专利名称：金属化陶瓷板体的制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属化陶瓷板体的制法，特别是一种用以减低陶瓷板体内应力的金属化陶瓷板体的制法。
背景技术：
随着电子产业的蓬勃发展，电子产品已充斥在我们周遭，而几乎成为了社会大众的必需品，其中，电子产品通常包括有例如陶瓷覆铜板的金属化陶瓷板体，该陶瓷覆铜板一般是利用直接铜接合(direct bonded copper,简称DBC)技术在高温下将陶瓷层与例如铜层的金属层烧结接合，烧结后，该陶瓷层与铜层之间的结合力强且可靠度高；但是，在该陶瓷层与铜层之间存在一种名为贝壳状破裂(conchoidal fracture)的破裂模式,其为一种不规则且非沿着晶格面的破裂模式，起因于冷热冲击时的热胀冷缩不匹配所产生的内应力，使得该铜层下方的陶瓷层破裂，而非在该陶瓷层与铜层之间的接口处产生破裂。文献中曾提到，若在铜层边缘处减少质量，则可以减少这种破裂模式的发生，例如第7619302B2号美国专利，其公开可于该铜层设计凹陷(dimple)，且该凹陷最好在底部为弧形(round)，深度并抵达陶瓷层，又该凹陷在温度循环期间可于铜层与陶瓷层之间提供键结的应力释放功能，所以能减少前述的破裂模式，进而提升使用寿命。又如第6670216B2号美国专利，其公开一种陶瓷覆铝板的铝层边缘的渐薄结构、刻痕、孔洞或沟槽，以减少铝层边缘的质量，进而减少接口处的内应力，预防铝层下方的陶瓷层破裂，以提高产品的可靠度及寿命。上述现有于金属层表面形成凹陷的方法通常是使用湿式蚀刻以在金属层边缘形成连续排列的孔洞，以减少金属层边缘的质量。请参阅图IA至图1C，其为现有的陶瓷覆铜板的制法的剖视图，其中，图1C’与图1C”为图IC的俯视图的不同实施例。如图IA所示，提供一由陶瓷板体10与铜层11堆栈而成的陶瓷覆铜板1，并于该铜层11上形成阻层12，该阻层12于四周边缘环绕有多个外露该铜层11的圆形阻层开孔120。如图IB所示，湿式蚀刻未被该阻层12所覆盖的铜层11，而形成多个铜层开孔110。如图IC所示，移除该阻层12。然而，由于湿式蚀刻属于等向性蚀刻，所以蚀刻药液会在该阻层开孔中等向性地蚀刻该铜层，并在经过适当时间后，最后会裸露出该陶瓷板体，该铜层开孔并形成常见的碗状结构；然而这种蚀刻后所得到的铜层开孔的孔径、侧壁轮廓及蚀刻深度并不容易控制，最终蚀刻形成的结构往往与原本预计的图案不尽相同，造成应力减少的情况不如预期，例如，如果蚀刻时间不足，该铜层开孔孔径太小且深度不够，因此该铜层边缘的质量并未显着地减少，而无法有效释放应力，如图1C’所示；又举例来说，若蚀刻时间太久，则会形成过蚀现象，使该铜层边缘产生邮票边缘般的结构，如图1C”所示，此时实际上仅形成新的铜层边缘，而未减少铜层边缘质量，故不具备释放陶瓷板体与铜层接口的内应力的功能。因此，如何提出一种金属化陶瓷板体的制法，以避免现有于金属层中湿式蚀刻形成刻痕、孔洞或沟槽时不易控制蚀刻时间，导致无法确实减少金属层边缘质量以有效释放金属化陶瓷板体的内应力等问题，实已成为目前亟欲解决的课题。
发明内容
鉴于上述现有技术的金属化陶瓷板体的制法具有无法有效释放内应力等缺失，本发明所要解决的技术问题是提供一种金属化陶瓷板体的制法，能有效减低金属层与陶瓷板体接口处的内应力，并进一步提升最终产品的成品率与可靠度。为了实现上述目的，本发明提供了一种金属化陶瓷板体的制法，包括于陶瓷板体上形成金属层；于该金属层上形成阻层，该阻层具有外露该金属层的第一图案化阻层开口与第二图案化阻层开口，该第一图案化阻层开口的宽度大于该金属层的厚度，该第二图案 化阻层开口的宽度小于该金属层的厚度；进行湿式蚀刻，以于该第一图案化阻层开口中形成外露该陶瓷板体的图案化金属层开口，并于该第二图案化阻层开口中形成图案化金属层凹部；以及移除该阻层。于前述的金属化陶瓷板体的制法中，该金属层的材质可为铜或铝，且该(第一)图案化阻层开口可为井字形，以使该金属层于进行湿式蚀刻后，成为矩阵排列的多个金属块。