DPC陶瓷基板主要加工工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備

DPC 陶瓷基板具備高線路精準(zhǔn)度、高表面平整度、高絕緣及高導(dǎo)熱的特性，在半導(dǎo)體功率器件封裝領(lǐng)域迅速占據(jù)了重要的市場地位，廣泛應(yīng)用于大功率 LED、半導(dǎo)體激光器、 VCSEL等領(lǐng)域。

直接鍍銅（Direct Plating Copper, DPC）是在陶瓷薄膜工藝加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的陶瓷電路加工工藝。 該工藝首先利用真空鍍膜方式于陶瓷基板上濺鍍結(jié)合于銅金屬復(fù)合層，接著以黃光微影之光阻被復(fù)曝光、顯影、蝕刻、去膜工藝完成線路制作，最后再以電鍍/化學(xué)鍍沉積方式增加線路的厚度，待光阻移除后即完成金屬化線路制作。

DPC 陶瓷基板體積小、結(jié)構(gòu)精密、可靠性要求高、工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)過程精細(xì)，屬于技術(shù)密集型行業(yè)，具有較高的技術(shù)壁壘。 其生產(chǎn)工藝主要涉及打孔、磁控濺射、化學(xué)沉銅、電鍍銅、阻焊印刷、化學(xué)沉銀/化學(xué)沉金等主要工序。

1、激光打孔

激光打孔前，首先在陶瓷基板上通過毛刷刷涂上一層水溶性食物級(jí)的基板顏料，以降低激光在基板上的反射率，增強(qiáng)激光打孔效果。 放在烘干箱內(nèi)烘干，然后使用激光打孔機(jī)將上下兩面基板打通，作為上下板面連通的路徑。

激光打孔機(jī)鉆孔針對(duì)不同的陶瓷材料會(huì)使用紅外、綠光、紫外、CO2等不同波段激光束照射材料表面，每發(fā)出一次雷射脈沖就有一部分材料被燒灼掉。

2、激光打碼

激光打碼，是利用激光打碼機(jī)將產(chǎn)品二維碼雕刻到基板上。

3、超聲波清洗

清洗去除經(jīng)激光打孔及激光打碼后的基板上附著有紅膠及打碼產(chǎn)生的微量顆粒物，確保板面的清潔，通過粗刮渣、鼓泡、細(xì)刮渣去除打孔產(chǎn)生的毛刺，刮渣后進(jìn)行水洗沖洗掉附著在基板表面的顆粒物。 經(jīng)除渣后的基板需要進(jìn)行微蝕以粗化表面，提升后段工序磁控濺射的效果，后經(jīng)烘干去除基板表面的水分。

4、磁控濺射

磁控濺射的基本原理是在一個(gè)高真空密閉高壓電場容器內(nèi)，注入少許氬氣，使氬氣電離，產(chǎn)生氬離子流，轟擊容器中的靶陰極，靶材料原子一顆顆的被擠濺出，分子沉淀積累附著在陶瓷基板上形成薄膜。

濺射前為達(dá)到良好的效果，須經(jīng)過除塵、除油、慢拉等預(yù)處理。

5、化學(xué)沉銅

化學(xué)沉銅的主要用途為增厚銅層，增加導(dǎo)通孔的導(dǎo)電性，同時(shí)可以確保與濺射銅層具有更好的銜接性。 化學(xué)沉銅是一種催化氧化還原反應(yīng)，因?yàn)榛瘜W(xué)沉銅銅層的機(jī)械性能較差，在經(jīng)受沖擊時(shí)易產(chǎn)生斷裂，所以化學(xué)沉銅宜采用鍍薄銅工藝。

化學(xué)沉銅須經(jīng)過包括除油、微蝕、預(yù)浸、活化、促化等前處理工序。

6、全板電鍍

全板電鍍，即預(yù)電鍍銅的作用主要為增加銅層厚度，主要包括除油、微蝕、酸洗、 鍍銅、退鍍（掛具）工序。 電鍍銅是以銅球作陽極，CuSO4和 H2SO4為電解液，鍍銅主要化學(xué)反應(yīng)式分別由以 下陰極化學(xué)反應(yīng)式表示： Cu2+ +2e- →Cu。 預(yù)鍍銅完成后，需要對(duì)夾具上多余的銅層進(jìn)行剝除。

7、磨板-壓膜-曝光-顯影

全板電鍍銅層后需要在基板銅面上刻制線路，為下道工序增厚線路銅層做準(zhǔn)備，其工藝主要包括酸洗、磨板、壓膜、曝光、顯影等工序。

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： 使用磨板機(jī)的研磨輪不織布對(duì)基板表面進(jìn)行粗化處理，同時(shí)清潔、光亮板面，以去除基板表面附著的的手印、油脂物等；

