阅读说明：本技术 一种在陶瓷介质基板表面金属化的方法及陶瓷介质基板 (Method for metalizing surface of ceramic dielectric substrate and ceramic dielectric substrate ) 是由 苏祺益 严勇 潘甲东 刘剑林 谢艺精 庄梦琪 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种在陶瓷介质基板表面金属化的方法及陶瓷介质基板,方法包括如下步骤：A、依次对原始陶瓷介质基板本体进行研磨和/或抛光；B、对经步骤A后的陶瓷介质基板本体进行预处理；C、对烧结后的陶瓷介质基板本体依次利用丙酮溶液、酒精、微酸性清洗液和去离子水进行超声波清洗,以去除陶瓷介质基板本体表面的油污和灰尘；D、利用磁控溅射工艺使金属沉积在陶瓷介质基板本体表面,形成金属膜层,得到最终的陶瓷介质基板。本发明能够显著提高金属膜层的强度,杜绝金属化膜层起皮、剥落的情况,从而有效提高产品的合格率,且操作简单,基本不会增加额外的成本。(The invention provides a method for metalizing the surface of a ceramic dielectric substrate and the ceramic dielectric substrate, wherein the method comprises the following steps: A. sequentially grinding and/or polishing the original ceramic dielectric substrate body; B. b, preprocessing the ceramic dielectric substrate body after the step A; C. sequentially carrying out ultrasonic cleaning on the sintered ceramic dielectric substrate body by using an acetone solution, alcohol, a slightly acidic cleaning solution and deionized water so as to remove oil stains and dust on the surface of the ceramic dielectric substrate body; D. and depositing metal on the surface of the ceramic dielectric substrate body by utilizing a magnetron sputtering process to form a metal film layer, thereby obtaining the final ceramic dielectric substrate. The method can obviously improve the strength of the metal film layer and prevent the peeling and stripping of the metal film layer, thereby effectively improving the qualification rate of products, and the method is simple to operate and basically does not increase extra cost.)

一种在陶瓷介质基板表面金属化的方法及陶瓷介质基板

技术领域

本发明涉及一种在陶瓷介质基板表面金属化的方法及陶瓷介质基板。

背景技术

微波元件一直以来在通信系统中有着不可取代的作用，应用的领域相当的广泛，包括微波通信、互联网应用产品，消费电子产品，甚至国防、航天、航空等。随着电子产品的不断升级和优化，使用领域的逐渐深入，微波元件的载体—印制板的要求也在不断的提高。传统的印制板即PCB板，其材质大多是玻璃纤维，酚醛树脂，PTFE等材料。这些材料在热应力、化学因素、生产工艺等各个方面，都逐渐无法适用于微波电路和微波元件。近年来，陶瓷类介质基板大面积的应用于微波领域，成为一类不可替代的主要原材料。5G通信的大规模推广应用，并且毫米波具有频带宽，波长短，空间分辨率高的先天优势，则更需要陶瓷介质基板作为其微波传输基材。陶瓷介质基板至少具有以下7个优异特性：具有一定的机械强度，不易翘曲，可保证正片基板平整度；材质硬度高，可通过机械加工手段，增加表面光洁度，高频元件和电路对于表面光洁度要求高；散热性好，热膨胀系数低，对于部分高频元件工作时发热量大；高频性能稳定，可保证电性能；绝缘性好，耐压性高，安全可靠；吸水性小，环境适应性好；与金属材料的结合力强，金属化可靠性高。

在陶瓷介质基板上沉积金属膜层，是微波元件和微波电路研发、制造和生产过程中的关键工序。因此，陶瓷介质基板金属化膜层的强度，就成为此关键工序的一个重点检验项目。基板金属化膜层强度，可通过破坏性或者非破坏性金属丝(金属带)的键合力进行检验。键合力值低于标准要求或者出现金属膜层起皮、剥落等现象，则判定该产品不合格。现有技术中的陶瓷介质基板，产品的合格率还有待提高。

常规情况下，增加基板表面金属化强度的方法为：提高溅射功率和升高基板温度：提高溅射功率，可以使金属粒子具有更大的能力，金属粒子能够与基板的晶格结合得更加牢靠，从而达到增强金属化膜层强度的目的；据热力学定律，提高基板温度，金属粒子沉积在基板表面时，其微观运动更剧烈，也能达到增强金属化膜层强度的目的。但提高溅射功率的办法，对于磁控溅射机的要求更高，设备造价高，不易实现，提高基板温度的办法，经试验，基板温度提高的情况，黏附层会出现蒸腾现象，黏附层厚度不易控制，并且以上两种方法，对于增强经过研磨或者抛光的介质基板的金属化膜层强度，并没有显著效果。

