陶瓷基板的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種陶瓷基板。該陶瓷基板(10)包括：陶瓷基材(20)；導(dǎo)電籽晶層(30)，所述導(dǎo)電籽晶層(30)包括位于所述陶瓷基材(20)的表面(22)下方的離子注入層(32)、以及附著于所述離子注入層(32)上的等離子體沉積層(34)；以及金屬加厚層(40)，所述金屬加厚層(40)形成于所述導(dǎo)電籽晶層(30)上方。
【專利說(shuō)明】
陶瓷基板
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種陶瓷基板，尤其是以陶瓷板作為基材且在該基材的單面或雙面上覆有導(dǎo)體層的基板。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷基板具有高耐熱、高電絕緣性、高機(jī)械強(qiáng)度、低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗、以及與硅芯片相近的熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，是當(dāng)今電子領(lǐng)域功率模塊封裝、連接芯片與散熱襯底的關(guān)鍵材料，廣泛地應(yīng)用于各類電氣設(shè)備及電子產(chǎn)品例如高頻基板、導(dǎo)熱基板的制作等。其中，表面覆有銅層的陶瓷基覆銅板是最常用的一種陶瓷基板。目前，陶瓷基覆銅板的制造方法主要包括直接鍵合銅技術(shù)(DBC)和直接鍍銅技術(shù)(DPC)這兩種。
[0003]直接鍵合銅技術(shù)(DBC)是在Al2O3或AlN陶瓷基材的單面或雙面覆上Cu板之后，再經(jīng)由高溫1065-1085°C的環(huán)境加熱，使Cu板的表面因高溫氧化、擴(kuò)散而與Al2O3基板產(chǎn)生Cu-Cu2O共晶相，從而使銅板與陶瓷基材粘合而形成陶瓷基覆銅板。直接鍵合銅技術(shù)對(duì)工藝溫度的控制要求十分嚴(yán)苛，必須在極其穩(wěn)定的1065-1085Γ溫度范圍下才能使銅層表面熔解為共晶相而實(shí)現(xiàn)與陶瓷基材的緊密結(jié)合，其制造成本高且不易解決Al2O3與Cu板之間存在的微氣孔或孔洞等問(wèn)題，使得產(chǎn)品的產(chǎn)能和成品率受到很大影響。受到現(xiàn)有工藝水平的限制，Cu板的厚度下限約為150-300um，使得金屬線路的解析度上限亦僅為約150-300um(以深寬比1:1為標(biāo)準(zhǔn))。若要制作細(xì)線路，則必須采用特殊的處理方式將銅板的厚度減薄，但這又會(huì)造成表面平整度不佳和成本增加等問(wèn)題，使得所得的陶瓷基覆銅板不適于要求高線路精準(zhǔn)度和高平整度的共晶/覆晶工藝。
[0004]直接鍍銅技術(shù)(DPC)是將真空鍍膜與電鍍技術(shù)結(jié)合在一起的覆銅板制造技術(shù)，即，先利用真空鍍膜技術(shù)在Al2O3或AlN陶瓷基材上沉積一層銅膜，再通過(guò)電鍍技術(shù)進(jìn)行銅膜的增厚。DPC的工藝溫度一般低于400°C，避免了高溫對(duì)材料造成的破壞或尺寸變異現(xiàn)象。所得的陶瓷基覆銅板具有高散熱、高可靠度、高精準(zhǔn)度及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且金屬線路解析度的上限約為10-50um(以深寬比1:1為標(biāo)準(zhǔn)，甚至可更細(xì))且表面平整度高，因而非常適合于要求高線路精準(zhǔn)度和高平整度的覆晶/共晶工藝。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用濺鍍法來(lái)制備DPC陶瓷基覆銅板。即，首先通過(guò)磁控濺射，在陶瓷基材的表面上濺射一層金屬作為打底層(亦可稱為導(dǎo)電籽晶層)，之后在該打底層上進(jìn)行電鍍以加厚銅層，從而制得成品的陶瓷基覆銅板。圖1中示出了通過(guò)濺鍍法制得的陶瓷基覆銅板的剖面示意圖，其中，陶瓷基覆銅板10包括陶瓷基材20、位于陶瓷基材的表面22上方的導(dǎo)電籽晶層30、以及位于該導(dǎo)電籽晶層30上方的Cu鍍層42。但是，在濺鍍法中，濺射出來(lái)的金屬原子的能量通常僅為大約Ι-lOeV，因而金屬原子與陶瓷基材表面的結(jié)合并不牢固，導(dǎo)致所得銅層的剝離強(qiáng)度較低。而且，通過(guò)濺鍍法得到的銅層存在著針孔等問(wèn)題，影響了它的推廣應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型是鑒于上述問(wèn)題而作出的，其目的在于，提供導(dǎo)體層厚度極薄且在導(dǎo)體層與陶瓷基材之間具有較高結(jié)合力的陶瓷基板。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提出了一種陶瓷基板，其包括:陶瓷基材;導(dǎo)電籽晶層，該導(dǎo)電籽晶層包括位于陶瓷基材的表面下方的離子注入層、以及附著于離子注入層上的等離子體沉積層；以及金屬加厚層，該金屬加厚層形成于導(dǎo)電籽晶層的上方。
