高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，包括如下步驟：第一步，對(duì)瓷片基材和銅片進(jìn)行清洗；第二步，在瓷片基材至少一側(cè)的表面上進(jìn)行鍍膜，以便在瓷片基材表面形成一層氧化層；第三步，在第一保護(hù)氣氛下對(duì)陶瓷基材進(jìn)行回火處理；第四步，在第二保護(hù)氣氛下，將至少一個(gè)銅片平放在瓷片基材的至少一側(cè)經(jīng)過(guò)鍍膜以及回火處理的表面上進(jìn)行燒結(jié)處理。本發(fā)明在AlN或Si3N4陶瓷基板預(yù)氧化前在其表面形成一層均勻的金屬或金屬氧化物修飾層，再進(jìn)行陶瓷的預(yù)熱處理在陶瓷表面形成均勻的氧化物或氮氧化物過(guò)渡層。這層過(guò)渡層能提高銅在陶瓷表面的潤(rùn)濕性，所制覆銅基板不僅結(jié)合強(qiáng)度高，還有抗熱震疲勞性能優(yōu)異，熱導(dǎo)性能高等的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是一種高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球范圍內(nèi)節(jié)能減排的實(shí)施，功率半導(dǎo)體器件作為有效利用電力能源所不可缺少的關(guān)鍵元件備受矚目。功率半導(dǎo)體器應(yīng)用于從個(gè)人電腦和家電等電子產(chǎn)品的電源，到電動(dòng)汽車和鐵路車輛的逆變器，再到光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)器等人們身邊的各個(gè)領(lǐng)域。然而，電路密度和功能的不斷提高導(dǎo)致電路工作溫度不斷上升，為了防止元件因熱聚集和熱循環(huán)作用而損壞，對(duì)基板材料的低介電常數(shù)、低熱膨脹系數(shù)、高熱導(dǎo)率等方面提出的要求越來(lái)越嚴(yán)格。目前，最受矚目的高熱導(dǎo)率材料主要有八1隊(duì)31八、剛等氮化物陶瓷基板。
[0003]直接覆銅(0(?)技術(shù)由于其成本低廉，以及制備的基板的電絕緣性能、導(dǎo)熱性好而廣泛應(yīng)用于八1203陶瓷基板的覆銅工藝上。但對(duì)于和31八等氮化物陶瓷基板因化-0共晶液在其表面的浸潤(rùn)性差，必須對(duì)氮化物陶瓷基板表面進(jìn)行熱處理，以使其表面形成八1203或3102薄層，然后將銅箔貼于基板上進(jìn)而與&1-0共晶液發(fā)生鍵合反應(yīng)。但對(duì)氮化物表面進(jìn)行預(yù)氧化需要嚴(yán)格控制條件不容易控制，導(dǎo)致在健合時(shí)產(chǎn)生氣泡或健和強(qiáng)度不夠，而不適宜規(guī)模生產(chǎn)等的問(wèn)題。而且這層氧化膜如果太薄會(huì)導(dǎo)致銅在陶瓷表面的潤(rùn)濕性差，太厚因氧化層和氮化層的熱膨脹系數(shù)不匹配，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度下降。因此制備這層氧化層的工藝十分苛刻，直接氧化法很難應(yīng)用于直接大規(guī)模生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種提高銅與氮化物陶所制覆銅基板結(jié)合強(qiáng)度及抗熱震疲勞性能的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，包括如下步驟:第一步，對(duì)瓷片基材和銅片進(jìn)行清洗；第二步，在所述瓷片基材至少一側(cè)的表面上進(jìn)行鍍膜，以便在所述瓷片基材表面形成一層化合物層；第三步，在第一保護(hù)氣氛下對(duì)所述陶瓷基材進(jìn)行回火處理；第四步，在第二保護(hù)氣氛下，將至少一個(gè)銅片平放在所述瓷片基材的至少一側(cè)經(jīng)過(guò)鍍膜以及回火處理的表面上進(jìn)行燒結(jié)處理；其中，燒結(jié)的溫度為低于銅的熔點(diǎn)、但高于銅/氧系統(tǒng)的低共熔溫度的0(?溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0006]所述第二步中，是在所述瓷片基材至少兩側(cè)的表面上分別進(jìn)行鍍膜。
[0007]所述第四步中，是將至少兩個(gè)銅片分別平放在所述瓷片基材的兩側(cè)經(jīng)過(guò)鍍膜以及回火處理的表面上進(jìn)行復(fù)合。
[0008]所述第三步中，回火處理的溫度為8001?15001，回火處理的時(shí)間為6分鐘?3000分鐘。
[0009]所述第三步中，所述第一保護(hù)氣氛為外界大氣壓或在控制氧含量為50卯!II?300000卯0的惰性氣體保護(hù)氣氛。
[0010]所述第四步中，所述第二保護(hù)氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛，所述第二保護(hù)氣氛的氧含量為0卯III?1000卯III。
[0011]所述第四步中，燒結(jié)處理的溫度為10651?10801，燒結(jié)處理的時(shí)間為1分鐘?500分鐘。
[0012]所述第二步中，所述化合物層為含銅，錳，鎬，鎳，鈉，鎂元素中至少一種或它們的任意組合。
[0013]所述陶瓷基板的材質(zhì)為八1或31八或剛。
[0014]高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板，所述高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板由高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法制成。
[0015]本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法在八故或313隊(duì)陶瓷基板預(yù)氧化前在其表面形成一層均勻的金屬或金屬氧化物修飾層，再進(jìn)行陶瓷的預(yù)熱處理在陶瓷表面形成均勻的氧化物或氮氧化物過(guò)渡層。因過(guò)渡層是在均勻的表面修飾層基礎(chǔ)上生成具有厚度均勻易控制等特點(diǎn)。這層過(guò)渡層能提高銅在陶瓷表面的潤(rùn)濕性，所制覆銅基板不僅結(jié)合強(qiáng)度高，還有抗熱震疲勞性能優(yōu)異，熱導(dǎo)性能高等的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法流程圖；
