專利名稱:在陶瓷材料上粘附金屬沉積層的方法
本發(fā)明涉及一種為進行化學粘附金屬涂層的陶瓷材料的預處理方法。
在化學鍍槽中對導電材料的金屬化方法已為人們所知。這類物品的表面化須用機械或化學方法進行糙化，以使鍍層具有足夠的涂層粘附性。
鑒于陶瓷材料的介電性質(zhì)和熱傳導性能，它在電子工程中的使用日益擴大，并且一般采用印刷、熔燒含金屬的膏劑或用真空氣相沉積法使其金屬化。化學鍍金屬是一種非常簡便的方法，但它要求基片表面預先進行糙化。由于要求凸凹不平的表面上峰谷點之間相差盡所能小，以便獲得精細的導體結(jié)構(gòu)，同時也有電學上的原因，因此這意味著機械糙化方法是不實用的。
化學糙化方法可適用于盡可能多的陶瓷材料，例如氧化鋁，氮化鋁，氧化鈹，鈦酸鋇，鐵氧體，氮化硅，碳化硅，硅酸鹽。氧化鎂，氧化鋯等。
例如，一種已知的氧化鋁陶瓷表面糙化的方法是將其在熔融的堿金屬氫氧化物中處理。當把此陶瓷制品浸在該熔體中時，其表面即被浸蝕并因此而糙化。再經(jīng)適當?shù)幕罨螅ㄟ^金屬晶粒的沉積進行化學粘附金屬化就能夠?qū)崿F(xiàn)。
這種方法的缺點表現(xiàn)在當把陶瓷制品的熔體中移出時，大量的堿金屬氫氧化物被帶出來損失了。此外，從外部帶進的雜質(zhì)或遺落的陶瓷碎粒都有把熔體污染的危險，所說的這類污染有可能使產(chǎn)品質(zhì)量降低。
在德國專利申請3150339A1號中敘述的方法中，將氧化鋁陶瓷制品浸沒于堿金屬氫氧化物溶液中，而后干燥并加熱到該氫氧化物的熔點溫度以上，這種方法被公認省去了復雜的加工循環(huán)，但缺點在于在多數(shù)情沉下留存在陶瓷表面上堿金屬氫氧化物的量不足以形成足夠均勻的糙化表面。
本發(fā)明的目的是提出一種可形成均勻粘附金屬化的方法。此方法甚至對復雜形狀的各種陶瓷材料制件都適用，并可減小能耗，且避免了由于移出制品而造成材料不必要的損失。
按照本發(fā)明，這一問題是通過這樣一種方法解決的，該方法的特征在于在金屬化學涂層之前，用某種鹽溶液對該陶瓷制件的表面進行糙化，鹽溶液的粘度通過加入一定量添加劑而被提高，然而，將制品干燥并加熱。
本方法一些特殊實施方案由以下組成(a)隨所要處理的材料不同，熔解的鹽類對陶瓷制品有酸或堿反應和侵蝕作用;
(b)這種鹽以濃縮狀態(tài)，最好以飽和溶液的形式存在;
(c)這種鹽是堿金屬的硫酸氫鹽或硫酸氫銨、堿金屬的氟氫化物或氟化氫銨、堿金屬的碳酸鹽、硼砂或磷酸氫銨鈉等，堿金屬的氫氧化物也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
(d)為降低其熔點，溶液中還要加入某些另外的鹽類;
(e)通過加入粉末狀可溶性物質(zhì)，最好是某些聚合物(如聚乙烯醇)或觸變劑(如膨潤土)，使這種鹽的粘度調(diào)節(jié)到粘稠觸變膠或漿糊狀態(tài)，或是使鹽類以粉末狀存在于飽和溶液中，此時在容器的底部存有一定量固體。最好使用極性有機溶劑(如醇類)如果需要則加入一些聚合物;
(f)用這種溶液通過浸沒、噴射、濾網(wǎng)印刷、鑄膜、輥涂或離心鑄的方法處理陶瓷制品;
(g)將陶瓷制品進行干燥;
(h)將陶瓷制品加熱到該種鹽類或鹽混合物的熔點溫度以上。
本發(fā)明方法的優(yōu)點，超過了迄今已知的各種方法。這表現(xiàn)在化學糙化工藝使有可能避免使用堿金屬氫氧化物熔體的復雜技術。并且，與德國專利申請3150399A1號中描述的方法相比，向表面上施用足夠量的浸蝕劑。這使糙化工藝節(jié)省了能耗和化學物質(zhì)。而清洗水的節(jié)約可使經(jīng)濟效益進一步提高。與已知的陶瓷金屬化工藝相反，本方法不需要對陶瓷表面進行清洗或其他預處理。
