氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，包括：第一步，對(duì)氮化鋁陶瓷和銅片進(jìn)行清洗；第二步，對(duì)氮化鋁陶瓷進(jìn)行預(yù)氧化處理，使陶瓷表面生成氧化鋁層；第三步，對(duì)預(yù)氧化后的氮化鋁陶瓷表面添加金屬改性層，所述金屬改性層包括金屬銅或含銅氧化物或含銅化合物或三者的混合物，并進(jìn)行燒結(jié)；第四步，銅片表面進(jìn)行熱氧化處理，使銅片表面生成氧化亞銅；第五步，將銅片放置在經(jīng)過改性處理的氮化鋁陶瓷表面進(jìn)行第一面燒結(jié)，完成之后再進(jìn)行第二面燒結(jié)。本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法通過在預(yù)氧化的氮化鋁與銅片之間添加一種含銅氧化物的金屬改性層，可使氮化鋁與銅片之間緊密結(jié)合，可有效解決AlN-DBC表面氣泡問題。
【專利說明】氮化鋁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、LED、光通訊領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體制冷器、功率半導(dǎo)體模塊，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路及大功率LED，特別是一種氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋁(Al2O3)陶瓷由于具有機(jī)械強(qiáng)度高、良好的熱穩(wěn)定性、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)期以來一直被用作功率電子器件封裝基板材料。然而，Al2O3陶瓷熱導(dǎo)率低，僅為15W/m*K?20ff/m-K,隨著集成電路的功率密度不斷增加，散熱問題已成為功率電子器件設(shè)計(jì)和制造上必須解決的關(guān)鍵問題，而傳統(tǒng)的氧化鋁(Al2O3)陶瓷并不能滿足要求。
[0003]氮化鋁(AlN)陶瓷具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，其熱導(dǎo)率可達(dá)1500W/m.Κ?200W/m.Κ，約為Al2O3的10倍，且熱膨脹系數(shù)與硅接近，是取代Al2O3陶瓷的理想的基板材料之一。但是由于AlN與金屬Cu之間的界面潤(rùn)濕性差，結(jié)合強(qiáng)度低，并且AlN與Cu的熱膨脹系數(shù)相差較大，由此產(chǎn)生的巨大熱應(yīng)力使得AlN-Cu的直接結(jié)合難以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的DBC法制備氮化鋁覆銅基板時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，存在于銅與氮化鋁的界面處，導(dǎo)致基板剝離強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能大幅下降，良品率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可直接用于大規(guī)模集成電路、大功率LED產(chǎn)品，產(chǎn)品良品率高的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，包括:
[0006]第一步，對(duì)氮化鋁陶瓷和銅片進(jìn)行清洗；
[0007]第二步，對(duì)氮化鋁陶瓷進(jìn)行預(yù)氧化處理，使陶瓷表面生成氧化鋁層；
[0008]第三步，對(duì)預(yù)氧化后的氮化鋁陶瓷表面添加金屬改性層，所述金屬改性層包括金屬銅或含銅氧化物或含銅化合物或三者的混合物，并進(jìn)行燒結(jié)；
[0009]第四步，銅片表面進(jìn)行熱氧化處理，使銅片表面生成氧化亞銅；
[0010]第五步，將銅片放置在經(jīng)過改性處理的氮化鋁陶瓷表面進(jìn)行第一面燒結(jié)，完成之后再進(jìn)行第二面燒結(jié)。
[0011]所述金屬改性層為CuO或Cu2O或兩者混合物。
[0012]所述金屬改性層為CuAlO2或CuAl2O4或兩者混合物。
[0013]所述金屬改性層的厚度為I μ m?50 μ m。
[0014]所述第三步中，燒結(jié)是在1050°C?1200°C下進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)間為IOmin?120min，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛，氧含量為IOOppm?lOOOppm。
[0015]所述第一步中，對(duì)氮化鋁陶瓷和銅片采用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水工藝進(jìn)行清洗。
[0016]所述第二步中，對(duì)氮化鋁陶瓷進(jìn)行預(yù)氧化處理，溫度設(shè)定為1000°C?1300°C，氧化時(shí)間為0.5h~24h，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)下的氧化氣氛，氮氧含量比為4:1~10:1，氧化鋁層厚度為I P m~100 μ m。
[0017]所述第四步中，銅片表面進(jìn)行熱氧化處理，氧化溫度設(shè)定為500°C~900°C，氧化時(shí)間為IOmin~60min,氧化氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)下的氧化氣氛,氧含量為500ppm~3000ppm。
[0018]所述第五步中，第一面燒結(jié)的溫度設(shè)定為1060°C~1075°C，燒結(jié)時(shí)間為20min~35min,氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛,氧含量為5ppm~200ppm ；
[0019]第二面燒結(jié)的溫度設(shè)定為1065°C~1080°C,燒結(jié)時(shí)間為20min~35min,氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛，氧含量為5ppm~200ppm。
[0020]本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法通過在預(yù)氧化的氮化鋁與銅片之間添加一種含銅氧化物的金屬改性層，可使氮化鋁與銅片之間緊密結(jié)合，可有效解決AlN-DBC表面氣泡問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法AlN-DBC第一面燒結(jié)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法AlN-DBC第二面燒結(jié)示意圖。
[0023]本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法附圖中附圖標(biāo)記說明:
[0024]1-氮化鋁陶瓷2-氧化鋁層3-金屬改性層
[0025]4-銅片`【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]實(shí)施例一
[0028](I)原材料清洗
[0029]用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對(duì)銅片4，氮化鋁陶瓷I進(jìn)行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。
[0030](2)瓷片預(yù)氧化
[0031]氧化溫度設(shè)定為1000°C~1300°C，氧化時(shí)間為0.5h~24h，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)下的氧化氣氛，氮氧含量比為4:1~10:1,氧化招層2厚度為Ιμπι~ΙΟΟμπι。
[0032](3)表面改性處理