[0017]圖2為本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法附圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0019]1-瓷片基材2-過(guò)渡層3-銅片

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]如圖1、圖2所示，本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法主要包括清洗一氮化物表面處理一熱處理一08(:法制備(銅氧化處理)四個(gè)步驟。
[0022]第一步，對(duì)瓷片基材1和銅片3進(jìn)行清洗。用酸堿溶液、去離子水，通過(guò)超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對(duì)銅片3和瓷片基材1進(jìn)行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。
[0023]第二步，在瓷片基材1兩側(cè)的表面上采用真空蒸鍍、離子鍍、濺射鍍膜、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、噴涂、電鍍、化學(xué)鍍或溶膠凝膠法等方法在瓷片基材1表面形成一層均勻的金屬層或金屬化合物層。選取?；蚝??；衔?，由于在覆銅陶瓷基板中用含?；衔锾幚硖沾杀砻?，就不會(huì)引入其他元素，更有利于后續(xù)的圖形處理工藝。
[0024]第三步，在第一保護(hù)氣氛下對(duì)所述陶瓷基材進(jìn)行回火處理。在大氣氣氛或在控制一定氧含量的氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，設(shè)定溫度8001?15001，回火處理的時(shí)間為6分鐘?3000分鐘，在表面形成一層均勻的復(fù)合物過(guò)渡層2。因過(guò)渡層2是在均勻的表面修飾層基礎(chǔ)上生成具有厚度均勻易控制的特點(diǎn)，這層過(guò)渡層2能提高銅在陶瓷表面的潤(rùn)濕性。
[0025]第四步，在第二保護(hù)氣氛下，將至少一個(gè)銅片3平放在所述瓷片基材1的至少一側(cè)經(jīng)過(guò)鍍膜以及回火處理的表面上進(jìn)行燒結(jié)處理。按照0(?工藝，把預(yù)氧化好的銅片3與表面處理好的氮化物陶瓷表面進(jìn)行覆銅燒結(jié)處理。燒結(jié)處理的溫度為10651?10801，燒結(jié)處理的時(shí)間為1分鐘?500分鐘，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛，氧含量為0卯0?1000卯0。
[0026]最后，在將得到的銅陶瓷復(fù)合基片冷卻到室溫，形成銅陶瓷基板。
[0027]本發(fā)明高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法在八故或313隊(duì)陶瓷基板預(yù)氧化前在其表面形成一層均勻的金屬或金屬氧化物修飾層，再進(jìn)行陶瓷的預(yù)熱處理在陶瓷表面形成均勻的氧化物或氮氧化物過(guò)渡層。因過(guò)渡層是在均勻的表面修飾層基礎(chǔ)上生成具有厚度均勻易控制等特點(diǎn)。這層過(guò)渡層能提高銅在陶瓷表面的潤(rùn)濕性，所制覆銅基板不僅結(jié)合強(qiáng)度高，還有抗熱震疲勞性能優(yōu)異，熱導(dǎo)性能高等的特點(diǎn)。
[0028]以上已對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步，對(duì)瓷片基材和銅片進(jìn)行清洗； 第二步，在所述瓷片基材至少一側(cè)的表面上進(jìn)行鍍膜，以便在所述瓷片基材表面形成一層化合物層； 第三步，在第一保護(hù)氣氛下對(duì)所述陶瓷基材進(jìn)行回火處理； 第四步，在第二保護(hù)氣氛下，將至少一個(gè)銅片平放在所述瓷片基材的至少一側(cè)經(jīng)過(guò)鍍膜以及回火處理的表面上進(jìn)行燒結(jié)處理； 其中，燒結(jié)的溫度為低于銅的熔點(diǎn)、但高于銅/氧系統(tǒng)的低共熔溫度的DCB溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第二步中，是在所述瓷片基材兩側(cè)的表面上分別進(jìn)行鍍膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第四步中，是將至少兩個(gè)銅片分別平放在所述瓷片基材的兩側(cè)經(jīng)過(guò)鍍膜以及回火處理的表面上進(jìn)行復(fù)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第三步中，回火處理的溫度為800°C?1500°C，回火處理的時(shí)間為6分鐘?3000分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第三步中，所述第一保護(hù)氣氛為外界大氣壓或在控制氧含量為50ppm?300000ppm的惰性氣體保護(hù)氣氛。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第四步中，所述第二保護(hù)氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛；所述第二保護(hù)氣氛的氧含量為Oppm?lOOOppm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第四步中，燒結(jié)處理的溫度為1065°C?1080°C，燒結(jié)處理的時(shí)間為1分鐘?500分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第二步中，所述化合物層為含銅，錳，鎬，鎳，鈉，鎂元素中至少一種或它們的任意組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述陶瓷基板的材質(zhì)為A1N或Si3N4或BN。
10.高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板，其特征在于，所述高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板由權(quán)利要求1?9任意所述的高熱導(dǎo)覆銅陶瓷基板的制備方法制成。
【文檔編號(hào)】H01L23/15GK104362099SQ201410475206
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】李德善, 賀賢漢, 吳燕青, 祝林, 戴洪興 申請(qǐng)人:上海申和熱磁電子有限公司