專利名稱：：Igbt模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明具體涉及一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝。
背景技術(shù)：
：IGBT模塊在電力控制中比其他電力電子器件所表現(xiàn)出的優(yōu)異的控制性能和節(jié)能效果得到了人們的公認。目前已經(jīng)廣泛應用在軋鋼自動控制、電動機車牽引、航空航天控制系統(tǒng)、金屬高頻熱處理領域，由于IGBT模塊較之其他功率器件(如晶閘管、MOS管等)壓降較高，功耗較大，所以需要一種導熱性能好的電路板。目前常用的電路板是采用如下工藝制作的高溫鍵合時把銅箔平放在陶瓷基片上，進入高溫環(huán)境后，在溫度的影響下，銅箔變軟，銅箔會慢慢貼合在陶瓷基片上，實現(xiàn)鍵合。采用上述工藝有個缺點，就是銅箔在高溫下雖然能變軟，但是還會不可避免的存在不完全平整的情況，銅箔和陶瓷基片之間的縫隙厚度是不一樣，再加上受銅箔表面氧化層在出現(xiàn)液相時對陶瓷的濕潤角太大，液相層很難完全填充銅箔和陶瓷之間的空隙，這樣就形成了空洞，空洞是影響電路板導熱效率和熱阻的重要因素，直接關系到電路板的品質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)IGBT模塊用電路板由于工藝的缺陷，導致空洞率高、導熱效率差、熱阻高的缺陷，提供一種空洞率低、導熱效率高、熱阻低的IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的即一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝，其特征在于包括如下步驟1)陶瓷基片清洗活化，并在陶瓷基片的表面采用PVD工藝沉積一層12μm的銅膜。陶瓷基片清洗活化采用現(xiàn)有技術(shù)，一般步驟為除油脂、超聲清洗、活化、烘干，活化時用的活化液采用氫氟酸、鉻酸和硫酸按一定比例混合而成。PVD是英文PhysicalVaporD印osition(物理氣相沉積)的縮寫，是指在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電計數(shù)，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應物沉積在工件上。相對于化學氣相沉積法，采用PVD工藝可以提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本。2)銅箔清洗活化，并在銅箔表面采用CVD工藝交替沉積0.1μm厚的氧化亞銅和0.Iym厚的銅，沉積的氧化亞銅和銅的厚度為0.510μm；銅箔清洗活化采用現(xiàn)有技術(shù)，一般采用水基環(huán)保清洗液進行清洗，然后利用510%的鹽酸溶液進行活化，再用含有12%有機抗氧劑溶液對表面進行處理，烘干備用。CVD是半導體工業(yè)中應用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，是指兩種或兩種上的氣態(tài)原材料導入一個反應室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學反應，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。采用CVD可以沉積大范圍的絕緣材料、大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。3)將銅箔預壓成型，使銅箔沿寬度方向成弧形后與陶瓷基片一起放置在鍵合爐內(nèi)進行高溫鍵合，鍵合溫度為10701130°C4)鍵合后的覆銅板冷卻。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式鍵合后的覆銅板冷卻時采用了熱階梯循環(huán)法進行冷卻并消除應力，其步驟如下1)10分鐘時間從鍵合溫度降溫至500°C；2)2分鐘時間從500°C升溫至700°C；3)8分鐘時間從700°C降溫至200°C；4)2分鐘時間從200°C升溫至300°C；5)8分鐘時間從300°C降溫至60攝氏度(°C)以下后自然冷卻。采用上述方法冷卻的覆銅板消除應力效果好，彎曲率<0.lmm/50mm。