[0033]在預(yù)氧化氮化鋁陶瓷I表面通過絲網(wǎng)印刷均勻涂覆金屬改性層3，金屬改性層3為含銅氧化物包括CuO或Cu2O或兩者混合物，覆層厚度為111111~5(^111，并在1050°C~1200°C下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為IOmin~120min，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛，氧含量為IOOppm ~lOOOppm。
[0034](4)銅片氧化
[0035]氧化溫度設(shè)定為500°C~900°C,氧化時(shí)間為IOmin~60min,氧化氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)下的氧化氣氛，氧含量為500ppm~3000ppm。
[0036](5)燒結(jié)
[0037]如圖1所示，第一面燒結(jié):溫度設(shè)定為1060°C~1075°C，燒結(jié)時(shí)間為20min~35min,氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛,氧含量為5ppm~200ppm。[0038]如圖2所示，第二面燒結(jié):溫度設(shè)定為1065°C?1080°C，燒結(jié)時(shí)間為20min?35min,氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛,氧含量為5ppm?200ppm。
[0039]實(shí)施例2
[0040](I)原材料清洗
[0041]用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水等工藝對(duì)銅片4，氮化鋁陶瓷I進(jìn)行清洗去除材料表面的雜質(zhì)。
[0042](2)瓷片預(yù)氧化
[0043]氧化溫度設(shè)定為1000°C?1300°C，氧化時(shí)間為0.5h?24h，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)下的氧化氣氛，氮氧含量比為4:1?10:1,氧化招層2厚度為Ιμπι?ΙΟΟμπι。
[0044](3)表面改性處理
[0045]在預(yù)氧化氮化鋁陶瓷I表面通過絲網(wǎng)印刷均勻涂覆金屬改性層3，金屬改性層3為含銅氧化物包括CuAlO2或CuAl2O4或兩者混合物，覆層厚度為I μ m?50 μ m，并在1050°C?1200°C下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為IOmin?120min，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛，氧含量為IOOppm ?lOOOppm。
[0046](4)銅片氧化
[0047]氧化溫度設(shè)定為500°C?900°C,氧化時(shí)間為IOmin?60min,氧化氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)下的氧化氣氛，氧含量為500ppm?3000ppm。
[0048](5)燒結(jié)
[0049]如圖1所示，第一面燒結(jié):溫度設(shè)定為1060°C?1075°C，燒結(jié)時(shí)間為20min?35min,氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛,氧含量為5ppm?200ppm。
[0050]如圖2所示，第二面燒結(jié):溫度設(shè)定為1065°C?1080°C，燒結(jié)時(shí)間為20min?35min,氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛,氧含量為5ppm?200ppm。
[0051]本發(fā)明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法通過在預(yù)氧化的氮化鋁與銅片之間添加一種含銅氧化物的金屬改性層，可使氮化鋁與銅片之間緊密結(jié)合，可有效解決AlN-DBC表面氣泡問題。
[0052]以上已對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于實(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.氮化鋁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)氮化鋁陶瓷和銅片進(jìn)行清洗； 第二步，對(duì)氮化鋁陶瓷進(jìn)行預(yù)氧化處理，使陶瓷表面生成氧化鋁層； 第三步，對(duì)預(yù)氧化后的氮化鋁陶瓷表面添加金屬改性層，所述金屬改性層包括金屬銅或含銅氧化物或含銅化合物或三者的混合物，并進(jìn)行燒結(jié)； 第四步，銅片表面進(jìn)行熱氧化處理，使銅片表面生成氧化亞銅； 第五步，將銅片放置在經(jīng)過改性處理的氮化鋁陶瓷表面進(jìn)行第一面燒結(jié)，完成之后再進(jìn)行第二面燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述金屬改性層為CuO或Cu2O或兩者混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述金屬改性層為CuAlO2或CuAl2O4或兩者混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述金屬改性層的厚度為I μ m?50 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第三步中，燒結(jié)是在1050°C?1200°C下進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)間為IOmin?120min，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛，氧含量為IOOppm?lOOOppm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第一步中，對(duì)氮化鋁陶瓷和銅片采用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預(yù)脫水工藝進(jìn)行清洗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第二步中，對(duì)氮化鋁陶瓷進(jìn)行預(yù)氧化處理，溫度設(shè)定為1000°C?1300°C，氧化時(shí)間為0.5h?24h，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)下的氧化氣氛，氮氧含量比為4:1?10:1，氧化鋁層厚度為Ιμπι?100 μ m0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第四步中，銅片表面進(jìn)行熱氧化處理，氧化溫度設(shè)定為500°C?900°C,氧化時(shí)間為IOmin?60min,氧化氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)下的氧化氣氛，氧含量為500ppm?3000ppm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，其特征在于，所述第五步中，第一面燒結(jié)的溫度設(shè)定為1060°C?1075°C，燒結(jié)時(shí)間為20min?35min，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛，氧含量為5ppm?200ppm ； 第二面燒結(jié)的溫度設(shè)定為1065°C?1080°C，燒結(jié)時(shí)間為20min?35min，氣氛為氮?dú)獗Ｗo(hù)的弱氧氣氛，氧含量為5ppm?200ppm。
【文檔編號(hào)】H01L21/48GK103762181SQ201410001975
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】俞曉東, 賀賢漢, 李德善, 祝林 申請(qǐng)人:上海申和熱磁電子有限公司