高热导覆铜陶瓷基板的制备方法
【专利摘要】本发明高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，包括如下步骤：第一步，对瓷片基材和铜片进行清洗；第二步，在瓷片基材至少一侧的表面上进行镀膜，以便在瓷片基材表面形成一层氧化层；第三步，在第一保护气氛下对陶瓷基材进行回火处理；第四步，在第二保护气氛下，将至少一个铜片平放在瓷片基材的至少一侧经过镀膜以及回火处理的表面上进行烧结处理。本发明在AlN或Si3N4陶瓷基板预氧化前在其表面形成一层均匀的金属或金属氧化物修饰层，再进行陶瓷的预热处理在陶瓷表面形成均匀的氧化物或氮氧化物过渡层。这层过渡层能提高铜在陶瓷表面的润湿性，所制覆铜基板不仅结合强度高，还有抗热震疲劳性能优异，热导性能高等的特点。
【专利说明】高热导覆铜陶瓷基板的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造领域，特别是一种高热导覆铜陶瓷基板的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着全球范围内节能减排的实施，功率半导体器件作为有效利用电力能源所不可缺少的关键元件备受瞩目。功率半导体器应用于从个人电脑和家电等电子产品的电源，到电动汽车和铁路车辆的逆变器，再到光伏发电系统的功率调节器等人们身边的各个领域。然而，电路密度和功能的不断提高导致电路工作温度不断上升，为了防止元件因热聚集和热循环作用而损坏，对基板材料的低介电常数、低热膨胀系数、高热导率等方面提出的要求越来越严格。目前，最受瞩目的高热导率材料主要有八1队31八、刚等氮化物陶瓷基板。
[0003]直接覆铜(0(?)技术由于其成本低廉，以及制备的基板的电绝缘性能、导热性好而广泛应用于八1203陶瓷基板的覆铜工艺上。但对于和31八等氮化物陶瓷基板因化-0共晶液在其表面的浸润性差，必须对氮化物陶瓷基板表面进行热处理，以使其表面形成八1203或3102薄层，然后将铜箔贴于基板上进而与&1-0共晶液发生键合反应。但对氮化物表面进行预氧化需要严格控制条件不容易控制，导致在健合时产生气泡或健和强度不够，而不适宜规模生产等的问题。而且这层氧化膜如果太薄会导致铜在陶瓷表面的润湿性差，太厚因氧化层和氮化层的热膨胀系数不匹配，产生残余应力，导致结合强度下降。因此制备这层氧化层的工艺十分苛刻，直接氧化法很难应用于直接大规模生产。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种提高铜与氮化物陶所制覆铜基板结合强度及抗热震疲劳性能的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，包括如下步骤:第一步，对瓷片基材和铜片进行清洗；第二步，在所述瓷片基材至少一侧的表面上进行镀膜，以便在所述瓷片基材表面形成一层化合物层；第三步，在第一保护气氛下对所述陶瓷基材进行回火处理；第四步，在第二保护气氛下，将至少一个铜片平放在所述瓷片基材的至少一侧经过镀膜以及回火处理的表面上进行烧结处理；其中，烧结的温度为低于铜的熔点、但高于铜/氧系统的低共熔温度的0(?温度来实现。
[0006]所述第二步中，是在所述瓷片基材至少两侧的表面上分别进行镀膜。
[0007]所述第四步中，是将至少两个铜片分别平放在所述瓷片基材的两侧经过镀膜以及回火处理的表面上进行复合。
[0008]所述第三步中，回火处理的温度为8001?15001，回火处理的时间为6分钟?3000分钟。
[0009]所述第三步中，所述第一保护气氛为外界大气压或在控制氧含量为50卯!II?300000卯0的惰性气体保护气氛。
[0010]所述第四步中，所述第二保护气氛为氮气保护气氛，所述第二保护气氛的氧含量为0卯III?1000卯III。
[0011]所述第四步中，烧结处理的温度为10651?10801，烧结处理的时间为1分钟?500分钟。
[0012]所述第二步中，所述化合物层为含铜，锰，镐，镍，钠，镁元素中至少一种或它们的任意组合。
[0013]所述陶瓷基板的材质为八1或31八或刚。
[0014]高热导覆铜陶瓷基板，所述高热导覆铜陶瓷基板由高热导覆铜陶瓷基板的制备方法制成。
[0015]本发明高热导覆铜陶瓷基板的制备方法在八故或313队陶瓷基板预氧化前在其表面形成一层均匀的金属或金属氧化物修饰层，再进行陶瓷的预热处理在陶瓷表面形成均匀的氧化物或氮氧化物过渡层。因过渡层是在均匀的表面修饰层基础上生成具有厚度均匀易控制等特点。这层过渡层能提高铜在陶瓷表面的润湿性，所制覆铜基板不仅结合强度高，还有抗热震疲劳性能优异，热导性能高等的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明高热导覆铜陶瓷基板的制备方法流程图；
[0017]图2为本发明高热导覆铜陶瓷基板结构示意图。
[0018]本发明高热导覆铜陶瓷基板的制备方法附图中附图标记说明:
[0019]1-瓷片基材2-过渡层3-铜片
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明高热导覆铜陶瓷基板的制备方法作进一步详细说明。