[0008]優(yōu)選地，陶瓷基材具有0.1-1Omm的厚度，并且包括氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、二氧化鈦陶瓷、氧化鋯陶瓷、鈦酸鈣陶瓷、鈦酸鋇陶瓷、鈦酸鍶、鈦酸鉛、莫來(lái)石陶瓷、滑石瓷和玻璃陶瓷以及它們的改性陶瓷中的一種或多種。
[0009]優(yōu)選地，離子注入層為注入的金屬粒子與陶瓷基材形成的摻雜結(jié)構(gòu)，其外表面與陶瓷基材的表面平齊，而內(nèi)表面位于陶瓷基材的表面下方1-1OOnm深度處。
[0010]優(yōu)選地，注入的金屬粒子包括11、0、祖、(:11)8^11、￥、2廣10、恥以及它們之間的合金中的一種或多種。
[0011]優(yōu)選地，等離子體沉積層的成分包括T1、Cr、N1、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它們之間的合金中的一種或多種。
[0012]優(yōu)選地，等離子體沉積層包括與離子注入層相連的金屬沉積層和位于金屬沉積層的上方的Cu沉積層。
[0013]優(yōu)選地，金屬沉積層是厚度為0-500nm的Ni層，Cu沉積層的厚度為0-500nmo
[0014]優(yōu)選地，等離子體沉積層包括與離子注入層相連且厚度為0-500nm的金屬氧化物沉積層、位于金屬氧化物沉積層的上方且厚度為0-500nm的金屬沉積層、以及位于金屬沉積層的上方且厚度為0_500nm的Cu沉積層。
[0015]優(yōu)選地，金屬氧化物沉積層是N1層，金屬沉積層是Ni或N1-Cu合金層。
[0016]優(yōu)選地，金屬加厚層是通過(guò)電鍍形成于導(dǎo)電籽晶層的上方的Cu層，其具有0.5_25μm的厚度。
[0017]在一個(gè)示例中，陶瓷基材是氧化鋁陶瓷;離子注入層為位于陶瓷基材的表面下方O-1OOnm深度的由Ni與氧化鋁陶瓷基材形成的摻雜層;等離子體沉積層包括位于離子注入層上方的第一沉積層和位于第一沉積層上方的第二沉積層，其中，第一沉積層是厚度為50nm的Ni層，第二沉積層是厚度為50nm的Cu層;并且，金屬加厚層是厚度為2μηι的Cu層。
[0018]在另一示例中，陶瓷基材是氮化鋁陶瓷;離子注入層為位于陶瓷基材的表面下方O-SOnm深度的由N1、Cu與氮化鋁陶瓷基材形成的摻雜層;等離子體沉積層包括位于離子注入層上方的第一沉積層和位于第一沉積層上方的第二沉積層，其中，第一沉積層是厚度為30nm的N1-Cu合金層，第二沉積層是厚度為10nm的Cu層;并且，金屬加厚層是厚度為5μηι的Cu層ο
[0019]在另一示例中，陶瓷基材是碳化硅陶瓷；離子注入層為位于基材的表面下方0-40nm深度的由Ni與碳化硅陶瓷基材形成的摻雜層;等離子體沉積層包括位于離子注入層上方的第一沉積層、位于第一沉積層上方的第二沉積層、以及位于第二沉積層上方的第三沉積層，其中，第一沉積層是厚度為15nm的N1層，第二沉積層是厚度為30nm的Ni層，第三沉積層是厚度為400nm的Cu層;并且，金屬加厚層是厚度為Ιμπι的Cu層。
[0020]在另一示例中，陶瓷基材是氧化鈹陶瓷;離子注入層包括位于陶瓷基材的表面下方20-60nm深度的由Ni與氧化鈹陶瓷基材形成的摻雜層、以及位于陶瓷基材的表面下方O-20nm深度的由Cu與氧化鈹陶瓷基材形成的摻雜層;等離子體沉積層包括位于離子注入層上方的第一沉積層、位于第一沉積層上方的第二沉積層、以及位于第二沉積層上方的第三沉積層，其中，第一沉積層是厚度為1nm的N1層，第二沉積層是厚度為30nm的N1-Cu合金層，第三沉積層是厚度為150nm的Cu層;并且，金屬加厚層是厚度為8μπι的Cu層。
[0021]在另一示例中，陶瓷基材是鈦酸鋇陶瓷;離子注入層為位于陶瓷基材的表面下方0_5nm深度的由Cr與鈦酸鋇陶瓷基材形成的摻雜層;等離子體沉積層包括位于離子注入層上方的第一沉積層和位于第一沉積層上方的第二沉積層，其中，第一沉積層是厚度為25nm的Ni層，第二沉積層是厚度為300nm的Cu層;并且，金屬加厚層是厚度為6μηι的Cu層。
[0022]在另一示例中，陶瓷基材是氮化硼陶瓷;離子注入層為位于陶瓷基材的表面下方0-20nm深度的由N1、Cr與氮化硼陶瓷基材形成的摻雜層;等離子體沉積層包括位于離子注入層上方的第一沉積層和位于第一沉積層上方的第二沉積層，其中，第一沉積層是厚度為1nm的Ni層，第二沉積層是厚度為300nm的Cu層;并且，金屬加厚層是厚度為9μηι的Cu層。