依上所述的制法中，该图案化金属层凹部可位于各该金属块边缘，该图案化金属层凹部可位于各该金属块边缘且呈环形，且该图案化金属层凹部可围绕成矩形环。于本发明的金属化陶瓷板体的制法中，还可包括移除该图案化金属层开口或图案化金属层凹部的顶部周缘的金属层，且移除该图案化金属层开口或图案化金属层凹部的顶部周缘的金属层的方式可为刷磨、带柄砂轮研磨、喷砂或放电加工。又于上述的金属化陶瓷板体的制法中，移除该图案化金属层开口或图案化金属层凹部的顶部周缘的金属层后，该图案化金属层开口或图案化金属层凹部的顶部周缘可呈倾斜曲面状、倾斜平面状或阶梯状，且该带柄砂轮的砂轮头可为伞形或矩形。所述的金属化陶瓷板体的制法中，进行该喷砂的步骤可包括于该金属层上形成金属屏蔽层，该金属屏蔽层具有外露各该图案化金属层开口及其周缘、或图案化金属层凹部及其周缘的金属屏蔽层开口 ；进行喷砂工艺；以及移除该金属屏蔽层。本发明还公开另一种金属化陶瓷板体的制法，其包括于陶瓷板体上形成有金属层；于该金属层上形成阻层，该阻层具有外露该金属层的图案化阻层开口 ；进行湿式蚀刻，以于该图案化阻层开口中形成外露该陶瓷板体的图案化金属层开口 ；移除该阻层；以及移除该图案化金属层开口的顶部周缘的金属层。本发明的技术效果在于本发明通过巧妙设计阻层开口的宽度，因此能可靠且轻易地于金属化陶瓷板体的金属层边缘形成刻痕、孔洞或沟槽，此外，本发明可利用刷磨、带柄砂轮研磨、喷砂或放电加工方式以进一步移除部分金属层，而使得金属层边缘处产生渐薄的结构，故本发明可有效且方便地减少金属化陶瓷板体的金属层边缘的质量，进而减低金属层与陶瓷板体接口处的内应力，避免金属层下方的陶瓷板体破裂，提升整体使用寿命与可靠度。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图IA至图IC为现有的陶瓷覆铜板的制法的剖视图，其中，图1C’与图1C”为图IC的俯视图的不同实施方式；图2A至图2D为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第一实施例的剖视图，其中，图2D’为图2D的俯视图；图3A至图3B为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第二实施例的剖视图；图4A至图4B为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第三实施例的剖视图；图5A至图5C为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第四实施例的剖视图；
图6A至图6B为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第五实施例的剖视图。其中，附图标记I陶瓷覆铜板10、20陶瓷板体11 铜层110铜层开孔12、22 阻层120阻层开孔21金属层21’金属块221第一图案化阻层开口222第二图案化阻层开口211图案化金属层开口212图案化金属层凹部30刷磨轮40带柄砂轮401砂轮头51金属屏蔽层510金属屏蔽层开口52 砂粒60放电加工设备61 电极
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所公开的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“顶”、“倾斜”及“一”等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。第一实施例请参阅图2A至图2D，其为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第一实施例的剖视图，其中，图2D’为图2D的俯视图。