的電極61係對準該圖案化金屬層開口211，依據尖端放電原理，放電電弧只會在該圖案化金屬層開口211的頂部周緣的金屬層21產生，而使該金屬層21成為高溫熔融狀態，在經過特定的加工時間後，便因材料高溫的熔融揮發而被移除，達成減低內應力的目的。
要注意的是，在前述第三實施例、第四實施例與第五實施例中，雖然僅圖示出移除該圖案化金屬層開口211的頂部周緣的金屬層21的情形，但是應該瞭解的是，亦可移除該圖案化金屬層凹部212的頂部周緣的金屬層21，惟此種情形可為所屬技術領域之通常知識者所能理解，故不在此加以圖示與贅述。
要補充說明的是，雖然本實施方式中係形成有圖案化金屬層凹部，且對於圖案化阻層開口的寬度有所限制，但是本發明亦可不需形成有該圖案化金屬層凹部，且該圖案化阻層開口的寬度亦可為任意大小，即上述實施例僅是例示，而非用以限制本發明。
綜上所述，不同於習知技術，由於本發明針對阻層開口的寬度進行精心設計，所以能可靠且輕易地於金屬化陶瓷板體的金屬層邊緣形成刻痕、孔洞或溝槽，此外，本發明可進一步利用刷磨、帶柄砂輪研磨、噴砂或放電加工方式以在金屬層邊緣處產生漸薄的結構，即本發明可有效且方便地減少金屬化陶瓷板體的金屬層邊緣的質量，進而減低金屬層與陶瓷板體介面處的內應力，避免金屬層下方的陶瓷板體破裂，提升整體使用壽命與可靠度。
上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
1．．．陶瓷覆銅板
10、20．．．陶瓷板體
11．．．銅層
110．．．銅層開孔
12、22．．．阻層
120．．．阻層開孔
21．．．金屬層
21’．．．金屬塊
221．．．第一圖案化阻層開口
222．．．第二圖案化阻層開口
211．．．圖案化金屬層開口
212．．．圖案化金屬層凹部
30．．．刷磨輪
40．．．帶柄砂輪
401．．．砂輪頭
51．．．金屬遮罩層
510．．．金屬遮罩層開口
52．．．砂粒
60．．．放電加工設備
61．．．電極
第1A至1C圖係習知之陶瓷覆銅板之製法的剖視圖，其中，第1C’與1C”圖係為第1C圖之俯視圖的不同實施態樣；
第2A至2D圖係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第一實施例之剖視圖，其中，第2D’圖係第2D圖的俯視圖；
第3A至3B圖係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第二實施例之剖視圖；
第4A至4B圖係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第三實施例之剖視圖；
第5A至5C圖係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第四實施例之剖視圖；以及
第6A至6B圖係本發明之金屬化陶瓷板體之製法的第五實施例之剖視圖。
20．．．陶瓷板體
21．．．金屬層
21’．．．金屬塊
211．．．圖案化金屬層開口
212．．．圖案化金屬層凹部

权利要求:
Claims (13)
[1] 一種金屬化陶瓷板體之製法，係包括：於陶瓷板體上形成金屬層；於該金屬層上形成阻層，該阻層具有外露該金屬層的第一圖案化阻層開口與第二圖案化阻層開口，該第一圖案化阻層開口的寬度係大於該金屬層的厚度，該第二圖案化阻層開口的寬度係小於該金屬層的厚度；進行濕式蝕刻，以於該第一圖案化阻層開口中形成外露該陶瓷板體的圖案化金屬層開口，並於該第二圖案化阻層開口中形成圖案化金屬層凹部；以及移除該阻層。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，該第一圖案化阻層開口係為井字形，俾使該金屬層於進行濕式蝕刻後，成為矩陣排列的複數金屬塊。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，該圖案化金屬層凹部係位於各該金屬塊邊緣。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之金屬化陶瓷板體之製法，復包括移除該圖案化金屬層開口或圖案化金屬層凹部的頂部周緣的金屬層。
[5] 如申請專利範圍第4項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，移除該圖案化金屬層開口或圖案化金屬層凹部的頂部周緣的金屬層的方式係為刷磨、帶柄砂輪研磨、噴砂或放電加工。
[6] 如申請專利範圍第4項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，移除該圖案化金屬層開口或圖案化金屬層凹部的頂部周緣的金屬層後，該圖案化金屬層開口或圖案化金屬層凹部的頂部周緣係呈傾斜曲面狀、傾斜平面狀或階梯狀。
[7] 如申請專利範圍第5項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，進行該噴砂之步驟復包括：於該金屬層上形成金屬遮罩層，該金屬遮罩層具有外露各該圖案化金屬層開口及其周緣、或圖案化金屬層凹部及其周緣的金屬遮罩層開口；進行噴砂製程；以及移除該金屬遮罩層。
[8] 一種金屬化陶瓷板體之製法，係包括：於陶瓷板體上形成有金屬層；於該金屬層上形成阻層，該阻層具有外露該金屬層的圖案化阻層開口；進行濕式蝕刻，以於該圖案化阻層開口中形成外露該陶瓷板體的圖案化金屬層開口；移除該阻層；以及移除該圖案化金屬層開口的頂部周緣的金屬層。
[9] 如申請專利範圍第8項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，該圖案化阻層開口係為井字形，俾使該金屬層於進行濕式蝕刻後，成為矩陣排列的複數金屬塊。
[10] 如申請專利範圍第8項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，移除該圖案化金屬層開口的頂部周緣的金屬層的方式係為刷磨、帶柄砂輪研磨、噴砂或放電加工。
[11] 如申請專利範圍第8項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，移除該圖案化金屬層開口的頂部周緣的金屬層後，該圖案化金屬層開口的頂部周緣係呈傾斜曲面狀、傾斜平面狀或階梯狀。
[12] 如申請專利範圍第10項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，該帶柄砂輪之砂輪頭係為傘形或矩形。
[13] 如申請專利範圍第10項所述之金屬化陶瓷板體之製法，其中，進行該噴砂之步驟復包括：於該金屬層上形成金屬遮罩層，該金屬遮罩層具有外露各該圖案化金屬層開口及其周緣的金屬遮罩層開口；進行噴砂製程；以及移除該金屬遮罩層。

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法律状态:
2019-07-01| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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TW100130627A|TWI502709B|2011-08-26|2011-08-26|Metallographic Ceramic Plate Method|TW100130627A| TWI502709B|2011-08-26|2011-08-26|Metallographic Ceramic Plate Method|

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CN201110305687.6A| CN102956507B|2011-08-26|2011-09-29|金属化陶瓷板体的制法|

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US13/309,890| US8591756B2|2011-08-26|2011-12-02|Method of manufacturing a metallized ceramic substrate|