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DPC陶瓷基板主要加工工艺流程及生产设备一览
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DPC 陶瓷基板具备高线路精准度、高表面平整度、高绝缘及高导热的特性,在半导体功率器件封装领域迅速占据了重要的市场地位,广泛应用于大功率 LED、半导体激光器、 VCSEL等领域。

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直接镀铜(Direct Plating Copper, DPC)是在陶瓷薄膜工艺加工基础上发展起来的陶瓷电路加工工艺。 该工艺首先利用真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层,接着以黄光微影之光阻被复曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作,最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度,待光阻移除后即完成金属化线路制作。





DPC 陶瓷基板体积小、结构精密、可靠性要求高、工艺流程复杂、生产过程精细,属于技术密集型行业,具有较高的技术壁垒。 其生产工艺主要涉及打孔、磁控溅射、化学沉铜、电镀铜、阻焊印刷、化学沉银/化学沉金等主要工序。

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图    DPC 陶瓷基板主要生产工艺流程



1、激光打孔



激光打孔前,首先在陶瓷基板上通过毛刷刷涂上一层水溶性食物级的基板颜料,以降低激光在基板上的反射率,增强激光打孔效果。 放在烘干箱内烘干,然后使用激光打孔机将上下两面基板打通,作为上下板面连通的路径。


  • 激光打孔机钻孔针对不同的陶瓷材料会使用红外、绿光、紫外、CO2等不同波段激光束照射材料表面,每发出一次雷射脉冲就有一部分材料被烧灼掉。


2、激光打码



激光打码,是利用激光打码机将产品二维码雕刻到基板上。



3、超声波清洗



清洗去除经激光打孔及激光打码后的基板上附着有红胶及打码产生的微量颗粒物,确保板面的清洁,通过粗刮渣、鼓泡、细刮渣去除打孔产生的毛刺,刮渣后进行水洗冲洗掉附着在基板表面的颗粒物。 经除渣后的基板需要进行微蚀以粗化表面,提升后段工序磁控溅射的效果,后经烘干去除基板表面的水分。



4、磁控溅射



磁控溅射的基本原理是在一个高真空密闭高压电场容器内,注入少许氩气,使氩气电离,产生氩离子流,轰击容器中的靶阴极,靶材料原子一颗颗的被挤溅出,分子沉淀积累附着在陶瓷基板上形成薄膜。

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图  磁控溅射原理


  • 溅射前为达到良好的效果,须经过除尘、除油、慢拉等预处理。


5、化学沉铜



化学沉铜的主要用途为增厚铜层,增加导通孔的导电性,同时可以确保与溅射铜层具有更好的衔接性。 化学沉铜是一种催化氧化还原反应,因为化学沉铜铜层的机械性能较差,在经受冲击时易产生断裂,所以化学沉铜宜采用镀薄铜工艺。


  • 化学沉铜须经过包括除油、微蚀、预浸、活化、促化等前处理工序。


6、全板电镀



全板电镀,即预电镀铜的作用主要为增加铜层厚度,主要包括除油、微蚀、酸洗、 镀铜、退镀(挂具)工序。 电镀铜是以铜球作阳极,CuSO4和 H2SO4为电解液,镀铜主要化学反应式分别由以 下阴极化学反应式表示: Cu2+ +2e- →Cu。 预镀铜完成后,需要对夹具上多余的铜层进行剥除。


7、磨板-压膜-曝光-显影



全板电镀铜层后需要在基板铜面上刻制线路,为下道工序增厚线路铜层做准备,其工艺主要包括酸洗、磨板、压膜、曝光、显影等工序。



1)酸洗: 使用 3~5%的硫酸溶液清洗基板表面,以去除基板表面可能存在的氧化物膜。

2)磨板: 使用磨板机的研磨轮不织布对基板表面进行粗化处理,同时清洁、光亮板面,以去除基板表面附着的的手印、油脂物等;

3)压膜: 把感光液预先涂在聚酯片基上,干燥后制成感光层,再覆盖一层聚乙烯薄膜,这种具有三层结构的感光抗蚀材料称为干膜抗蚀剂,简称干膜;

