[發明專利]IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝

有效

• 申請號: 201010139707.2
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN101814439A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 李磊;孫桂鋮
• 申請（專利權）人: 淄博市臨淄銀河高技術開發有限公司
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

技術領域

本發明具體涉及一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝。

技術背景

IGBT模塊在電力控制中比其他電力電子器件所表現出的優異的控制性能和節能效果得到了人們的公認。目前已經廣泛應用在軋鋼自動控制、電動機車牽引、航空航天控制系統、金屬高頻熱處理領域，由于IGBT模塊較之其他功率器件(如晶閘管、MOS管等)壓降較高，功耗較大，所以需要一種導熱性能好的電路板。目前常用的電路板是采用如下工藝制作的：高溫鍵合時把銅箔平放在陶瓷基片上，進入高溫環境后，在溫度的影響下，銅箔變軟，銅箔會慢慢貼合在陶瓷基片上，實現鍵合。采用上述工藝有個缺點，就是銅箔在高溫下雖然能變軟，但是還會不可避免的存在不完全平整的情況，銅箔和陶瓷基片之間的縫隙厚度是不一樣，再加上受銅箔表面氧化層在出現液相時對陶瓷的濕潤角太大，液相層很難完全填充銅箔和陶瓷之間的空隙，這樣就形成了空洞，空洞是影響電路板導熱效率和熱阻的重要因素，直接關系到電路板的品質。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術IGBT模塊用電路板由于工藝的缺陷，導致空洞率高、導熱效率差、熱阻高的缺陷，提供一種空洞率低、導熱效率高、熱阻低的IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板。

本發明是通過如下技術方案來實現的：

即一種IGBT模塊用低熱阻陶瓷覆銅板的制作工藝，其特征在于包括如下步驟：

1)陶瓷基片清洗活化，并在陶瓷基片的表面采用PVD工藝沉積一層1～2μm的銅膜。

陶瓷基片清洗活化采用現有技術，一般步驟為除油脂、超聲清洗、活化、烘干，活化時用的活化液采用氫氟酸、鉻酸和硫酸按一定比例混合而成。

PVD是英文Physical?Vapor?Deposition(物理氣相沉積)的縮寫，是指在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電計數，利用氣體放電使靶材蒸發并使被蒸發物質與氣體都發生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發物質及其反應物沉積在工件上。相對于化學氣相沉積法，采用PVD工藝可以提高生產效率降低生產成本。

2)銅箔清洗活化，并在銅箔表面采用CVD工藝交替沉積0.1μm厚的氧化亞銅和0.1μm厚的銅，沉積的氧化亞銅和銅的厚度為0.5～10μm；

銅箔清洗活化采用現有技術，一般采用水基環保清洗液進行清洗，然后利用5～10％的鹽酸溶液進行活化，再用含有1～2％有機抗氧劑溶液對表面進行處理，烘干備用。

CVD是半導體工業中應用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術，是指兩種或兩種上的氣態原材料導入一個反應室內，然后他們相互之間發生化學反應，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。采用CVD可以沉積大范圍的絕緣材料、大多數金屬材料和金屬合金材料。

3)將銅箔預壓成型，使銅箔沿寬度方向成弧形后與陶瓷基片一起放置在鍵合爐內進行高溫鍵合，鍵合溫度為1070～1130℃

4)鍵合后的覆銅板冷卻。

作為本發明的一種優選方式：鍵合后的覆銅板冷卻時采用了熱階梯循環法進行冷卻并消除應力，其步驟如下：

1)10分鐘時間從鍵合溫度降溫至500℃；

2)2分鐘時間從500℃升溫至700℃；

3)8分鐘時間從700℃降溫至200℃；

4)2分鐘時間從200℃升溫至300℃；

5)8分鐘時間從300℃降溫至60攝氏度(℃)以下后自然冷卻。

采用上述方法冷卻的覆銅板消除應力效果好，彎曲率＜0.1mm/50mm。

本發明為了減少銅箔和陶瓷基片之間的空洞率，在鍵合過程中，氧化鋁陶瓷基板表面的銅膜和無氧紫銅箔層上沉積的氧化亞銅在高溫下形成Cu-Cu₂O共晶液相，Cu-Cu₂O共晶液相相對于陶瓷基片的濕潤角小，Cu-Cu₂O共晶液相同時濕潤陶瓷基板和銅箔，完全填充它們之間的間隙，配合銅箔預壓成型工藝，使銅箔在陶瓷基板表面的鍵合過程始終呈線形區域復合，這樣對于排出氣泡非常有效，大大減少了空洞。

作為本發明的優選方案：

所述陶瓷基片可以是公知的各種材質的陶瓷基板，如Al₂O₃陶瓷、BeO陶瓷、AlN陶瓷，只要符合所要求的電器性能指標即可，本發明優先選用氧化鋁含量為75～99％的氧化鋁陶瓷基片，氧化鋁陶瓷具有商業化程度高、價格低、絕緣性好、強度高的優點，氧化鋁陶瓷基片的厚度為0.19～1.0mm。使陶瓷基片在厚度超薄的情況下仍能保持較強的強度。

所述銅箔為無氧紫銅箔，厚度為0.1～0.3mm。