[0023]在又一示例中，陶瓷基材是氧化鋯陶瓷;離子注入層為位于陶瓷基材的表面下方O-1Onm深度的由Ni與氧化鋯陶瓷基材形成的摻雜層;等離子體沉積層包括位于離子注入層上方的第一沉積層和位于第一沉積層上方的第二沉積層，其中，第一沉積層是厚度為40nm的N1-Cu合金層，第二沉積層是厚度為250nm的Cu層;并且，金屬加厚層是厚度為3μηι的Cu層。
[0024]依照本實(shí)用新型的陶瓷基板，由于導(dǎo)電籽晶層中的離子注入層嵌入基材內(nèi)部一定深度，而不是像磁控濺射法那樣完全位于基材表面上，并且注入的導(dǎo)電材料粒子與基材分子之間形成摻雜結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在基材表面下方打下了數(shù)量眾多的基粧，而且隨后形成的等離子體沉積層與離子注入層相連，因此，最終制得的導(dǎo)電籽晶層及金屬加厚層與基材之間具有較高的剝離強(qiáng)度。此外，由于離子注入層和等離子體沉積層中的導(dǎo)電材料粒子的尺寸均為納米級(jí)，因而注入和沉積的材料粒子的密度較為均勻，粒子入射基材表面的角度可控且入射方向基本一致，導(dǎo)致導(dǎo)電籽晶層和基材的接合面均勻平整，金屬加厚層的表面不易出現(xiàn)針孔現(xiàn)象。另外，通過(guò)調(diào)整電鍍過(guò)程中的電流、電壓、時(shí)間等，可以容易地調(diào)整金屬加厚層的厚度，使其薄至0.5μηι。
【附圖說(shuō)明】
[0025]在參照附圖閱讀以下的詳細(xì)描述后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更容易理解本實(shí)用新型的這些及其他的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。為了清楚起見(jiàn)，附圖不一定按比例繪制，而是其中有些部分可能被夸大以示出具體細(xì)節(jié)。在所有附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或相似的部分，其中:
[0026]圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)濺鍍法制得的陶瓷基覆銅板的剖面示意圖；
[0027]圖2表示根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷基板的剖面示意圖；
[0028]圖3表示根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷基板的剖面示意圖；以及
[0029]圖4表示根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷基板的剖面示意圖。
[0030]參考標(biāo)號(hào):
[0031]10陶瓷基板
[0032]20陶瓷基材
[0033]22陶瓷基材的表面
[0034]30導(dǎo)電籽晶層
[0035]32離子注入層
[0036]34等離子體沉積層
[0037]36金屬氧化物沉積層
[0038]37金屬沉積層
[0039]38Cu 沉積層
[0040]40金屬加厚層
[0041]42Cu 鍍層。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下，參照附圖，詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解，這些描述僅僅列舉了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，而決不意圖限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。此外，為了便于描述各材料層之間的位置關(guān)系，在本文中使用了空間相對(duì)用語(yǔ)，例如“上方”和“下方”，其中“上方”和“下方”是相對(duì)于基材表面而言的。如果A層材料與B層材料相比位于基材表面的更外側(cè)，則認(rèn)為A層材料位于B層材料的上方，反之亦然。
[0043]圖2表示根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷基板的剖面示意圖。如圖2所示，該實(shí)施方式的陶瓷基板10包括陶瓷基材20、導(dǎo)電籽晶層30、以及金屬加厚層40，其中，導(dǎo)電籽晶層30又包括位于陶瓷基材的表面22下方的離子注入層32、以及附著于該離子注入層32上的等離子體沉積層34，而金屬加厚層40則形成于導(dǎo)電籽晶層30的上方。