发明内容

本发明提出一种在陶瓷介质基板表面金属化的方法及陶瓷介质基板，该方法能够显著提高金属膜层的强度，杜绝金属化膜层起皮、剥落的情况，从而有效提高产品的合格率，且操作简单，基本不会增加额外的成本。

本发明通过以下技术方案实现：

一种在陶瓷介质基板表面金属化的方法，包括如下步骤：

A、依次对原始陶瓷介质基板本体进行研磨和/或抛光，以得到规定厚度和粗糙度的陶瓷介质基板本体；

B、对经步骤A后的陶瓷介质基板本体进行预处理，包括：

B1、调配不具有腐蚀性的还原性溶液；

B2、将陶瓷介质基板本体浸泡在还原性溶液中，浸泡时间30-40min，浸泡完成后，进行烘干；

B3、烘干后的陶瓷介质基板本体经850℃的烧结炉进行高温烧结；

C、对烧结后的陶瓷介质基板本体依次利用丙酮溶液、酒精、微酸性清洗液和去离子水进行超声波清洗，以去除陶瓷介质基板本体表面的油污和灰尘；

D、利用磁控溅射工艺使金属沉积在陶瓷介质基板本体表面，形成金属膜层，得到最终的陶瓷介质基板。

进一步的，所述步骤B1中，还原性溶液由重量份比例为1:1的双氧水和氨水组成。

进一步的，所述步骤B3中，所述烧结炉包括七个温区，分别为：

第一升温区：由常温升温至550℃，时间为5min；

第二升温区：由550℃升温至700℃，时间为5min；

第三升温区：由700℃升温至830℃，时间为5min；

第四升温区：由830℃升温至850℃，时间为5min；

恒温区：温度保持850℃，持续时间为10min；

第一降温区：由850℃降温至805℃，时间为5min；

第二降温区：由805℃降温至常温，时间为10min。

进一步的，所述步骤A中，所述陶瓷介质基板本体通过流延方式获得，对该陶瓷介质基板本体进行研磨工艺以减薄其厚度，当研磨后的陶瓷介质基板本体表面粗糙度不符合要求时，通过抛光工艺以降低表面粗糙度。

进一步的，所述步骤B2中，烘干温度设定为55-65℃，烘干时间55-65min。

进一步的，所述研磨工艺包括：

A1、将陶瓷介质基板本体放置在研磨机上；

A2、利用研磨砂粒研磨依次研磨陶瓷介质基板本体相对的两表面，单面最小的磨屑厚度为0.08-0.12mm；

A3、待陶瓷介质基板本体的厚度研磨至目标厚度后，采用酸性清洗液清洗基板表面，并烘干。

进一步的，所述陶瓷介质基板本体包括氧化铝陶瓷基板或者氮化铝陶瓷基板。

本发明还通过以下技术方案实现：

根据如上任一所述在陶瓷介质基板表面金属化的方法制作的陶瓷介质基板，包括陶瓷介质基板本体和分别设置在陶瓷介质基板本体相对两表面的两金属膜层。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明首先对原始陶瓷介质基板进行研磨和/或抛光，以得到规定厚度和粗糙度的陶瓷介质基板，然后对该陶瓷介质基板进行预处理，主要包括利用还原性溶液进行浸泡以及经850℃的烧结炉进行高温烧结，预处理后再对陶瓷介质基板进行清洗，清洗完成后利用磁控溅射工艺形成金属膜层，经研磨或者抛光后的陶瓷介质基板，其表面有酸洗液和磁粉小颗粒残留，而清洗步骤并不能将其清除，若直接进行磁控溅射，形成的金属膜层极易出现起皮、剥落的情况，而还原性溶液浸泡和高温烧结却能够彻底地清除上述残留物质，使陶瓷介质基板表面更有活性，从而增强金属膜层的强度，提高金属膜层的键合力，从而杜绝金属化膜层起皮、剥落的情况，有效提高产品的合格率，且操作简单，基本不会增加额外的成本；将陶瓷介质基板在还原性溶液中浸泡30-40min，能够有效溶解上述残留物，且还原性溶液不具有腐蚀性，不会对陶瓷介质基板造成破坏，利用850℃的烧结炉进行高温烧结，能够将陶瓷介质基板表面残留的物质蒸腾掉，且850℃是略低于陶瓷低温共烧的温度，也不会对陶瓷介质基板造成结构性的破坏。