[0021]如图1、图2所示，本发明高热导覆铜陶瓷基板的制备方法主要包括清洗一氮化物表面处理一热处理一08(:法制备(铜氧化处理)四个步骤。
[0022]第一步，对瓷片基材1和铜片3进行清洗。用酸碱溶液、去离子水，通过超声清洗、喷淋、预脱水等工艺对铜片3和瓷片基材1进行清洗去除材料表面的杂质。
[0023]第二步，在瓷片基材1两侧的表面上采用真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜、化学气相沉积、物理气相沉积、喷涂、电镀、化学镀或溶胶凝胶法等方法在瓷片基材1表面形成一层均匀的金属层或金属化合物层。选取。或含。化合物，由于在覆铜陶瓷基板中用含。化合物处理陶瓷表面，就不会引入其他元素，更有利于后续的图形处理工艺。
[0024]第三步，在第一保护气氛下对所述陶瓷基材进行回火处理。在大气气氛或在控制一定氧含量的氮气保护气氛下，设定温度8001?15001，回火处理的时间为6分钟?3000分钟，在表面形成一层均匀的复合物过渡层2。因过渡层2是在均匀的表面修饰层基础上生成具有厚度均匀易控制的特点，这层过渡层2能提高铜在陶瓷表面的润湿性。
[0025]第四步，在第二保护气氛下，将至少一个铜片3平放在所述瓷片基材1的至少一侧经过镀膜以及回火处理的表面上进行烧结处理。按照0(?工艺，把预氧化好的铜片3与表面处理好的氮化物陶瓷表面进行覆铜烧结处理。烧结处理的温度为10651?10801，烧结处理的时间为1分钟?500分钟，气氛为氮气保护气氛，氧含量为0卯0?1000卯0。
[0026]最后，在将得到的铜陶瓷复合基片冷却到室温，形成铜陶瓷基板。
[0027]本发明高热导覆铜陶瓷基板的制备方法在八故或313队陶瓷基板预氧化前在其表面形成一层均匀的金属或金属氧化物修饰层，再进行陶瓷的预热处理在陶瓷表面形成均匀的氧化物或氮氧化物过渡层。因过渡层是在均匀的表面修饰层基础上生成具有厚度均匀易控制等特点。这层过渡层能提高铜在陶瓷表面的润湿性，所制覆铜基板不仅结合强度高，还有抗热震疲劳性能优异，热导性能高等的特点。
[0028]以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步，对瓷片基材和铜片进行清洗； 第二步，在所述瓷片基材至少一侧的表面上进行镀膜，以便在所述瓷片基材表面形成一层化合物层； 第三步，在第一保护气氛下对所述陶瓷基材进行回火处理； 第四步，在第二保护气氛下，将至少一个铜片平放在所述瓷片基材的至少一侧经过镀膜以及回火处理的表面上进行烧结处理； 其中，烧结的温度为低于铜的熔点、但高于铜/氧系统的低共熔温度的DCB温度来实现。
2.根据权利要求1所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述第二步中，是在所述瓷片基材两侧的表面上分别进行镀膜。
3.根据权利要求2所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述第四步中，是将至少两个铜片分别平放在所述瓷片基材的两侧经过镀膜以及回火处理的表面上进行复合。
4.根据权利要求1所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述第三步中，回火处理的温度为800°C?1500°C，回火处理的时间为6分钟?3000分钟。
5.根据权利要求1所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述第三步中，所述第一保护气氛为外界大气压或在控制氧含量为50ppm?300000ppm的惰性气体保护气氛。
6.根据权利要求1所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述第四步中，所述第二保护气氛为氮气保护气氛；所述第二保护气氛的氧含量为Oppm?lOOOppm。
7.根据权利要求6所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述第四步中，烧结处理的温度为1065°C?1080°C，烧结处理的时间为1分钟?500分钟。
8.根据权利要求6所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述第二步中，所述化合物层为含铜，锰，镐，镍，钠，镁元素中至少一种或它们的任意组合。
9.根据权利要求1所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述陶瓷基板的材质为A1N或Si3N4或BN。
10.高热导覆铜陶瓷基板，其特征在于，所述高热导覆铜陶瓷基板由权利要求1?9任意所述的高热导覆铜陶瓷基板的制备方法制成。
【文档编号】H01L23/15GK104362099SQ201410475206
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】李德善, 贺贤汉, 吴燕青, 祝林, 戴洪兴 申请人:上海申和热磁电子有限公司