如图2A所示，提供一陶瓷板体20，于该陶瓷板体20上形成有金属层21，该金属层21的材质可为铜或招。如图2B所示，于该金属层21上形成阻层22，该阻层22具有外露该金属层21的第一图案化阻层开口 221与第二图案化阻层开口 222，该第一图案化阻层开口 221的宽度大于该金属层21的厚度的I. 2倍，该第二图案化阻层开口 222的宽度小于该金属层21的厚度 的I. 2倍。如图2C所示，进行湿式蚀刻，由于湿式蚀刻是等向性的蚀刻，且本发明设计该第一图案化阻层开口 221的宽度大于该金属层21的厚度的I. 2倍，并设计该第二图案化阻层开口 222的宽度小于该金属层21的厚度的I. 2倍，因此该第一图案化阻层开口 221中的蚀刻速率将大于该第二图案化阻层开口 222中的蚀刻速率，所以在适当的蚀刻时间后，可于该第一图案化阻层开口 221中形成外露该陶瓷板体20的图案化金属层开口 211，并同时于该第二图案化阻层开口 222中形成图案化金属层凹部212。上述金属层若是铜则可为I. I倍，不锈钢合金可为I. 2倍,Invar/Kovar合金可为I. 25倍，Nickel/Titanium是I. 5T，视不同材料的金属层定其倍数，其范围于I. 1-1. 5倍之间。简言之，第一图案化阻层开口的宽度大于该金属层的厚度的I. 1-1. 5倍，而第二图案化阻层开口的宽度小于该金属层的厚度的I. 1-1. 5倍。如图2D与图2D’所示，移除该阻层22。要注意的是，于本实施例中，该第一图案化阻层开口 221例示为井字形，使该金属层21最终成为矩阵排列的多个金属块21’，但该第一图案化阻层开口 221不以井字形为限。需说明的该图案化金属层凹部212可如图2D’所示地位于各该金属块21’边缘，且围绕成矩形环，以减少各该金属块21’的边缘质量，以减少该金属层21与陶瓷板体20接口处的内应力，但该图案化金属层凹部212不以本实施例者为限。第二实施例请参阅图3A至图3B，其为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第二实施例的剖视图。如图3A至图3B所示，其延续自图2D，借由刷磨轮30以于该金属层21的表面进行刷磨，该刷磨轮30的表面可具有研磨砂带(未图标)，由于当刷磨轮30与金属层21接触时，会在该图案化金属层开口 211与图案化金属层凹部212的顶部周缘产生应力集中的现象，该应力集中现象使得该金属层21在表面与边缘所受到的加工刷磨力量并不相同，使得该金属层21边缘处较容易被刷磨移除，最终该图案化金属层开口 211与图案化金属层凹部212的顶部周缘呈现倾斜曲面状，而有助于降低该金属层21与陶瓷板体20接口处的内应力。应了解的是，虽然本实施例针对该图案化金属层开口 211与图案化金属层凹部212的顶部周缘的金属层21进行刷磨，但是也可仅对该图案化金属层开口 211或该图案化金属层凹部212的顶部周缘的金属层21进行刷磨。详言之，本发明的制法也可不需形成有该图案化金属层凹部，而直接形成图案化阻层开口，并移除该图案化金属层开口的顶部周缘的金属层，形成渐薄结构，以降低该金属层与陶瓷板体接口处的内应力(也就是以图案化金属层开口的顶部周缘的渐薄结构取代图案化金属层凹部)，其中，形成渐薄结构的方式可透过刷磨(如本实施例)、带柄砂轮研磨、喷砂或放电加工的方式进行。第三实施例请参阅图4A至图4B，其为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第三实施例的剖视图。如图4A至图4B所示，其延续自图2D，借由带柄砂轮40研磨移除该图案化金属层开口 211的顶部周缘的金属层21，该带柄砂轮40的砂轮头401视情况可为伞形或矩形，使得该图案化金属层开口 211的顶部周缘最终呈现倾斜平面状或阶梯状，而有助于该金属层 21与该陶瓷板体20接口处的内应力的降低。如前述内容，本发明的制法也可不需形成有该图案化金属层凹部，而直接于陶瓷板体上进行湿式蚀刻以形成图案化阻层开口，并移除该图案化金属层开口的顶部周缘的金属层，透过带柄砂轮研磨的方式形成渐薄结构，以降低该金属层与陶瓷板体接口处的内应力。