因此，本發(fā)明的方法，實現(xiàn)了有特殊意義的技術改進，并且產(chǎn)生了極好的粘附性。因此，當把焊接在該金屬鍍層上的試驗柱垂直拉開時，開裂一般發(fā)生在陶瓷內(nèi)部。
堿性的和酸性的糙化方法都適合于氧化物陶瓷或AIN，而堿性糙化方法適合于硅酸鹽、碳化硅和氮化硅，酸性糙化方法適合于鈦酸鋇。
使用的鹽溶液最好是飽和的，也許還可以在容器底部保持有一定量的細分散固體以增大粘度。
鈉鹽和鉀鹽被推薦作為基礎鹽類，堿金屬的碳酸鹽和堿土金屬的氫氧化物特別適于作粉末添加劑。當使用極性溶劑，特別當使用甲醇或乙醇時，堿金屬氫氧化物本身可促使粘度的增高。酸蝕時，主要使用的是硫酸氫鈉或硫酸氫銨或是氟化氫銨。硼砂或磷酸氫銨鈉可能被用于具有較高熱阻值的氧化物的或氮化物陶瓷。
聚乙烯醇特別適合于作聚合物增調(diào)劑，而膨潤土特別適于作為觸變劑。
按本發(fā)明的方法，在實際應用中，可以通過將本發(fā)明的溶液或膏劑用浸漬，噴涂，澆鑄，濾網(wǎng)印刷，刷涂或繪涂等方式施用到待金屬化的制品表面上，來實施本發(fā)明的方法。處理可以包括整個表面或僅是選擇地處理要金屬化的那部分。處理所持續(xù)的時間取決于該種材料的可潤濕性。在浸漬的情況下，所需時間一般在10秒至2分鐘之間。
隨后的干燥包括加熱待金屬化的制品使溶劑蒸發(fā)。干燥之后，把制品加熱到鹽的熔點或分解點溫度以上。在這方面，可以使蒸汽用作保護氣體，以防止熔融的物質(zhì)過早碳化并加速浸蝕過程。為方便起見，干燥和加熱在一臺具有適當溫度沒定裝置的固定式爐中進行，或在一臺連續(xù)式爐中，或是連續(xù)多室爐中進行。爐子的溫度曲線則可視情況而定。
陶瓷表面的反應殘留物可用沖洗的辦法去除掉，在此方面已證明使用超聲波能量是有很多優(yōu)點的，特別當使用“惰性”粉末或聚乙烯醇作為添加劑時。
根據(jù)本發(fā)明處理的制品是根據(jù)在技術上已知的方法進行的，并使用普通的鍍槽進行活化和化學金屬化的。
金屬化的陶瓷材料作為本發(fā)明的對象被應用到了電子工程中，例如，用作電子學電源差動件的基片，半導體組件陶瓷集成電路原件，陶瓷電容器，陶瓷濾波器等。此種金屬化的陶瓷制品可以用焊接和低溫焊接方法進行粘接。
如下的實例可以解釋本發(fā)明
例1將一表面具有厚度為200μm的等離子噴涂氧化鋁膜的不銹鋼板用氫氧化鈉乙醇飽和溶液制成的膏劑涂敷，并用作為反應填充劑的細粉狀氫氧化鈉填充，然后在室溫下干燥，并加熱到350℃長達10分鐘，通過鋁酸鈉的形成使其侵蝕。然后，該不銹鋼板用水清洗，用含有鈀活化劑的溶液活化并用化學銅溶液使其金屬化。
沉積的金屬涂層和氧化鋁間的粘結(jié)比氧化鋁與鋼之間的粘結(jié)要好。
例2將氮化鋁陶瓷體浸于150克氫氧化鉀溶液中，在該溶液中100克水中含有1克作為添加劑的聚乙烯醇。在120℃溫度下將其干燥，而后在400℃溫度下加熱15分鐘。冷卻后，用水沖洗陶瓷體，并用如例1中所述的方法進行活化和金屬化。
金屬鍍層的剝離強度達1.5N/mm。
例3由100g/L硫酸氫鉀和含有200g/L膨潤土粉的水溶液，用輥涂工藝在95℃溫度下施于用氧化鋯增強的氧化鋁陶瓷體上，在120℃下干燥，在280℃下加熱20分鐘后，在冷水中，用超聲波技術處理5分鐘。而后用例1敘述的方法鍍金屬。
金屬鍍層的剝離強度達2N/mm。
例4將鈦酸鋇板浸于含有20g/L聚乙烯醇的氟化氫銨飽和溶液中，并以20K/分鐘的度加熱到200℃，冷卻后，用水進行沖洗并用常規(guī)方法使其金屬化。