[0044]圖2所示的陶瓷基板可通過(guò)以下工藝步驟來(lái)形成:對(duì)陶瓷基材進(jìn)行前處理(步驟SI);對(duì)前處理后的陶瓷基材相繼地實(shí)施離子注入和等離子體沉積，以形成位于基材的表面下方的離子注入層、以及附著于該離子注入層上方的等離子體沉積層，該離子注入層和等離子體沉積層一起組成導(dǎo)電籽晶層(步驟S2);在導(dǎo)電籽晶層上方形成金屬加厚層(步驟S3);以及對(duì)所得的陶瓷基板進(jìn)行后處理(步驟S4)。
[0045]作為陶瓷基材的示例，可以使用氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、二氧化鈦陶瓷、氧化鋯陶瓷、鈦酸鈣陶瓷、鈦酸鋇陶瓷、鈦酸鍶、鈦酸鉛、莫來(lái)石陶瓷、滑石瓷和玻璃陶瓷以及它們的改性陶瓷中的一種或多種。其中，優(yōu)選地采用厚度為0.1-1Omm的陶瓷板作為基材。
[0046]在步驟SI中，可以采用表面清潔處理、表面沉積處理或表面脫水處理等方式來(lái)進(jìn)行前處理。表面清潔處理即為通過(guò)擦拭或超聲波清洗等來(lái)去除基材的表面上附著的臟污。表面沉積處理就是在基材的表面上覆上一層沉積物，以填平表面上的孔或改善表面的物理性質(zhì)。表面脫水處理即為去除基材表面分子中的水分。這些前處理方式均有利于后續(xù)的離子注入、沉積、電鍍等工藝的進(jìn)行。
[0047]在步驟S2中，離子注入層的形成可通過(guò)以下方法來(lái)實(shí)現(xiàn):使用導(dǎo)電材料作為靶材，在真空環(huán)境下，通過(guò)電弧作用使靶材中的導(dǎo)電材料電離而產(chǎn)生離子;然后在高電壓的電場(chǎng)下使該離子加速而獲得很高的能量(例如為5-lOOkeV);高能的導(dǎo)電材料離子接著以很高的速度直接撞擊陶瓷基材的表面，并且注入到基材的表面下方一定的深度范圍內(nèi)(例如1-1OOnm);在所注入的導(dǎo)電材料離子與基材分子之間形成了化學(xué)鍵或填隙結(jié)構(gòu)，從而形成摻雜結(jié)構(gòu)。由此得到的離子注入層的外表面與陶瓷基材的表面相齊平，而其內(nèi)表面則深入到陶瓷基材的內(nèi)部。通過(guò)控制離子注入過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)，例如注入電流、電壓、注入劑量等，可以調(diào)整離子注入層深入到基材內(nèi)部的深度。在一個(gè)優(yōu)選的注入過(guò)程中，離子注入的工藝溫度為常溫至1000°c，注入離子的能量為5-500keV，并且注入的劑量為1.0 X 112至1.0 X10181ns/cm2(更優(yōu)選地，注入劑量為I.0 X 115至5.0 X 10161ns/cm2)，從而使離子注入層的內(nèi)表面位于陶瓷基材的表面下方5-50nm深度處。此外，可以使用與陶瓷基材結(jié)合力強(qiáng)的金屬或合金來(lái)進(jìn)行離子注入，例如可采用打、0、附、(:11)8^11、￥、2^10、他以及它們之間的合金(例如附0、110、￥0、(:110、]\10￥、祖0￥、11附0恥)中的一種或多種作為離子注入過(guò)程中的靶材。在離子注入后，注入的金屬粒子與陶瓷形成摻雜結(jié)構(gòu)，即離子注入層。而且，離子注入層可以包括一層或多層摻雜結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，注入的金屬粒子包括Ni。
[0048]等離子體沉積也可采用與離子注入類似的方式來(lái)進(jìn)行，但是施加較低的電壓而使導(dǎo)電材料的離子獲得較低的能量。例如，可通過(guò)真空陰極弧沉積方式，采用氬氣或氧氣作為工作氣體，在0.01-10Pa(優(yōu)選地0.1-0.2Pa)的真空度下進(jìn)行等離子體沉積。所得的等離子體沉積層附著于離子注入層的上方并與該離子注入層相連。通過(guò)控制等離子體沉積過(guò)程中的各種相關(guān)參數(shù)(例如沉積電流、電壓、沉積劑量等)，可以容易地調(diào)整等離子體沉積層的厚度，例如可調(diào)整到l-100nm。此外，等離子體沉積層中的導(dǎo)電材料可與離子注入層中的材料相同或不同，也可以包括打、0、祖、(:11^8^11、￥、2廣10、恥以及它們之間的合金(例如附0、TiCr、VCr、CuCr、MoV、NiCrV、TiNiCrNb)中的一種或多種。而且，等離子體沉積層也可以包括一層或多層，例如可根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需求而采用兩種膜系:圖3所示的金屬沉積層/Cu沉積層和圖4所示的金屬氧化物沉積層/金屬沉積層/Cu沉積層。
