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活性金属钎焊(Active Metal Brazing,AMB)陶瓷基板由于可以实现无氧铜在高热导率的氮化物陶瓷上的可靠附着,表现出优良的冷热循环性能,因此正成为高性能车规功率模块中的关键材料之一。

AMB陶瓷覆铜基板的制备工艺主要包括陶瓷基板的准备与焊膏制备、AMB陶瓷覆铜基板的钎焊、AMB陶瓷覆铜基板的刻蚀和清洗、镀覆等方面。AMB覆铜板生产工艺流程如下:

图 AMB覆铜板生产工艺流程

(1)铜片裁切

对铜箔进行裁切及整平,将铜箔按需要裁切成所需尺寸,为后续工段做准备。

(2)铜片/陶瓷清洗

陶瓷基板及铜箔需进行清洗,其中陶瓷基板仅需利用纯水水洗即可,铜箔还需送入铜箔清洗线,铜箔清洗线设置除油槽、水洗槽、微蚀槽及水洗槽,除油、在常温下用微蚀剂(硫酸、过硫酸钠)对铜片进行微蚀,微蚀的目的是为后续的化学沉铜提供一个微粗糙的活性铜表面,同时去除铜面残留的氧化物,微蚀后经一级逆流水洗、风刀吹干后80℃烘干。

(3)涂布、干燥

将经过清洗的瓷片通过丝印机涂布焊料,使基板表面均匀附着焊料(Ti-Ag-Cu)。涂布后的瓷片经烘箱干燥,主要目的是将焊料中有机成分去除。

(4)钎焊

将铜片和瓷片叠合后在真空钎焊炉内完成铜片与瓷片的焊接,焊接温度为900℃(电加热),并在炉内降温冷却。

(5)前处理

对焊接后的基板在覆铜板清洗线进行前处理,覆铜板清洗线,设置磨板腔、水洗槽、微蚀槽、酸洗槽。

(6)贴膜

将半成品覆铜板送入黄光区,使用贴膜机在基板表面贴上一层感光干膜,贴膜工段温度为100~120℃,采用电加热的方式加热。

(7)曝光

将贴膜后的覆铜板送入曝光机内,在紫外线的照射下,干膜被曝光的区域发生聚合反应,形成一种稳定的不溶于碳酸钠的物质附着于基板表面,非线路部分感光性干膜未接收到平行光照射而不发生聚合反应。

(8)显影

将曝光后的半成品覆铜板送入显影机内,经显影液冲洗,将不需要的膜去掉形成图形,再经水洗后用显影机自身热风吹干。

(9)检验

利用AOI对电路通断进行检验。

(10)铜蚀刻

显影后的半成品覆铜板送入蚀刻间,基板铜片上未被干膜覆盖的区域在酸性蚀刻液的作用下被腐蚀,温度约为 40℃~50℃。被干膜覆盖的区域则不发生反应,从而在铜片表面形成图形,铜蚀刻后需进行两级逆流水洗。

(11)剥膜

经铜蚀刻后的半成品覆铜板再经水洗后进入去膜槽,去除基板表面覆盖的干膜,剥膜后需进行两级逆流水洗。

(12)铜蚀刻清洗

经剥膜后的半成品覆铜板进入铜蚀刻清洗线,铜蚀刻清洗线包括一个酸洗槽及两个逆流水洗槽,半成品覆铜板加压水洗后再送入酸洗槽中进行清洗,接着经两级逆流水洗后进入烘干段烘干。

(13)焊料蚀刻

经清洗、烘干后的覆铜板再次送入蚀刻机进行蚀刻,在焊接蚀刻槽体内添加一定比例的AMB-2蚀刻液、双氧水、氨水 对焊料进行碱性蚀刻后进入两级逆流水洗后进入烘干段烘干。

(14)OSP/化学镀

根据客户需求选择防氧化工艺(OSP)、镀镍金、镀 镍、镀银工序中一种进行表面处理。

①防氧化工艺(OSP):主要流程为除油、水洗、微蚀、水洗、酸洗、水洗、OSP(防氧化处理)、水洗、烘干。OSP (防氧化处理)主要目的为防止铜片氧化进行钝化处理,在OSP槽体内添加一定比例的铜抗氧化剂。

②镀银:蚀刻后的基板送入镀银线,在裸露的铜面镀一层银,以达到保护铜面、维持可焊性的效果。

③镀镍/镀镍金:镀镍金线可进行镀镍,也可进行镀镍金,主要是将蚀刻后基板送入镀镍金线,在裸露的铜面镀一层镍或镍金,以达到保护铜面、维持可焊性的效果。

(15)切割

利用覆铜板激光划片机根据客户需求尺寸切割成特定尺寸。

(16)终检,包装入库。

相关生产设备包括:铜箔裁切整平机、清洗设备、丝印机、干燥箱、真空钎焊炉、覆铜板清洗线、贴膜机、曝光机、显影机、刻蚀机、撕膜机、超声检测机、耐压测试仪、除油线、OSP线、化学沉银线、化学沉镍金线、激光划片机、AOI检测设备等。

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作者 ab, 808

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