此金屬膜的粘附強度達0.8N/mm。
例5在氧化鋁陶瓷板的一側(cè)，用一種由3份重量觸變膠糊和1份重量的的氫氧化鈉組成的混合物以濾網(wǎng)印刷法制成理想結(jié)構(gòu)的涂膜。觸變膠糊由3%的膨潤土的水懸浮液組成。
瓷板繼而被干燥，加熱，活化，并在通常組份的化學銅鍍槽中使其金屬化。
此金屬涂層的粘附強度達0.89N/mm。通過特殊的熱處理可高達1.8N/mm。
例6用氫氧化鈉和一種如例5中所敘述的觸變劑通過加熱的方法使陶瓷板糙化，然后用四價錫-二價錫的鹽溶液體系進行敏化，再將瓷板在氯化鈀溶液中活化，并在以鎳作為還原劑的一化學鎳鍍槽中使其金屬化。其粘附強度達1.1N/mm。
權(quán)利要求
1.為進行化學粘附金屬涂層陶瓷材料的預處理方法，其特征在于在化學金屬沉積之前，先用鹽溶液對陶瓷制品表面進行糙化，所用的鹽溶液的粘度靠加入一定的添加劑而使其提高的，而后將陶瓷制品干燥和加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于取決于處理的材料，溶融鹽對陶瓷材料具有酸性或堿性反應和侵蝕作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于其中的鹽是以濃縮的，最好是飽和溶液狀態(tài)存在。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于其中的鹽為堿金屬的硫酸氫鹽或硫酸氫銨、堿金屬的氟氫化物或氟化氬銨、堿金屬的碳酸鹽、硼砂酸氫銨鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于向溶液中加入另外的鹽類以降低熔點。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于通過加入粉未狀的或可溶性物質(zhì)，最好是諸如聚乙烯醇之類的聚合物或諸如膨潤土之類的觸變劑，使鹽溶液的粘度調(diào)節(jié)到粘稠觸變物或漿糊狀態(tài)，或使鹽以粉末狀存在于飽和溶液中，在容器的底部存在一些固體，最好使用極性有機溶劑(如醇類)，如果需要的話可加入聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于用這種溶液以浸沒、噴涂、濾網(wǎng)印刷、鑄膜、輥涂或離心鑄膜的方法處理陶瓷制品。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于干燥其陶瓷制品。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于將陶瓷制品加熱到高于鹽或鹽的混合物熔點的溫度。
10.按權(quán)利要求
1-9中所述方法生產(chǎn)的印刷電路板。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種為進行化學粘附金屬鍍層的陶瓷材料實施預處理的方法。其特點在于該陶瓷制品在化學金屬化之前先用一種鹽溶液對其進行糙化，該鹽溶液的粘度用加入添加劑來提高，隨后再把陶瓷制品干燥和加熱。
文檔編號H05K1/03GK87100186SQ87100186
公開日1987年8月12日 申請日期1987年1月15日
發(fā)明者馬丁·伯克, 庫特·海曼, 赫曼·約瑟夫·米德克, 戴特利夫·坦布倫克 申請人:舍林股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan