專利名稱：一種芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法。
背景技術：
氮化鋁陶瓷基片具有優(yōu)良的熱傳導性，可靠的電絕緣性，低的介電常數(shù)和介電損耗，熱膨脹系數(shù)與硅半導 體元件相匹配，高電阻率，良好的機械性能和耐腐蝕性能等優(yōu)點，從而成為新一代大規(guī)模集成電路，半導體模塊電路及大功率光電器件的理想散熱和封裝材料。在微電子器件制造工藝中，考慮到由于芯片在工作中會產(chǎn)生大量的熱，其結構通常需要有一個良好的散熱通道，通常是采用釬料合金把芯片釬焊在管殼上來建立該通道。常見的釬料有兩種。即Sn-Pb系合金釬料和Au合金釬料。金基釬料比錫基或鉛基焊料具有較優(yōu)良的熱導率，此外，在功率半導體器件中，釬接頭抗熱疲勞特性是人們關注的問題，同高鉛焊料相比，金基焊料具有較高的抗熱疲勞性能。熱沉，在工業(yè)上是指一種散熱裝置。目前在大功率光電器件的各種關鍵技術中，散熱問題的解決是一個極其關鍵的技術。以LED來說，LED的散熱已經(jīng)越來越為人們所重視，目前LED的光電轉(zhuǎn)換效率大約為30%左右，其余部分的電能全都轉(zhuǎn)化為熱能。而LED本身的熱容量很小，這種熱能如果不能夠盡快傳導到外界中去，將會使LED產(chǎn)生很高的結溫，從而影響LED的使用壽命及發(fā)光效率，甚至會使得LED的光譜移動，色溫升高，熱應力增高等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種適用于半導體芯片散熱需求，且封裝熱傳導率是現(xiàn)有產(chǎn)品的20到100倍以上的芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法。本發(fā)明要解決的技術問題是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種芯片級可焊氧化鋁或氮化鋁陶瓷熱沉的制備方法，步驟為A、清洗烘干氧化鋁或氮化鋁陶瓷基片；B、將步驟A所得到的產(chǎn)品蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au過鍍層；C、將步驟B所得的產(chǎn)品進行光刻處理，所述的光刻處理包括印刷光刻膠、前烘、曝光、顯影、清洗、后烘過程，所述的光刻膠的厚度是2
20;D、將步驟C所得的產(chǎn)品進行金錫合金層的鍍膜，所述的金錫合金的質(zhì)量比為I :9至9 :1，所述金錫合金層的厚度是2 Sum ;E、將步驟D所得的產(chǎn)品進行共晶熱處理和去光刻膠處理；F、將步驟E得到的產(chǎn)品進行切割分離，即可得芯片級可焊陶瓷熱沉。進一步在上述芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法中，所述步驟A的清洗烘干是指將陶瓷基片放入洗液中浸潤5± I分鐘后再用水沖洗干凈后，最后在純水中超聲清洗2± I遍，自然干燥或烘干。所述步驟B蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au過鍍層，Ti層的厚度為0. 05 0. 5 y m，Pt的厚度為0. I 0. 7 ii m，Au的厚度為0. 2 -0. 8 ii m,所述步驟B蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au過鍍層使用的設備是電子束蒸發(fā)與電阻蒸發(fā)復合鍍膜系統(tǒng)。所述步驟C印刷光刻膠是指采用絲網(wǎng)印刷的方式將光刻膠印刷到基片上，前烘溫度為70 150 ',時間為5 20min ;顯影的時間為20 200s ;清洗的時間為20 200s ;后烘的溫度為70 150°C，時間為5 30s。所述步驟E共晶熱處理的溫度采用的是250 330°C，時間為3 lOmin。所述步驟E去光刻膠是采用的重量百分濃度為I 10%的氫氧化鈉水溶液或螯合物等，水浴90 100°C，加熱2 6min。所述步驟F切割設備的選擇為工件移動，砂輪軸旋轉(zhuǎn)但其位置固定的切割機，選用厚度為0. Imm的軟刀進行切割，刀片轉(zhuǎn)速1000(T35000rpm，切割水流0. 4-1. 2mL/s，切割底膜厚度0. 06±0. 01mm，進刀速度1 5mm/s，進刀高度0. 05^0. 2mm。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的的陶瓷基片上蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au過鍍層和金錫合金層的鍍膜。該小尺寸熱沉(熱沉是指散熱裝置或散熱設備)，適用于半導體芯片有散熱需求的封裝。在0. 10到Imm厚度，直徑150mm或150*150mm的氧化鋁或氮化鋁基片上制造幾千到萬粒產(chǎn)品。采用光刻工藝，精確的控制了熱沉的圖形和線性，最小線寬可以做到10um。本發(fā)明準確控制Au-Sn合金的比例和百分比，在鍍膜過程中，利用膜厚控制儀，能夠精確的測量金屬層的厚度，精確度能夠達到5nm，通過我們的膜厚的精 準測量，從而保證了產(chǎn)品的材料比例質(zhì)量。本發(fā)明的所有工藝流程都在潔凈間內(nèi)進行的，本發(fā)明的熱處理是在真空或氮氣氛中進行。減少雜質(zhì)和污染，提高了產(chǎn)品的性能和熱傳導率。本發(fā)明借鑒了半導體的硅片的切割的工藝，在可以在標準的陶瓷基片上設計圖形，任意切割，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)率。本發(fā)明的熱沉熱傳導率是現(xiàn)有產(chǎn)品的20到100倍以上。


圖I是本發(fā)明的產(chǎn)品表面放大1000倍的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的主旨是利用金錫合金熱傳導率高，可焊性好的特點，在氧化鋁或氮化鋁陶瓷基片上鍍上金錫合金層的鍍膜，使得這種陶瓷熱沉廣泛適用于半導體芯片的散熱。下面結合實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳述，實施例中所提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定，材料中各個原材料的選擇可因地制宜而對結果并無實質(zhì)性影響。
實施例I載體的選擇與清洗
選用聞純度的氧化招和氣化招基片載體，基片的厚度為0. 2 I. Omm,基片的尺寸為
40mmX 40mm-200mmX 200mm,陶瓷基片經(jīng)過清洗溶液浸潤5_30分鐘,再用丙酮,酒精進行
水浴5到30分鐘，水浴過程中可以適當加溫至40-80°C左右，最后用去離子水超聲波清洗，氮氣吹干，得到潔凈的載體材料。2載體的鍍覆過渡層及金層
利用電子束鍍膜設備，在潔凈的載體表面鍍上過渡層及金層，鍍膜時本底真空為5.0X10-4 -5. 0X10-3Pa，載體溫度50_250°C，載物臺轉(zhuǎn)速10_40rpm，鍍膜完成后，過渡層的選擇為Ti/Mo/Pt/Ag/Cu/Au，過渡層可以增強金錫合金與基片載體的結合力。3載體表面的圖形化
除印刷光刻膠外，還采用了旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠的方式進行光刻膠的圖形化，該方案與印刷光刻膠的方式有較大的不同。在純金層表面可以用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法涂覆一層光刻膠，選用的光刻膠為負性光刻膠，該光刻膠經(jīng)過曝光處理后會形成一定的圖形，光刻膠的粘度為100-450 cps，選用的涂膠顯影機為真空自動涂膠顯影機，采用的旋轉(zhuǎn)涂膠的工藝如下采用旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠采用的方式是勻膠旋轉(zhuǎn)涂膠室溫，(10-30seC)。前烘90°C X (10 30min),熱風烘箱曝光436nm波長的G-線曝光機，lOsec。顯影顯影劑23°C X60sec,超聲波震蕩浸泡。漂洗23°C X60sec,超聲波震蕩浸泡。后烘120°C X (10-30min),去膠硫酸雙氧水、濃硫酸或等離子去膠，浸泡10_30min。光刻膠的厚度為7_20um厚。光刻板的設計采用菲林底片的 4鍍覆金錫合金層
與鍍覆純金層的工藝一樣，在已經(jīng)制作好圖形化的載體表面，采用電子束及電阻復合鍍膜設備直接鍍覆金錫合金層，合金層鍍覆完成后，其表面平整，均勻，呈現(xiàn)暗金色。5剝離光刻膠及其它
采用剝離法，用光刻膠專用的脫膜劑把載體表面的光刻 膠剝離掉，并清洗干凈，最后經(jīng)過切割分離，并清洗，得到具有一定圖案的，可耐焊接性能高，結合力，熱導率非常高的一個熱沉樣品。6 切割
本發(fā)明借鑒了半導體的硅片的切割的工藝，在可以在標準的陶瓷基片上設計圖形，任意切割，提聞了廣品的廣率。切割設備的選擇為工件移動，砂輪軸旋轉(zhuǎn)、但其位置固定的切割機，將切割基片粘連在切割底膜上，切割刀片告訴旋轉(zhuǎn)，用水對刀片進行冷卻，移動切割底膜，進行半自動切害I]，同時在攝像頭下進行控制和觀測，保證切割的完成。選用厚度為0. Imm的軟刀進行切割。切割的參數(shù)如下
刀片轉(zhuǎn)速1000(T35000rpm 切割水流0. 4-1. 2mL/s 切割底膜厚度0. 06mm±0. Olmm 進刀速度l 5mm/s 進刀高度0. 05 0. 2mm
經(jīng)過上述步驟的樣品的表面樣貌采用采用最大放大倍數(shù)為1000倍的金相顯微鏡對樣品的表面形貌進行觀察，如圖I所示，通過顯微鏡所拍的照片可以看出，樣品表面的金錫合金層分布均勻，沒有孔洞，顆粒狀突起等缺陷。熱導率的測試試驗將上述熱沉進行了氮化鋁的芯片的熱導率測試，測試結果如下表I所述單位W/m k (熱導率=擴散系數(shù)*材料比熱容*材料密度)。