第四实施例请参阅图5A至图5C，其为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第四实施例的剖视图。如图5A所不,其延续自图2D,于该金属层21上形成金属屏蔽层51,该金属屏蔽层51具有外露各该图案化金属层开口 211及其周缘的金属屏蔽层开口 510。如图5B所示,进行喷砂(Sand Blasting)工艺,未被该金属屏蔽层51所覆盖的金属层21因为受到砂粒52的强力撞击而被移除，使得该图案化金属层开口 211的顶部周缘最终呈现阶梯状，而有助于该金属层21与该陶瓷板体20接口处的内应力的降低。如图5C所示，移除该金属屏蔽层51。于本实施例的另一实施方式中，可不需形成有该图案化金属层凹部，而直接于陶瓷板体上形成图案化阻层开口，并移除该图案化金属层开口的顶部周缘的金属层以形成渐薄结构。具体作法为，先于陶瓷板体上形成有金属层以及阻层，其中该阻层具有外露该金属层的图案化阻层开口，接着进行湿式蚀刻以于该图案化阻层开口中形成外露该陶瓷板体的图案化金属层开口，最后，于该金属层上形成金属屏蔽层，于该金属屏蔽层具有外露各该图案化金属层开口及其周缘的金属屏蔽层开口进行喷砂工艺。透过喷砂工艺所形成的渐薄结构，可取代第一实施例的图案化金属层凹部，以降低该金属层与陶瓷板体接口处的内应力。第五实施例请参阅图6A至图6B，其为本发明的金属化陶瓷板体的制法的第五实施例的剖视图。如图6A至图6B所示，其延续自图2D，借由放电加工(EDM或micro-EDM)设备60移除该图案化金属层开口 211的顶部周缘的金属层21，其中，该放电加工设备60的电极61是对准该图案化金属层开口 211，依据尖端放电原理，放电电弧只会在该图案化金属层开口211的顶部周缘的金属层21产生，而使该金属层21成为高温熔融状态，在经过特定的加工时间后，便因材料高温的熔融挥发而被移除，达成减低内应力的目的。要注意的是，在前述第三实施例、第四实施例与第五实施例中，虽然仅图标出移除该图案化金属层开口 211的顶部周缘的金属层21的情形，但是应该了解的是，也可移除该图案化金属层凹部212的顶部周缘的金属层21，然此种情形可为所属技术领域的通常知识者所能理解，故不在此加以图标与赘述。要补充说明的是，虽然本实施方式中形成有图案化金属层凹部，且对于图案化阻层开口的宽度有所限制，但是本发明也可不需形成有该图案化金属层凹部，且该图案化阻层开口的宽度也可为任意大小，即上述实施例仅是例示，而非用以限制本发明。综上所述，不同于现有技术，由于本发明针对阻层开口的宽度进行精心设计，所以 能可靠且轻易地于金属化陶瓷板体的金属层边缘形成刻痕、孔洞或沟槽，此外，本发明可进一步利用刷磨、带柄砂轮研磨、喷砂或放电加工方式以在金属层边缘处产生渐薄的结构，即本发明可有效且方便地减少金属化陶瓷板体的金属层边缘的质量，进而减低金属层与陶瓷板体接口处的内应力，避免金属层下方的陶瓷板体破裂，提升整体使用寿命与可靠度。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，其包括 于陶瓷板体上形成金属层； 于该金属层上形成阻层，该阻层具有外露该金属层的第一图案化阻层开口与第二图案化阻层开口，该第一图案化阻层开口的宽度大于该金属层的厚度，该第二图案化阻层开口的宽度小于该金属层的厚度； 进行湿式蚀刻，以于该第一图案化阻层开口中形成外露该陶瓷板体的图案化金属层开口，并于该第二图案化阻层开口中形成图案化金属层凹部；以及移除该阻层。
2.根据权利要求I所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，该第一图案化阻层开口为井字形，以使该金属层于进行湿式蚀刻后，成为矩阵排列的多个金属块。