[0049]圖3中示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷基板的剖面示意圖。與圖2所示的陶瓷基板相比，該實(shí)施方式的陶瓷基板10中的等離子體沉積層34包括直接位于離子注入層32的上方且與該離子注入層32相連的金屬沉積層37、以及位于該金屬沉積層37上方的Cu沉積層38。優(yōu)選地，金屬沉積層是厚度為0-500nm的Ni層，而Cu沉積層的厚度為0-500nm。圖4中示出了根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷基板的剖面示意圖。與圖2和圖3所示的陶瓷基板相比，該實(shí)施方式的陶瓷基板10中的等離子體沉積層34包括直接位于離子注入層32的上方且與該離子注入層32相連的金屬氧化物沉積層36、位于該金屬氧化物沉積層36上方的金屬沉積層37、以及位于該金屬沉積層37上方的Cu沉積層38，這三個(gè)沉積層均可通過(guò)工藝溫度為常溫至100tC的真空鍍膜工藝來(lái)制備。其中，金屬氧化物沉積層的厚度為0-500nm，優(yōu)選為10-50nm;金屬沉積層的厚度為0-500nm，優(yōu)選為50-100nm;銅沉積層的厚度為0-500nm，優(yōu)選為100-500nm。作為其優(yōu)選實(shí)施方式，在形成金屬氧化物沉積層時(shí)可選用N1作為革E材，而在形成對(duì)應(yīng)的金屬沉積層時(shí)可選用Ni或N1-Cu合金(其中，Ni與Cu的摩爾比為7:3)作為靶材。
[0050]接著，在步驟S3中(S卩，在形成了導(dǎo)電籽晶層之后)，可以采用電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸發(fā)鍍、濺射等方法中的一種或多種來(lái)在導(dǎo)電籽晶層的上方形成金屬加厚層，以獲得具有期望的厚度和導(dǎo)電率的導(dǎo)電層。電鍍法是優(yōu)選的，因?yàn)殡婂兯俣瓤?、成本低、而且可電鍍的材料范圍非常廣泛，可用于(^11、附、511、48以及它們的合金，等等。金屬加厚層可具有0.1-10(^1]1的厚度，并且可由Al、Mn、Fe、T1、Cr、Co、N1、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它們之間的合金中的一種或多種組成。在本實(shí)施方式中，金屬加厚層優(yōu)選地是通過(guò)電鍍形成于導(dǎo)電籽晶層上方的Cu層，該Cu加厚層的厚度為0.5-25μπι，并且可通過(guò)控制電鍍過(guò)程中的各種相關(guān)參數(shù)(例如電鍍電流、電壓、時(shí)間等)而容易地進(jìn)行調(diào)整。
[0051 ] 最后，在步驟S4中，可以對(duì)制得的陶瓷基板進(jìn)行后處理。后處理可以包括退火處理，以消除存在于陶瓷基板中的應(yīng)力從而防止基材或其上面的導(dǎo)體層斷裂。后處理還可以包括表面鈍化處理，以防止陶瓷基板中的導(dǎo)體層容易被氧化。當(dāng)然，步驟S4并非必需的，也可以根據(jù)實(shí)際需要而取消該步驟S4。
[0052]在采用上述方法制得的陶瓷基板中，由于導(dǎo)電籽晶層中的離子注入層嵌入基材內(nèi)部一定深度，而不是像磁控濺射法那樣完全位于基材表面上，并且注入的導(dǎo)電材料粒子與基材分子之間形成摻雜結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在基材表面下方打下了數(shù)量眾多的基粧，而且隨后形成的等離子體沉積層與離子注入層相連，因此，最終制得的導(dǎo)電籽晶層及金屬加厚層與基材之間具有較高的剝離強(qiáng)度(例如，8-10N/mm)。此外，由于離子注入層和等離子體沉積層中的導(dǎo)電材料粒子的尺寸均為納米級(jí)，因而注入和沉積的材料粒子的密度較為均勻，粒子入射基材表面的角度可控且入射方向基本一致，導(dǎo)致導(dǎo)電籽晶層和基材的接合面均勻平整，金屬加厚層的表面不易出現(xiàn)針孔現(xiàn)象。另外，通過(guò)調(diào)整電鍍過(guò)程中的電流、電壓、時(shí)間等，可以容易地調(diào)整金屬加厚層(例如Cu層)的厚度，使其薄至0.5μπι。
[0053]上文概括地描述了本實(shí)用新型的陶瓷基板及其制造方法。下面，為了增進(jìn)對(duì)于本實(shí)用新型的了解，將舉例示出陶瓷基板的若干個(gè)實(shí)施例。
[0054](實(shí)施例1)