權利要求
1.一種芯片級可焊氧化鋁或氮化鋁陶瓷熱沉的制備方法，步驟為 A、清洗烘干氧化鋁或氮化鋁陶瓷基片； B、將步驟A所得到的產(chǎn)品蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au過鍍層； C、將步驟B所得的產(chǎn)品進行光刻處理，所述的光刻處理包括印刷光刻膠、前烘、曝光、顯影、清洗、后烘過程，所述的光刻膠的厚度是2 20 μ m ; D、將步驟C所得的產(chǎn)品進行金錫合金層的鍍膜，所述的金錫合金的質(zhì)量比為I:9至9 :I，所述金錫合金層的厚度是2 8 μ m ; E、將步驟D所得的產(chǎn)品進行共晶熱處理和去光刻膠處理； F、將步驟E得到的產(chǎn)品進行切割分離，即可得芯片級可焊陶瓷熱沉。
2.根據(jù)權利要求I所述的芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法，其特征在于所述步驟A的清洗烘干是指將陶瓷基片放入洗液中浸潤5± I分鐘后再用水沖洗干凈后，最后在純水中超聲清洗2± I遍，自然干燥或烘干。
3.根據(jù)權利要求I所述的芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法，其特征在于所述步驟B蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au過鍍層，Ti層的厚度為O. 05 O. 5 μ m, Pt的厚度為O. I O. 7 μ m, Au的厚度為O. 2 -O. 8μπι0
4.根據(jù)權利要求3所述的芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法，其特征在于所述步驟B蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au過鍍層使用的設備是電子束蒸發(fā)與電阻蒸發(fā)復合鍍膜系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求I所述的芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法，其特征在于所述步驟C印刷光刻膠是指采用絲網(wǎng)印刷的方式將光刻膠印刷到基片上，前烘溫度為70 150tC，時間為5 20min ;顯影的時間為20 200s ;清洗的時間為20 200s ;后烘的溫度為70 150°C，時間為5 30s。
6.根據(jù)權利要求I所述的芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法，其特征在于所述步驟E共晶熱處理的溫度采用的是250 330°C，時間為3 lOmin。
7.根據(jù)權利要求6所述的芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法，其特征在于所述步驟E去光刻膠是采用的重量百分濃度為I 10%的氫氧化鈉水溶液或螯合物等，水浴90 100。。，加熱 2 6min。
8.根據(jù)權利要求7所述的芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法，其特征在于所述步驟F切割設備的選擇為工件移動，砂輪軸旋轉(zhuǎn)但其位置固定的切割機，選用厚度為O. Imm的軟刀進行切割，刀片轉(zhuǎn)速1000(T35000rpm，切割水流0. 4-1. 2mL/s,切割底膜厚度O.06±0. Olmm,進刀速度I 5mm/s,進刀高度0. 05 O. 2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種芯片級可焊陶瓷熱沉的制備方法，步驟為A、清洗烘干氧化鋁或氮化鋁陶瓷基片；B、將步驟A所得到的產(chǎn)品蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au過鍍層；C、將步驟B所得的產(chǎn)品進行光刻處理，所述的光刻處理包括印刷光刻膠、前烘、曝光、顯影、清洗、后烘過程，所述的光刻膠的厚度是2～20μm；D、將步驟C所得的產(chǎn)品進行金錫合金層的鍍膜，所述的金錫合金的質(zhì)量比為19至91，所述金錫合金層的厚度是2～8μm；E、將步驟D所得的產(chǎn)品進行共晶熱處理和去光刻膠處理;F、將步驟E得到的產(chǎn)品進行切割分離，即可得芯片級可焊陶瓷熱沉。該陶瓷熱沉適用于半導體芯片散熱需求，且封裝熱傳導率是現(xiàn)有產(chǎn)品的20到100倍。
文檔編號H01L21/48GK102623356SQ20111045769
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者付振曉, 李旭杰, 楊丙文, 沓世我, 王建明, 陳國政 申請人:廣東風華高新科技股份有限公司