2、本发明在进行高温烧结时，设置有七个温区，形成特定的温度曲线，该曲线能够避免陶瓷介质基板内部出现应力，从而避免破坏陶瓷介质基板。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的流程图。

图2为本发明高温烧结时的温度曲线。

具体实施方式

陶瓷介质基板包括陶瓷介质基板本体和分别设置在陶瓷介质基板本体上下两表面的两金属膜层。如图1所示，在陶瓷介质基板表面金属化的方法则包括如下步骤：

A、依次对原始陶瓷介质基板本体进行研磨和/或抛光，以得到规定厚度和粗糙度的陶瓷介质基板本体；

该陶瓷介质基板本体通过流延方式获得，陶瓷介质基板本体一般由氧化铝陶瓷基板或者氮化铝陶瓷基板制成，在本实施例中，以氧化铝陶瓷基板为例；氧化铝陶瓷基板流延出来的陶瓷介质基板本体最小厚度为0.3mm左右，但对于高频印制和微波元件，设计要求陶瓷介质基板本体厚度小于0.254mm，部分甚至要求基板厚度≤0.127mm，如此薄的厚度，只能通过对该陶瓷介质基板本体进行研磨获得；另一方面，对于高频印制和微波元件，陶瓷介质基板表面的粗糙度的要求也很高，当研磨后的陶瓷介质基板本体表面粗糙度不符合要求时，则需通过抛光工艺以降低表面粗糙度；但经研磨或者抛光后的陶瓷介质基板本体，其表面有酸洗液和磁粉小颗粒残留，这使得金属膜层附着力不达标，金属膜层容易出现起皮、剥落，因此必须对陶瓷介质基板本体进行预处理；

其中，研磨工艺包括：

A1、将陶瓷介质基板本体放置在研磨机上；

A2、利用研磨砂粒研磨依次研磨陶瓷介质基板本体相对的两表面，单面最小的磨屑厚度为0.08-0.12mm；

A3、待陶瓷介质基板本体的厚度研磨至目标厚度后，采用酸性清洗液清洗基板表面，并烘干；

B、对经步骤A后的陶瓷介质基板本体进行预处理，包括：

B1、调配不具有腐蚀性的还原性溶液，该还原性溶液由重量份比例为1:1:1:1的双氧水、氨水、缓释剂和添加剂组成；氨水能够促进双氧水活性，使陶瓷介质基板本体的最佳浸泡时间缩短；缓释剂的添加能够减小双氧水分解的速度，使还原性容易稳定性提高；

B2、将陶瓷介质基板本体浸泡在还原性溶液中，浸泡时间30-40min，浸泡完成后，进行烘干，烘干温度设定为55-65℃，烘干时间55-65min；其中，浸泡时间设置为35min，烘干温度设定为60℃，烘干时间设置为60min时，效果最好；

B3、烘干后的陶瓷介质基板本体经850℃的烧结炉进行高温烧结；

如图2所示，烧结炉包括七个温区，分别是：

第一升温区：由常温升温至550℃，时间为5min；

第二升温区：由550℃升温至700℃，时间为5min；

第三升温区：由700℃升温至830℃，时间为5min；

第四升温区：由830℃升温至850℃，时间为5min；

恒温区：温度保持850℃，持续时间为10min；

第一降温区：由850℃降温至805℃，时间为5min；

第二降温区：由805℃降温至常温，时间为10min；

C、对烧结后的陶瓷介质基板本体依次利用丙酮溶液、酒精、微酸性清洗液和去离子水进行超声波清洗，以去除陶瓷介质基板本体表面的油污和灰尘；

D、利用磁控溅射工艺使金属沉积在陶瓷介质基板本体表面，形成金属膜层，得到最终的陶瓷介质基板。磁控溅射工艺为现有技术。

表1为随机抽取的未采用本发明的6只陶瓷介质基板样品，以及采用本发明的6只陶瓷机制基板样品，在金属膜层键合力值和膜层外观上的比较：

表1

可见，采用本发明后的陶瓷介质基板，其金属膜层的键合力值大大提高，且膜层外观无起皮情况。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。