DPC陶瓷基板主要加工工藝流程和生產(chǎn)設備

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

直接鍍銅（Direct Plating Copper, DPC）是在陶瓷薄膜工藝加工基礎上發(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合于銅金屬復合層，接著以黃光微影之光阻被復曝光、顯影、蝕刻、去膜工藝完成線路制作，最后再以電鍍/化學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、結構精密、可靠性要求高、工藝流程復雜、生產(chǎn)過程精細，屬于技術密集型行業(yè)，具有較高的技術壁壘。 其生產(chǎn)工藝主要涉及打孔、磁控濺射、化學沉銅、電鍍銅、阻焊印刷、化學沉銀/化學沉金等主要工序。

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的基板顏料，以降低激光在基板上的反射率，增強激光打孔效果。 放在烘干箱內(nèi)烘干，然后使用激光打孔機將上下兩面基板打通，作為上下板面連通的路徑。

激光打孔機鉆孔針對不同的陶瓷材料會使用紅外、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、細刮渣去除打孔產(chǎn)生的毛刺，刮渣后進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。

濺射前為達到良好的效果，須經(jīng)過除塵、除油、慢拉等預處理。

5、化學沉銅

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

化學沉銅須經(jīng)過包括除油、微蝕、預浸、活化、促化等前處理工序。

6、全板電鍍

全板電鍍，即預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，鍍銅主要化學反應式分別由以 下陰極化學反應式表示： Cu2+ +2e- →Cu。 預鍍銅完成后，需要對夾具上多余的銅層進行剝除。

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： 使用磨板機的研磨輪不織布對基板表面進行粗化處理，同時清潔、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，這種具有三層結構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，曝光機產(chǎn)生紫外光，使鉻板上的膜發(fā)生聚合反應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。

5）顯影： 未曝光部分的活性基團與堿性溶液反應生成可溶性物質而溶解下來，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、化學沉銅、預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，將陶瓷板進行高溫烘烤，以達到釋放電鍍時的集中應力、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)品品質不達標，需打磨去除。 經(jīng)打磨后，表面變得光滑、平整。

12、飛針

采用高速飛針測試機測試導通孔通短路情況。

13、阻焊前噴砂

阻焊前需要對基板線路進行噴砂預處理，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，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板面不受污染，以及保護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，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/化銀能夠達到良好的效果，需要對裸露部分進行噴砂處理，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

采用激光切割設備對產(chǎn)品進行切割。

18、檢測

采用測厚儀、AOI 自動光學檢測機、超聲波掃描顯微鏡等檢測設備檢測產(chǎn)品的性能外觀。

19、打標

利用打標機將產(chǎn)品識別碼印刷到陶瓷基板上。

20、包裝出貨

利用真空包裝機將產(chǎn)品進行包裝后出貨。

DPC工藝主要生產(chǎn)設備包括： 激光打孔機、烘干設備、激光打碼機、磁控濺射設備、清洗設備、電鍍設備、研磨機、刻蝕機、退火機、砂帶機、磨板機、高速飛針測試機、噴砂機、絲網(wǎng)印刷機、磨板機、壓膜機、曝光機、顯影機、退火爐、激光劃線機、測厚儀、AOI 自動光學檢測機、超聲波掃描顯微鏡、真空包裝機等。