3.根据权利要求2所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，该图案化金属层凹部位于各该金属块边缘。
4.根据权利要求I所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，该制法还包括移除该图案化金属层开口或该图案化金属层凹部的顶部周缘的金属层。
5.根据权利要求4所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，移除该图案化金属层开口或该图案化金属层凹部的顶部周缘的金属层的方式为刷磨、带柄砂轮研磨、喷砂或放电加工。
6.根据权利要求4所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，移除该图案化金属层开口或该图案化金属层凹部的顶部周缘的金属层后，该图案化金属层开口或该图案化金属层凹部的顶部周缘呈倾斜曲面状、倾斜平面状或阶梯状。
7.根据权利要求5所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，进行该喷砂的步骤还包括 于该金属层上形成金属屏蔽层，该金属屏蔽层具有外露各该图案化金属层开口及其周缘、或该图案化金属层凹部及其周缘的金属屏蔽层开口 ； 进行喷砂工艺；以及 移除该金属屏蔽层。
8.一种金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，包括 于陶瓷板体上形成有金属层； 于该金属层上形成阻层，该阻层具有外露该金属层的图案化阻层开口 ； 进行湿式蚀刻，以于该图案化阻层开口中形成外露该陶瓷板体的图案化金属层开口 ； 移除该阻层；以及 移除该图案化金属层开口的顶部周缘的金属层。
9.根据权利要求8所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，该图案化阻层开口为井字形，以使该金属层于进行湿式蚀刻后，成为矩阵排列的多个金属块。
10.根据权利要求8所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，移除该图案化金属层开口的顶部周缘的金属层的方式为刷磨、带柄砂轮研磨、喷砂或放电加工。
11.根据权利要求8所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，移除该图案化金属层开口的顶部周缘的金属层后，该图案化金属层开口的顶部周缘呈倾斜曲面状、倾斜平面状或阶梯状。
12.根据权利要求10所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，进行该带柄砂轮研磨的步骤时，所使用的带柄砂轮的砂轮头为伞形或矩形。
13.根据权利要求10所述的金属化陶瓷板体的制法，其特征在于，进行该喷砂的步骤还包括 于该金属层上形成金属屏蔽层，该金属屏蔽层具有外露各该图案化金属层开口及其周缘的金属屏蔽层开口； 进行喷砂工艺；以及 移除该金属屏蔽层。
全文摘要
一种金属化陶瓷板体的制法，首先，于陶瓷板体上形成金属层，并于该金属层上形成阻层，且该阻层具有外露该金属层的第一图案化阻层开口与第二图案化阻层开口，该第一图案化阻层开口的宽度大于该金属层的厚度，该第二图案化阻层开口的宽度小于该金属层的厚度，接着，进行湿式蚀刻，以于该第一图案化阻层开口中形成外露该陶瓷板体的图案化金属层开口，并于该第二图案化阻层开口中形成图案化金属层凹部，最后，再移除该阻层。本发明能有效减低金属层与陶瓷板体接口处的内应力，并进一步提升最终产品的成品率与可靠度。
文档编号H01L21/48GK102956507SQ20111030568
公开日2013年3月6日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年8月26日
发明者魏石龙, 萧胜利, 何键宏 申请人:光颉科技股份有限公司