[0055]選用氧化鋁陶瓷板作為陶瓷基材。在離子注入期間選用Ni靶材，將Ni注入到氧化鋁陶瓷板的表面下方O-1OOnm深度范圍內(nèi)，形成由Ni與氧化鋁陶瓷形成的摻雜結(jié)構(gòu)，即離子注入層。接著，在等離子體沉積期間相繼地使用Ni靶材和Cu靶材，在離子注入層的上方形成包括第一沉積層和第二沉積層的等離子體沉積層，其中，第一沉積層直接位于離子注入層的上方且與該離子注入層相連，而第二沉積層位于第一沉積層的上方。第一沉積層是厚度為50nm的Ni層，而第二沉積層是厚度為50nm的Cu層。另外，在等離子體沉積層的上方形成的金屬加厚層是厚度為2μηι的Cu層。
[0056](實(shí)施例2)
[0057]選用氮化鋁陶瓷板作為陶瓷基材。在離子注入期間選用N1-Cu合金靶材(其中，Ni與Cu的摩爾比為6:4)，同時(shí)將Ni和Cu注入到氮化鋁陶瓷板的表面下方O-SOnm深度范圍內(nèi)，形成由N1、Cu與氮化鋁陶瓷組成的摻雜結(jié)構(gòu)，即離子注入層。接著，在等離子體沉積期間相繼地使用N1-Cu合金靶材和Cu靶材，在離子注入層的上方形成包括第一沉積層和第二沉積層的等離子體沉積層，其中，第一沉積層直接位于離子注入層的上方且與該離子注入層相連，而第二沉積層位于第一沉積層的上方。第一沉積層是厚度為30nm的N1-Cu合金層，而第二沉積層是厚度為10nm的Cu層。另外，在等離子體沉積層的上方形成的金屬加厚層是厚度為5μηι的Cu層。
[0058](實(shí)施例3)
[0059]選用碳化硅陶瓷板作為陶瓷基材。在離子注入期間選用Ni靶材，將Ni注入到碳化硅陶瓷板的表面下方0-40nm深度范圍內(nèi)，形成由Ni與碳化硅陶瓷組成的摻雜結(jié)構(gòu)，即離子注入層。接著，在等離子體沉積期間相繼地使用N1靶材、Ni靶材和Cu靶材，在離子注入層的上方形成包括第一沉積層、第二沉積層和第三沉積層的等離子體沉積層，其中，第一沉積層直接位于離子注入層的上方且與該離子注入層相連，第二沉積層位于第一沉積層的上方，而第三沉積層則位于第二沉積層的上方。第一沉積層是厚度為15nm的N1層，第二沉積層是厚度為30nm的Ni層，而第三沉積層是厚度為400nm的Cu層。另外，在等離子體沉積層的上方形成的金屬加厚層是厚度為Iwn的Cu層。
[0060](實(shí)施例4)
[0061]選用氧化鈹陶瓷板作為陶瓷基材。在離子注入期間相繼地采用Ni靶材和Cu靶材，將Ni和Cu先后注入到氧化鈹陶瓷的表面下方，形成由Ni與氧化鈹陶瓷組成的摻雜結(jié)構(gòu)層以及由Cu與氧化鈹陶瓷組成的摻雜結(jié)構(gòu)層，二者共同組成離子注入層。其中，由Ni與氧化鈹陶瓷形成的摻雜結(jié)構(gòu)層位于氧化鈹陶瓷基材的表面下方20-60nm深度，由Cu與氧化鈹陶瓷形成的摻雜結(jié)構(gòu)層位于所述氧化鈹陶瓷基材的表面下方0_20nm深度。接著，在等離子體沉積期間相繼地使用N1靶材、N1-Cu合金靶材和Cu靶材，在離子注入層的上方形成包括第一沉積層、第二沉積層和第三沉積層的等離子體沉積層，其中，第一沉積層直接位于離子注入層的上方且與該離子注入層相連，第二沉積層位于第一沉積層的上方，而第三沉積層則位于第二沉積層的上方。第一沉積層是厚度為1nm的N1層，第二沉積層是厚度為30nm的N1-Cu合金層，而第三沉積層是厚度為150nm的Cu層。另外，在等離子體沉積層的上方形成的金屬加厚層是厚度為8μηι的Cu層。
[0062](實(shí)施例5)
[0063]選用鈦酸鋇陶瓷板作為陶瓷基材。在離子注入期間選用Cr靶材，將Cr注入到鈦酸鋇陶瓷的表面下方0-5nm深度范圍內(nèi)，形成由Cr與鈦酸鋇陶瓷組成的摻雜結(jié)構(gòu)，即離子注入層。接著，在等離子體沉積期間相繼地使用Ni靶材和Cu靶材，在離子注入層的上方形成包括第一沉積層和第二沉積層的等離子體沉積層，其中，第一沉積層直接位于離子注入層的上方且與該離子注入層相連，而第二沉積層位于第一沉積層的上方。第一沉積層是厚度為25nm的Ni層，而第二沉積層是厚度為300nm的Cu層。另外，在等離子體沉積層的上方形成的金屬加厚層是厚度為6μηι的Cu層。
[0064](實(shí)施例6)
[0065]選用氮化硼陶瓷作為陶瓷基材。在離子注入期間選用N1-Cr合金靶材(其中，Ni與Cr的摩爾比為9:1)，同時(shí)將Ni和Cr注入到氮化硼陶瓷板的表面下方0-20nm深度范圍內(nèi)，形成由N1、Cr與氮化硼陶瓷組成的摻雜結(jié)構(gòu)，即離子注入層。接著，在等離子體沉積期間相繼地使用Ni靶材和Cu靶材，在離子注入層的上方形成包括第一沉積層和第二沉積層的等離子體沉積層，其中，第一沉積層直接位于離子注入層的上方且與該離子注入層相連，而第二沉積層位于第一沉積層的上方。第一沉積層是厚度為1nm的Ni層，而第二沉積層是厚度為300nm的Cu層。另外，在等離子體沉積層的上方形成的金屬加厚層是厚度為9μηι的Cu層。