3）壓膜： 把感光液預(yù)先涂在聚酯片基上，干燥后制成感光層，再覆蓋一層聚乙烯薄膜，這種具有三層結(jié)構(gòu)的感光抗蝕材料稱為干膜抗蝕劑，簡稱干膜；

4）曝光： 將菲林片置于經(jīng)壓合在基板上的干膜之上，利用底片成像原理，曝光機(jī)產(chǎn)生紫外光，使鉻板上的膜發(fā)生聚合反應(yīng)生成不溶弱堿的抗蝕膜層，不需要的部分被有記載圖形的菲林片遮住，不發(fā)生光聚合反應(yīng)。

5）顯影： 未曝光部分的活性基團(tuán)與堿性溶液反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)而溶解下來，留下已感光交聯(lián)固化的部分。

8、圖形電鍍（電鍍銅）

經(jīng)曝光顯影后需要增厚銅層的線路顯現(xiàn)出來，采用電鍍銅工序增厚線路銅層。

9、蝕刻去底化

去除線路上多余的銅層、干膜，并蝕刻去除線路以外前面工序磁控濺射、化學(xué)沉銅、預(yù)電鍍銅等工段附著在基板表面的銅層及鈦層等，其主要有粗磨、褪膜、銅蝕刻、鈦蝕刻等主要工段。

10、退火

采用退火爐，將陶瓷板進(jìn)行高溫烘烤，以達(dá)到釋放電鍍時(shí)的集中應(yīng)力、增加銅層的延展性及韌性、使銅顆粒堆積更致密的目的。

11、砂帶打磨

經(jīng)退火后的基板表面附著一層氧化物，且表面比較粗糙，為防止后續(xù)化金化銀產(chǎn)品品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，需打磨去除。 經(jīng)打磨后，表面變得光滑、平整。

12、飛針

采用高速飛針測(cè)試機(jī)測(cè)試導(dǎo)通孔通短路情況。

13、阻焊前噴砂

阻焊前需要對(duì)基板線路進(jìn)行噴砂預(yù)處理，以粗化、清潔表面，去除表面的氧化物及臟污等，具體工序包括酸洗、噴砂、微蝕等主要處理工段。

14、阻焊印刷

阻焊印刷的目的是在線路板表面不需要焊接的部分導(dǎo)體上批覆永久性的隔層材料，稱之為防焊膜。 使其在下游組裝焊接時(shí)，其表面處理或焊接局限在指定區(qū)域，起到在后續(xù)表面或焊接與清洗制程過程中保護(hù)板面不受污染，以及保護(hù)線路避免氧化和焊接短路的作用。

采用絲網(wǎng)印刷的方式將防焊油墨批覆在板面后，送入紫外線曝光機(jī)中曝光，油墨在底片透光區(qū)域受紫外線照射后產(chǎn)生聚合反應(yīng)，以碳酸鈉水溶液將涂膜上未受光照的區(qū)域顯影去除。

15、組焊后噴砂

基板經(jīng)阻焊印刷、曝光顯影后，需要焊接的部分裸露出來，為使下道工序表面化金/化銀能夠達(dá)到良好的效果，需要對(duì)裸露部分進(jìn)行噴砂處理，以粗化表面、去除銅面附著的氧化物。

16、表面處理

阻焊完成后，線路板焊盤位置以電鍍或化學(xué)鍍方式鍍上金、銀等不同金屬，以保證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

采用激光切割設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行切割。

18、檢測(cè)

采用測(cè)厚儀、AOI 自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)機(jī)、超聲波掃描顯微鏡等檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)產(chǎn)品的性能外觀。

19、打標(biāo)

利用打標(biāo)機(jī)將產(chǎn)品識(shí)別碼印刷到陶瓷基板上。

20、包裝出貨

利用真空包裝機(jī)將產(chǎn)品進(jìn)行包裝后出貨。

DPC工藝主要生產(chǎn)設(shè)備包括： 激光打孔機(jī)、烘干設(shè)備、激光打碼機(jī)、磁控濺射設(shè)備、清洗設(shè)備、電鍍?cè)O(shè)備、研磨機(jī)、刻蝕機(jī)、退火機(jī)、砂帶機(jī)、磨板機(jī)、高速飛針測(cè)試機(jī)、噴砂機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)、磨板機(jī)、壓膜機(jī)、曝光機(jī)、顯影機(jī)、退火爐、激光劃線機(jī)、測(cè)厚儀、AOI 自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)機(jī)、超聲波掃描顯微鏡、真空包裝機(jī)等。