4)曝光: 将菲林片置于经压合在基板上的干膜之上,利用底片成像原理,曝光机产生紫外光,使铬板上的膜发生聚合反应生成不溶弱碱的抗蚀膜层,不需要的部分被有记载图形的菲林片遮住,不发生光聚合反应。

5)显影: 未曝光部分的活性基团与碱性溶液反应生成可溶性物质而溶解下来,留下已感光交联固化的部分。




8、图形电镀(电镀铜)



经曝光显影后需要增厚铜层的线路显现出来,采用电镀铜工序增厚线路铜层。



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9、蚀刻去底化



去除线路上多余的铜层、干膜,并蚀刻去除线路以外前面工序磁控溅射、化学沉铜、预电镀铜等工段附着在基板表面的铜层及钛层等,其主要有粗磨、褪膜、铜蚀刻、钛蚀刻等主要工段。


10、退火



采用退火炉,将陶瓷板进行高温烘烤,以达到释放电镀时的集中应力、增加铜层的延展性及韧性、使铜颗粒堆积更致密的目的。


11、砂带打磨



经退火后的基板表面附着一层氧化物,且表面比较粗糙,为防止后续化金化银产品品质不达标,需打磨去除。 经打磨后,表面变得光滑、平整。


12、飞针



采用高速飞针测试机测试导通孔通短路情况。



13、阻焊前喷砂



阻焊前需要对基板线路进行喷砂预处理,以粗化、清洁表面,去除表面的氧化物及脏污等,具体工序包括酸洗、喷砂、微蚀等主要处理工段。



14、阻焊印刷



阻焊印刷的目的是在线路板表面不需要焊接的部分导体上批覆永久性的隔层材料,称之为防焊膜。 使其在下游组装焊接时,其表面处理或焊接局限在指定区域,起到在后续表面或焊接与清洗制程过程中保护板面不受污染,以及保护线路避免氧化和焊接短路的作用。

采用丝网印刷的方式将防焊油墨批覆在板面后,送入紫外线曝光机中曝光,油墨在底片透光区域受紫外线照射后产生聚合反应,以碳酸钠水溶液将涂膜上未受光照的区域显影去除。


15、组焊后喷砂



基板经阻焊印刷、曝光显影后,需要焊接的部分裸露出来,为使下道工序表面化金/化银能够达到良好的效果,需要对裸露部分进行喷砂处理,以粗化表面、去除铜面附着的氧化物。


16、表面处理



阻焊完成后,线路板焊盘位置以电镀或化学镀方式镀上金、银等不同金属,以保证裸露的端子部分具有良好的可焊接性能及防氧化性能等。



17、激光切割



采用激光切割设备对产品进行切割。



18、检测




采用测厚仪、AOI 自动光学检测机、超声波扫描显微镜等检测设备检测产品的性能外观。


19、打标



利用打标机将产品识别码印刷到陶瓷基板上。



20、包装出货



利用真空包装机将产品进行包装后出货。


DPC工艺主要生产设备包括: 激光打孔机、烘干设备、激光打码机、磁控溅射设备、清洗设备、电镀设备、研磨机、刻蚀机、退火机、砂带机、磨板机、高速飞针测试机、喷砂机、丝网印刷机、磨板机、压膜机、曝光机、显影机、退火炉、激光划线机、测厚仪、AOI 自动光学检测机、超声波扫描显微镜、真空包装机等。



8月23~25日,DPC陶瓷基板产业链齐聚艾邦第五届精密陶瓷展览会,包括


  • DPC基板企业:鼎华芯泰、晶弘科技、浙江精瓷半导体、博敏电子、蘅滨电子、奔创电子等;
  • 加工设备及配件企业:中电科45所、中电科风华、德中激光、欧双光电、宇昌激光、上海煊廷丝印、鸿星智能、微格能、建宇网印、上海网易、田菱精密等。
  • 检测设备广林达、索恩达、西尼、海泰精工、腾科、鹰蚁视觉、真理光学、林洋机械、天耀、精创光学、欧亦姆、津通等。


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