[0066](實(shí)施例7)
[0067]選用氧化鋯陶瓷板作為陶瓷基材。在離子注入期間選用Ni靶材，將Ni注入到氧化鋯陶瓷板的表面下方O-1Onm深度范圍內(nèi)，形成由Ni與氧化鋯陶瓷組成的摻雜結(jié)構(gòu)，即離子注入層。接著，在等離子體沉積期間相繼地使用N1-Cu合金靶材和Cu靶材，在離子注入層的上方形成包括第一沉積層和第二沉積層的等離子體沉積層，其中，第一沉積層直接位于離子注入層的上方且與該離子注入層相連，而第二沉積層位于第一沉積層的上方。第一沉積層是厚度為40nm的N1-Cu合金層，而第二沉積層是厚度為250nm的Cu層。另外，在等離子體沉積層的上方形成的金屬加厚層是厚度為3μηι的Cu層。
[0068]上文描述的內(nèi)容僅僅提及了本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。然而，本實(shí)用新型并不受限于文中所述的特定實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想到，在不脫離本實(shí)用新型的要旨的范圍內(nèi)，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種顯而易見(jiàn)的修改、調(diào)整及替換，以使其適合于特定的情形。實(shí)際上，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由權(quán)利要求限定的，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員可預(yù)想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)差異的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言有非顯著性差異的等同結(jié)構(gòu)要素，那么它們將會(huì)落在權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種陶瓷基板，包括: 陶瓷基材； 導(dǎo)電籽晶層，所述導(dǎo)電籽晶層包括位于所述陶瓷基材的表面下方的離子注入層、以及附著于所述離子注入層上的等離子體沉積層；以及 金屬加厚層，所述金屬加厚層形成于所述導(dǎo)電籽晶層的上方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷基材具有0.1-1Omm的厚度，并且包括氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、二氧化鈦陶瓷、氧化鋯陶瓷、鈦酸鈣陶瓷、鈦酸鋇陶瓷、鈦酸鍶、鈦酸鉛、莫來(lái)石陶瓷、滑石瓷和玻璃陶瓷以及它們的改性陶瓷中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述離子注入層為注入的金屬粒子與所述陶瓷基材形成的摻雜結(jié)構(gòu)，其外表面與所述陶瓷基材的表面平齊，而內(nèi)表面位于所述陶瓷基材的表面下方1-1OOnm深度處。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷基板，其特征在于，所述注入的金屬粒子包括T1、Cr、N1、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它們之間的合金中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述等離子體沉積層的成分包括T1、Cr、N1、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它們之間的合金中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述等離子體沉積層包括與所述離子注入層相連的金屬沉積層和位于所述金屬沉積層的上方的Cu沉積層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷基板，其特征在于，所述金屬沉積層是厚度為0-500nm的Ni層，所述Cu沉積層的厚度為0-500nmo8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述等離子體沉積層包括與所述離子注入層相連且厚度為0-500nm的金屬氧化物沉積層、位于所述金屬氧化物沉積層的上方且厚度為0_500nm的金屬沉積層、以及位于所述金屬沉積層的上方且厚度為0-500nm的Cu沉積層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陶瓷基板，其特征在于，所述金屬氧化物沉積層是N1層，所述金屬沉積層是Ni或N1-Cu合金層。