本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，具體是一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，直接鍵合銅陶瓷基板(dcb)和直接鍵合鋁陶瓷基板(dba)高速發(fā)展，因其界面純凈，相較于傳統(tǒng)聚合物基材料表現(xiàn)出更低的界面熱阻。但是在耐溫度循環(huán)可靠性中，直接鍵合銅陶瓷基板很容易銅瓷分層失效，鋁的屈服強(qiáng)度及彈性模量低于銅，鋁瓷界面熱應(yīng)力累計(jì)低于銅瓷界面應(yīng)力累計(jì)，因此直接鍵合鋁陶瓷基板通常比直接鍵合銅陶瓷基板更耐溫度循環(huán)，其次，鋁的塑性變形趨勢(shì)比銅的更平緩，這表明隨著溫度的升高，鋁的硬化速率低于銅，然而銅的載流量遠(yuǎn)大于鋁，由于鋁表面浸潤(rùn)性限制，通常直接鍵合鋁陶瓷基板需鍍鎳/鎳金后才能滿足焊接要求，增加了商用成本。

2、一種新型的直接鍵合鋁銅陶瓷基板(dbac)綜合了直接鍵合鋁陶瓷基板和直接鍵合銅陶瓷基板的優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，其表面為銅，通常不需要鍍層即可商用，在熱導(dǎo)率和導(dǎo)電能力等方面也更具優(yōu)勢(shì)，在長(zhǎng)期溫度循環(huán)過程中，鋁層作為中間層緩沖和承載銅的塑性變形，因此dbac機(jī)理上具有更強(qiáng)的耐熱循環(huán)可靠性。然而，銅鋁燒結(jié)生成共晶相鍵合時(shí)，鋁/銅金屬間化合物的生成會(huì)導(dǎo)致鍵合強(qiáng)度及熱循環(huán)可靠性降低，喪失dbac高可靠性優(yōu)勢(shì)，通常采用降低反應(yīng)溫度，縮短保溫時(shí)間，控制銅鋁金屬間化合物的生成量，然而，在應(yīng)用大批量基板疊燒時(shí)過分降低溫度、縮短保溫時(shí)間會(huì)造成基板浸潤(rùn)性差，基板鍵合良率低，因此有必要開發(fā)適用大批量生產(chǎn)高可靠性的直接鍵合鋁銅陶基板的方法。

3、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，包括以下步驟：

4、步驟1：取雙面鍵合鋁陶瓷基板進(jìn)行表面粗糙度處理后，清洗烘干，記為基板a，表面粗糙度ra為0.8mm～1.2μm；取高純銅片進(jìn)行表面粗糙度處理后，清洗烘干，記為銅片b，表面粗糙度ra為1.0mm～2.0μm；

5、步驟2：將步驟1所制基板a、銅片b以銅片b-基板a-銅片b三明治形式進(jìn)行疊加，置于電阻擴(kuò)散焊機(jī)中，對(duì)銅片b表面施加電壓，垂直壓力為5～10mpa，當(dāng)探測(cè)銅片b溫度達(dá)到350℃～430℃時(shí)維持電壓20～60min，隨后加壓以10～25℃/min的升溫速度至探測(cè)銅片b溫度達(dá)到450℃～557℃，維持電壓10～60min，切斷電壓，冷卻，得到直接鍵合鋁銅陶瓷基板；

6、步驟3：取步驟2所制直接鍵合鋁銅陶瓷基板進(jìn)行表面鋪設(shè)感光膜、圖形曝光、顯影、金屬層蝕刻、去膜、激光分片、清洗烘干。

7、其中，步驟1中雙面鍵合鋁陶瓷基板的陶瓷厚度為0.635mm或0.38mm或1.0mm，鋁層厚度為0.2～0.8mm，雙面鍵合鋁層的厚度差小于0.2mm。

8、步驟1中雙面鍵合鋁陶瓷基板進(jìn)行表面粗糙度處理，先進(jìn)行研磨處理或噴砂處理，再將處理后的雙面鍵合鋁陶瓷基板置于溫度為35～50℃、濃度為8～20％的氫氧化鈉溶液中清洗3～5min后，轉(zhuǎn)移至濃度為3～5％的硝酸溶液清洗1～3min，取出置于純水中超聲1～5min，烘干。

