[發明專利]一種氮化鋁覆銅膜前體的制備方法與氮化鋁覆銅膜前體、氮化鋁覆銅膜及其制備方法

無效

• 申請號: 200910107160.5
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101875569A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 任永鵬;林信平
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C04B41/88
• 分類號: C04B41/88;C04B37/02
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• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

一種氮化鋁覆銅膜前體的制備方法與氮化鋁覆銅膜前體和氮化鋁覆銅膜及其制備方法，尤其是采用該氮化鋁陶瓷覆銅膜前體的氮化鋁覆銅膜及其制備方法。

【背景技術】

長期以來，絕大多數功率混合集成電路的陶瓷封裝材料一直沿用氧化鋁(Al₂O₃)和氧化鈹(BeO)陶瓷，但由于性能、環保、成本等因素逐漸顯露出已不能完全適合功率電子器件發展的需要；并且，大規模集成電路技術的發熱功率密度相比以往大大提高，熱控問題已成為該類器件、模塊設計和制造上必需解決的技術關鍵，而氧化鋁(Al₂O₃)和氧化鈹(BeO)陶瓷并不能滿足要求。高性能熱管理材料的采用，是熱控目標實現的重要手段。因此，一種綜合性能優越的新型電子陶瓷-氮化鋁(AlN)陶瓷，無疑將成為傳統氧化鋁(Al₂O₃)和氧化鈹(BeO)封裝以及基板的替代材料。

AlN陶瓷具有導熱性能優越(單晶體理論導熱系數達到320W/m.K)，約為Al₂O₃的10倍；熱膨脹系數為4.3×10^-6℃^-1(r.t＝400℃)，與硅(Si)、鍺(Ge)等半導體材料接近，電學性能及機械性能與氧化鋁(Al₂O₃)陶瓷相近等特點，是理想的電子封裝材料。AlN陶瓷在上述領域的應用中，通常需要將陶瓷表面進行金屬化。

AlN覆Cu基板既具有AlN陶瓷的高導熱性，又具有Cu箔的高導電性，在微電子工業中已部分取代了Al₂O₃覆Cu基板應用于大功率器件中。但是由于AlN與Cu之間的界面潤濕性差，接合強度低，并且AlN與Cu的熱膨脹系數相差較大，由此產生的巨大熱應力而使得AlN-Cu的接合難以實現。目前國內外的AlN覆Cu基板均是采用直接敷銅法(Direct?Bonded?Copper?method，簡稱DBC)進行生產，其利用Cu在微氧氣氛下生成熔點低于純Cu熔點的Cu-O液相，此液相能很好的潤濕AlN及Cu板表面，從而實現AlN陶瓷基片與Cu板的穩固接合。

AlN陶瓷覆銅膜的DBC法燒結溫度比較高，在高溫下會發生如下反應：

Cu₂O+AlN→CuAlO₂+N₂↑

會在AlN與銅板的界面上生成N₂，使界面產生大量氣泡，導致產品出現界面鼓泡問題，泡的直徑為1μm-7mm不等，從而使金屬化結合強度及導熱性大幅度降低，嚴重時甚至導致產品報廢。

【發明內容】

為了克服現有技術中氮化鋁陶瓷覆銅膜在氮化鋁陶瓷與銅板的結合界面上會產生大量氣泡，導致氮化鋁陶瓷覆銅膜的金屬化結合強度及導熱性大幅度降低的問題，本發明提供了一種氮化鋁覆銅膜前體的制備方法，采用該制備方法制備的氮化鋁覆銅膜前體生產出的氮化鋁覆銅膜能極大的限制氣泡的產生，提高金屬化結合強度及導熱性。

本發明提供的氮化鋁覆銅膜前體的制備方法，包括：

a、在氮化鋁基材表面形成厚度為4-10μm的金屬預燒層，該金屬預燒層含有銅、氧化銅或氧化亞銅中的一種或幾種；

b、將表面形成有金屬預燒層的氮化鋁基材置于氧化性氣氛中，在1250-1350℃下進行高溫熱處理，得到覆銅膜半前體；

c、將覆銅膜半前體置于還原性氣氛中，在550-650℃下還原熱處理3-5h，在氮化鋁基材表面形成金屬層，得到氮化鋁覆銅膜前體。

同時本發明還提供了一種氮化鋁覆銅膜前體，該氮化鋁覆銅膜前體通過上述制備方法制得，該氮化鋁覆銅膜前體包括氮化鋁基材和位于氮化鋁基材上的金屬層，所述金屬層的厚度為4-10μm。

為更清楚的揭示本發明公開的氮化鋁覆銅膜前體的用途，本發明還公開了一種氮化鋁覆銅膜，依次包括氮化鋁覆銅膜前體、保護層、焊接層、銅板，所述氮化鋁覆銅膜前體為上述氮化鋁覆銅膜前體。

為便于本領域技術人員清楚的了解上述氮化鋁覆銅膜的生產方式，本發明還提供了其制備方法，包括：根據上述方法制備氮化鋁覆銅膜前體；

在氮化鋁覆銅膜前體的金屬層上依次形成保護層、焊接層及銅板。

通過本發明提供的氮化鋁覆銅膜前體制備的氮化鋁覆銅膜，尤其是本發明公開的氮化鋁覆銅膜的導熱性能得到了明顯提高，并且氮化鋁基材與金屬化結構的連接強度增大，冷熱循環次數增多，產品使用壽命增加。

【附圖說明】