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于，所述金屬加厚層是通過(guò)電鍍形成于所述導(dǎo)電籽晶層的上方的Cu層，其具有0.5-25μπι的厚度。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于: 所述陶瓷基材是氧化鋁陶瓷； 所述離子注入層為位于所述陶瓷基材的表面下方O-1OOnm深度的由Ni與氧化鋁陶瓷基材形成的摻雜層； 所述等離子體沉積層包括位于所述離子注入層上方的第一沉積層和位于所述第一沉積層上方的第二沉積層，其中，所述第一沉積層是厚度為50nm的Ni層，所述第二沉積層是厚度為50nm的Cu層；并且 所述金屬加厚層是厚度為2μηι的Cu層。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于: 所述陶瓷基材是氮化鋁陶瓷； 所述離子注入層為位于所述陶瓷基材的表面下方O-SOnm深度的由N1、Cu與氮化鋁陶瓷基材形成的摻雜層； 所述等離子體沉積層包括位于所述離子注入層上方的第一沉積層和位于所述第一沉積層上方的第二沉積層，其中，所述第一沉積層是厚度為30nm的N1-Cu合金層，所述第二沉積層是厚度為I OOnm的Cu層;并且 所述金屬加厚層是厚度為5μηι的Cu層。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于: 所述陶瓷基材是碳化硅陶瓷； 所述離子注入層為位于所述基材的表面下方0_40nm深度的由Ni與碳化硅陶瓷基材形成的摻雜層； 所述等離子體沉積層包括位于所述離子注入層上方的第一沉積層、位于所述第一沉積層上方的第二沉積層、以及位于所述第二沉積層上方的第三沉積層，其中，所述第一沉積層是厚度為15nm的N1層，所述第二沉積層是厚度為30nm的Ni層，所述第三沉積層是厚度為400nm的Cu層；并且 所述金屬加厚層是厚度為Iym的Cu層。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于: 所述陶瓷基材是氧化鈹陶瓷； 所述離子注入層包括位于所述陶瓷基材的表面下方20-60nm深度的由Ni與氧化鈹陶瓷基材形成的摻雜層、以及位于所述陶瓷基材的表面下方0_20nm深度的由Cu與氧化鈹陶瓷基材形成的摻雜層； 所述等離子體沉積層包括位于所述離子注入層上方的第一沉積層、位于所述第一沉積層上方的第二沉積層、以及位于所述第二沉積層上方的第三沉積層，其中，所述第一沉積層是厚度為1nm的N1層，所述第二沉積層是厚度為30nm的N1-Cu合金層，所述第三沉積層是厚度為150nm的Cu層;并且 所述金屬加厚層是厚度為8μηι的Cu層。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于: 所述陶瓷基材是鈦酸鋇陶瓷； 所述離子注入層為位于所述陶瓷基材的表面下方0_5nm深度的由Cr與鈦酸鋇陶瓷基材形成的摻雜層； 所述等離子體沉積層包括位于所述離子注入層上方的第一沉積層和位于所述第一沉積層上方的第二沉積層，其中，所述第一沉積層是厚度為25nm的Ni層，所述第二沉積層是厚度為300nm的Cu層；并且 所述金屬加厚層是厚度為6μηι的Cu層。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于: 所述陶瓷基材是氮化硼陶瓷； 所述離子注入層為位于所述陶瓷基材的表面下方0_20nm深度的由N1、Cr與氮化硼陶瓷基材形成的摻雜層； 所述等離子體沉積層包括位于所述離子注入層上方的第一沉積層和位于所述第一沉積層上方的第二沉積層，其中，所述第一沉積層是厚度為1nm的Ni層，所述第二沉積層是厚度為300nm的Cu層；并且 所述金屬加厚層是厚度為9μηι的Cu層。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基板，其特征在于: 所述陶瓷基材是氧化鋯陶瓷； 所述離子注入層為位于所述陶瓷基材的表面下方O-1Onm深度的由Ni與氧化鋯陶瓷基材形成的摻雜層； 所述等離子體沉積層包括位于所述離子注入層上方的第一沉積層和位于所述第一沉積層上方的第二沉積層，其中，所述第一沉積層是厚度為40nm的N1-Cu合金層，所述第二沉積層是厚度為250nm的Cu層;并且 所述金屬加厚層是厚度為3μηι的Cu層。
【文檔編號(hào)】H01L23/15GK205595320SQ201521123324
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日
【發(fā)明人】宋紅林, 程文則, 卓玉玲, 王志建
【申請(qǐng)人】武漢光谷創(chuàng)元電子有限公司