9、高純銅片厚度為0.2～0.8mm，進(jìn)行表面粗糙度處理，先進(jìn)行研磨處理或噴砂處理，再將處理后的高純銅片置于濃度為5～10％的硫酸溶液中清洗，烘干。

10、步驟2中加壓致銅片b的升溫速率為10-25℃/min。

11、步驟2所制直接鍵合鋁銅陶瓷基板中銅鋁的反應(yīng)擴(kuò)散層深度為10～25μm。

12、步驟3中金屬層蝕刻采用的蝕刻液由三氯化鐵、鹽酸溶于純水中配制而成，其中三氯化鐵濃度為150～500g/l、鹽酸濃度為20～60g/l；清洗采用濃度為3～5％的硫酸溶液，超聲清洗3～5min。

13、步驟3中金屬層蝕刻得到倒梯形結(jié)構(gòu)的刻蝕槽，其中鋁層底部邊緣與陶瓷邊部距離為0.1～0.3mm，銅層底部與鋁層頂部邊緣距離為0.1～0.5mm與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

14、1、本發(fā)明成型的直接鍵合銅鋁陶瓷基板，通過雙面鍵合鋁陶瓷基板鋁表面處理、銅表面處理、清洗等方式掌控合理表面粗糙度范圍，提高加壓擴(kuò)散焊接成型銅鋁間咬合力，滿足商用基板銅鋁金屬間剝離強(qiáng)度要求；

15、2、通過控制反應(yīng)溫度，壓力等合理控制銅鋁反應(yīng)擴(kuò)散深度，蝕刻鋁層尺寸大于銅層尺寸0.1～0.5mm，制造應(yīng)力釋放位置點(diǎn)，可顯著提高銅鋁間耐溫度循環(huán)可靠性；

16、3、制程簡(jiǎn)單，基板表面為銅特性，具有良好的商用基板特性，滿足基板的封裝高散熱，大載流要求，易于量產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，其特征在于，步驟1中雙面鍵合鋁陶瓷基板中陶瓷厚度為0.635mm或0.38mm或1.0mm，鋁層厚度為0.2～0.8mm，雙面鍵合的鋁層的厚度差小于0.2mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，其特征在于，步驟1中雙面鍵合鋁陶瓷基板進(jìn)行表面粗糙度處理，先進(jìn)行研磨處理或噴砂處理，再將處理后的雙面鍵合鋁陶瓷基板置于氫氧化鈉溶液中清洗3～5min后，轉(zhuǎn)移至硝酸溶液清洗1～3min，再取出置于純水中超聲1～5min，烘干。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，其特征在于，步驟1中高純銅片厚度為0.2～0.8mm，進(jìn)行表面粗糙度處理，先進(jìn)行研磨處理或噴砂處理，再將處理后的高純銅片置于硫酸溶液中清洗，烘干。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，其特征在于，步驟2中加壓致銅片b的升溫速率為10～25℃/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，其特征在于，步驟2所制直接鍵合鋁銅陶瓷基板中銅鋁的反應(yīng)擴(kuò)散層深度為10～25μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，其特征在于，步驟3中金屬層蝕刻采用的蝕刻液由三氯化鐵、鹽酸溶于純水中配制而成，其中三氯化鐵濃度為150～500g/l、鹽酸濃度為20～60g/l；清洗采用濃度為3～5％硫酸溶液，超聲清洗3～5min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，其特征在于，步驟3中金屬層蝕刻得到倒梯形結(jié)構(gòu)的刻蝕槽，其中鋁層底部邊緣與陶瓷邊部距離為0.1～0.3mm，銅層底部與鋁層頂部邊緣距離為0.1～0.5mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種提高直接鍵合鋁銅陶瓷基板耐熱循環(huán)可靠性的方法，涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中雙面鍵合鋁陶瓷基板和高純銅片均采取表面處理和清洗來提高表面粗糙度，再進(jìn)行疊加后加壓燒結(jié)成型，得到直接覆鋁銅陶瓷基板；最后進(jìn)行表面鋪設(shè)感光膜、圖形曝光、顯影、金屬層蝕刻、去膜、激光分片、表面清洗，完成直接鍵合鋁銅陶瓷基板圖形制備。

技術(shù)研發(fā)人員：高遠(yuǎn),蹇滿,王斌,張濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇富樂華半導(dǎo)體科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19