[發明專利]銅箔鍵合陶瓷基板的復合板及其制備方法

有效

• 申請號: 201210411468.0
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102922828A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 鐘振忠
• 申請（專利權）人: 浙江工貿職業技術學院
• 主分類號: B32B18/00
• 分類號: B32B18/00;B32B15/04
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 高萍

技術領域

本發明涉及一種復合板，尤其涉及銅箔鍵合陶瓷基板的復合板。

背景技術

目前廣泛應用將銅箔與陶瓷基板鍵合的方式為直接鍵合銅技術(簡稱DBC，Direct?Bonding?Copper)，其主要制程為首先將銅箔表面生成氧化銅層，接著將含有氧化銅層的銅箔貼合于具氧化物表層的陶瓷基板表面，在1065～1083℃溫度下于真空爐中共晶燒結，銅箔將直接鍵合于陶瓷基板表面。

已有的技術，如美國專利5490627號描述銅鎢合金直接鍵合銅(DBC)于氧化鋁陶瓷基板表面的方法，在1200℃溫度下銅鎢合金表面擴散銅原子，接著將銅原子于真空爐中在氧元素氣氛下表面生成氧化銅，將表面生成氧化銅的銅鎢合金與氧化鋁陶瓷基板于1065～1083℃溫度下進行熱處理共晶鍵合。

美國專利3766634號公開了銅或其它金屬直接鍵合(DBC)于陶瓷基板的方法，給出的實施例說明表面含有氧化銅的銅箔與氧化鋁陶瓷基板于共晶熔點下燒結。

美國專利4505418號公開了一種方法，直接鍵合銅箔(DBC)與陶瓷基板于含氧氣氛的真空爐中共晶燒結，真空爐中壓力不超過1mbar，氧氣分壓介于0.001至0.1mbar之間。

臺灣專利申請096148408號公開了一種銅箔與陶瓷基板制造復合板的方法，步驟包含：提供一陶瓷基板及一銅箔；將該銅箔的一表面以濕式氧化方式形成一氧化銅表層；將該銅箔的氧化銅表層與該陶瓷基板表面相對貼合后進行熱處理，銅箔表面與陶瓷基板于高溫直接鍵合(DBC)形成一復合板。

已有的類似技術公開的銅箔鍵合陶瓷基板方式，主要是先將銅箔表面生成氧化銅層，接著將銅箔與陶瓷基板貼合放入真空爐中，在高于共晶熔點卻低于銅熔點的溫度下直接鍵合(DBC)，所需制程繁瑣，且經過銅表面生成氧化銅層，陶瓷基板材料若為氮化鋁則表面需生成氧化鋁層，接著銅箔再與陶瓷基板共晶燒結，此方式過程中有多道熱處理工法，耗時且浪費能源。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明公開了一種銅箔鍵合陶瓷基板的復合板及其制備方法，所公開的復合板，銅箔與陶瓷基板直接鍵合，制程簡單，節約能源。

為實現上述目的，本發明是通過下述技術方案實現的：

銅箔鍵合陶瓷基板的復合板，所述的復合板包括陶瓷基板，陶瓷基板的至少一個表面鍍有銅膜，使該陶瓷基板表面形成銅介質層，銅箔與陶瓷基板的銅介質層貼合，表面的銅原子與陶瓷基板表面的鋁原子相互擴散形成結合層。

其中，至少一個表面代表銅膜可以鍍于陶瓷基板的一個表面，或者兩個相對的表面。

通過上述結構，本發明的復合板避免了使用氧化銅層，簡化了結構以及相應的制備工藝。

進一步的，所述具有銅膜陶瓷基板放入熱處理爐進行高溫鍵結過程中，銅膜層表面易被氧化，由于氧化銅與氧化亞銅的熔點太低，且在溫度600℃時會有10-4torr的蒸氣壓揮發的問題，因此無法做高溫熱處理，為改善此困擾，本發明的技術方案在高溫鍵合前先經一道還原工藝制程，熱處理爐內以氫氣分壓20torr、溫度300℃的氣氛進行還原，將銅膜表面氧化銅與氧化亞銅還原為銅，接著濺鍍于陶瓷基板表面的銅膜直接與銅箔鍵合。

在本發明中，所述陶瓷基板由三氧化二鋁或氮化鋁粉末材料在大氣或無氧高溫下燒結，其中所用的高溫一詞可以由本領域技術人員合理掌握，通常是在1900℃的高溫下燒結，利用薄帶刮刀成型或粉末壓制成型制程將粉末材料在大氣或無氧高溫(1900℃)下燒結成陶瓷基板。

相應的，本發明公開了上述銅箔鍵合陶瓷基板的復合板的制備方法，包括如下步驟：

1)將陶瓷基板在直流式電源濺鍍機或射頻濺鍍機中將陶瓷基板的至少一個表面濺鍍銅膜，使該陶瓷基板表面形成一銅介質層；

2)取表面潔凈的銅箔，將所述陶瓷基板與銅箔以高應力貼合放入高溫的熱處理爐中鍵合，通過擴散結合使銅介質層與銅箔鍵合成銅片，銅片與陶瓷基板原子間相互擴散形成結合層，使得銅片表面與陶瓷基板緊密鍵合形成復合板。

其中的擴散結合是指相互接觸的材料表面以高應力貼合，在高溫的作用下相互靠近，局部發生塑性變形，原子與原子間產生相互擴散，在界面處形成了新的擴散層，進而產生可靠結合。本發明的方法鍵合過程中不需氧元素做中間層幫助結合，省略多道熱處理工序，簡化了制備流程。

其中，優選的，所述濺鍍操作溫度為150℃、真空度為1.33x10^-3torr，濺鍍銅膜厚度小于1μm，在上述基礎上本領域技術人員根據工藝探索的需要采用其他工藝參數組合也屬于本發明的保護范圍。