本發(fā)明為了減少銅箔和陶瓷基片之間的空洞率，在鍵合過程中，氧化鋁陶瓷基板表面的銅膜和無氧紫銅箔層上沉積的氧化亞銅在高溫下形成Cu-Cu2O共晶液相，Cu-Cu2O共晶液相相對于陶瓷基片的濕潤角小，Cu-Cu2O共晶液相同時濕潤陶瓷基板和銅箔，完全填充它們之間的間隙，配合銅箔預壓成型工藝，使銅箔在陶瓷基板表面的鍵合過程始終呈線形區(qū)域復合，這樣對于排出氣泡非常有效，大大減少了空洞。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案所述陶瓷基片可以是公知的各種材質(zhì)的陶瓷基板，如Al2O3陶瓷、BeO陶瓷、AlN陶瓷，只要符合所要求的電器性能指標即可，本發(fā)明優(yōu)先選用氧化鋁含量為7599%的氧化鋁陶瓷基片，氧化鋁陶瓷具有商業(yè)化程度高、價格低、絕緣性好、強度高的優(yōu)點，氧化鋁陶瓷基片的厚度為0.191.0mm。使陶瓷基片在厚度超薄的情況下仍能保持較強的強度。所述銅箔為無氧紫銅箔，厚度為0.10.3mm。鍵合爐為鏈帶式氮氣保護共晶鍵合爐，鍵合周期為510分鐘。使用本發(fā)明制作的覆銅板相對現(xiàn)有技術(shù)的電路板具有超薄、強度高、空洞率低、導熱效率高、熱阻低的優(yōu)點。經(jīng)測試比較，使用10*7mm的IGBT芯片，使用的軟件是IcePack，測量到最低值的覆銅板熱阻是0.19K/W，普通的0.635基板的熱阻是0.31K/W，熱阻降低，效果顯著。使用本發(fā)明工藝制作的覆銅板的參數(shù)如下<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實施例方式實施例1本實施例工藝步驟如下1)陶瓷基片清洗活化選取厚度為0.19mm的氧化鋁陶瓷基片，清洗活化后采用PVD工藝沉積一層1μm的銅膜備用；陶瓷基片清洗活化采用現(xiàn)有技術(shù)，一般步驟為除油脂、超聲清洗、活化、烘干，活化時用的活化液采用氫氟酸、鉻酸和硫酸按一定比例混合而成。2)選取厚度為0.Imm的無氧紫銅箔，清洗活化后在銅箔表面采用CVD工藝交替沉積0.1μm厚的氧化亞銅、銅，沉積層的厚度為0.5μm；銅箔清洗活化采用現(xiàn)有技術(shù)，一般采用水基環(huán)保清洗液進行清洗，然后利用510%的鹽酸溶液進行活化，再用含有12%有機抗氧劑溶液對表面進行處理，烘干備用。3)將銅箔預壓成型，使銅箔沿寬度方向成弧形后與陶瓷基片一起放置在鍵合爐內(nèi)進行高溫鍵合，高溫區(qū)鍵合溫度為1070°C，鍵合時間5分鐘，高溫區(qū)通入純氮氣或氮氧混合氣。4)鍵合完畢后的覆銅板通過傳送帶輸送到冷卻區(qū)，通如純氮氣，采用“冷_熱階梯循環(huán)”法冷卻并消除應力，具體步驟如下1)10分鐘時間從1070°C降溫至500°C；2)2分鐘時間從500°C升溫至700°C；3)8分鐘時間從700°C降溫至200°C；4)2分鐘時間從200°C升溫至300°C；5)8分鐘時間從300°C降溫至60°C以下后自然冷卻。經(jīng)測試比較，使用10*7mm的IGBT芯片，使用的軟件是IcePack，測量到最低值的覆銅板熱阻是0.19K/W，普通的0.635基板的熱阻是0.31K/W，熱阻降低，效果顯著。實施例2本實施例工藝步驟如下1)陶瓷基片清洗活化選取厚度為0.5mm的氧化鋁陶瓷基片，清洗活化后采用PVD工藝沉積一層1.5μm的銅膜備用；陶瓷基片清洗活化采用現(xiàn)有技術(shù)，一般步驟為除油脂、超聲清洗、活化、烘干，活化時用的活化液采用氫氟酸、鉻酸和硫酸按一定比例混合而成。2)選取厚度為0.2mm的無氧紫銅箔，清洗活化后在銅箔表面采用CVD工藝交替沉積0.1μm厚的氧化亞銅、銅，沉積層的厚度為5μm；銅箔清洗活化采用現(xiàn)有技術(shù)，一般采用水基環(huán)保清洗液進行清洗，然后利用510%的鹽酸溶液進行活化，再用含有12%有機抗氧劑溶液對表面進行處理，烘干備用。3)將銅箔預壓成型，使銅箔沿寬度方向成弧形后與陶瓷基片一起放置在鍵合爐內(nèi)進行高溫鍵合，高溫區(qū)鍵合溫度為1100°c，鍵合時間7分鐘，高溫區(qū)通入純氮氣或氮氧混合氣。4)鍵合完畢后的覆銅板通過傳送帶輸送到冷卻區(qū)，通如純氮氣，采用“冷_熱階梯循環(huán)”法冷卻并消除應力，具體步驟如下1)10分鐘時間從1100°C降溫至500°C；2)2分鐘時間從500°C升溫至700°C；3)8分鐘時間從700°C降溫至200°C；4)2分鐘時間從200°C升溫至300°C；5)8分鐘時間從300°C降溫至60°C以下后自然冷卻。經(jīng)測試比較，使用10*7mm的IGBT芯片，使用的軟件是IcePack，測量到最低值的覆銅板熱阻是0.22K/W，普通的0.635基板的熱阻是0.31K/W，熱阻降低，效果顯著。實施例3本實施例工藝步驟如下1)陶瓷基片清洗活化選取厚度為1.Omm的氧化鋁陶瓷基片，清洗活化后采用PVD工藝沉積一層2μm的銅膜備用；陶瓷基片清洗活化采用現(xiàn)有技術(shù)，一般步驟為除油脂、超聲清洗、活化、烘干，活化時用的活化液采用氫氟酸、鉻酸和硫酸按一定比例混合而成。2)選取厚度為0.2mm的無氧紫銅箔，清洗活化后在銅箔表面采用CVD工藝交替沉積0.1μm厚的氧化亞銅、銅，沉積層的厚度為10μm；銅箔清洗活化采用現(xiàn)有技術(shù)，一般采用水基環(huán)保清洗液進行清洗，然后利用510%的鹽酸溶液進行活化，再用含有12%有機抗氧劑溶液對表面進行處理，烘干備用。3)將銅箔預壓成型，使銅箔沿寬度方向成弧形后與陶瓷基片一起放置在鍵合爐內(nèi)進行高溫鍵合，高溫區(qū)鍵合溫度為1130°C，鍵合時間10分鐘，高溫區(qū)通入純氮氣或氮氧混口3ο4)鍵合完畢后的覆銅板通過傳送帶輸送到冷卻區(qū)，通如純氮氣，采用“冷_熱階梯循環(huán)”法冷卻并消除應力，具體步驟如下1)10分鐘時間從1130°C降溫至500°C；2)2分鐘時間從500°C升溫至700°C；3)8分鐘時間從700°C降溫至200°C；4)2分鐘時間從200°C升溫至300°C；5)8分鐘時間從300°C降溫至60°C以下后自然冷卻。經(jīng)測試比較，使用10*7mm的IGBT芯片，使用的軟件是IcePack，測量到最低值的覆銅板熱阻是0.25K/W，普通的0.635基板的熱阻是0.31K/W，熱阻降低，效果顯著。權(quán)利要求一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝，其特征在于包括如下步驟1)陶瓷基片清洗活化，并在陶瓷基片的表面采用PVD工藝沉積一層1～2μm的銅膜；2)銅箔清洗活化，并在銅箔表面采用CVD工藝交替沉積0.1μm厚的氧化亞銅和0.1μm厚的銅，沉積的氧化亞銅和銅的厚度為0.5～10μm；3)將銅箔預壓成型，使銅箔沿寬度方向成弧形后與陶瓷基片一起放置在鍵合爐內(nèi)進行高溫鍵合，鍵合溫度為1060～1076℃4)鍵合后的覆銅板冷卻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝，其特征在于鍵合后的覆銅板冷卻時采用了熱階梯循環(huán)法進行冷卻并消除應力，其步驟如下1)10分鐘時間從鍵合溫度降溫至500°C；2)2分鐘時間從500°C升溫至700°C；3)8分鐘時間從700°C降溫至200°C；4)2分鐘時間從200°C升溫至300°C；5)8分鐘時間從300°C降溫至60°C以下后自然冷卻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝，其特征在于所述陶瓷基片為氧化鋁含量為6599%的氧化鋁陶瓷基片，氧化鋁陶瓷基片的厚度為0.191.0mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝，其特征在于所述銅箔為無氧紫銅箔，厚度為0.10.3mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝，其特征在于鍵合爐為鏈帶式氮氣保護共晶鍵合爐，鍵合周期為510分鐘。全文摘要本發(fā)明具體涉及一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝。其特征在于包括如下步驟1)陶瓷基片清洗活化，并在陶瓷基片的表面采用PVD工藝沉積一層1～2μm的銅膜；2)銅箔清洗活化，并在銅箔表面采用CVD工藝交替沉積0.1μm厚的氧化亞銅和0.1μm厚的銅，沉積的氧化亞銅和銅的厚度為0.5～10μm；3)將銅箔預壓成型，使銅箔沿寬度方向成弧形后與陶瓷基片一起放置在鍵合爐內(nèi)進行高溫鍵合，鍵合溫度為1060～1076℃4)鍵合后的覆銅板冷卻。使用本發(fā)明制作的覆銅板相對現(xiàn)有技術(shù)的電路板具有超薄、強度高、空洞率低、導熱效率高、熱阻低的優(yōu)點。文檔編號H01L21/48GK101814439SQ20101013970公開日2010年8月25日申請日期2010年4月6日優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日發(fā)明者孫桂鋮,李磊申請人:淄博市臨淄銀河高技術(shù)開發(fā)有限公司