[發(fā)明專利]一種大功率晶閘管的改性鉬基片及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310078502.1
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103194723A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳玉萍;高文文;李改葉;郭文敏;王博;洪晟
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/48
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子元件加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大功率晶閘管的改性鉬基片及其制備方法。

背景技術(shù)

鉬是一種稀有高熔點金屬，不僅具有強度高，剛度大，抗磨損性能好等良好的機械性能，而且具有與硅相近的膨脹系數(shù)及良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性等物理化學(xué)性能，故常被用作晶閘管硅基片的支撐體——鉬片，起著散熱、保護(hù)芯片正常工作和提高電子元件使用壽命等作用。目前，大功率晶閘管被廣泛的應(yīng)用于機車牽引及傳動、高壓直流輸電、大電流電源、工業(yè)傳動等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的質(zhì)量要求特別高，因此，提高大功率晶閘管產(chǎn)品質(zhì)量成為十分迫切的問題。

作為晶閘管硅基片的支撐體的鉬片在高溫下容易氧化，壓降不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了芯片的正常工作。為了克服這一缺陷，通常采用的方法有：一是在金屬鉬片表面鍍覆金屬釕膜，但存在金屬釕膜鍍覆層與金屬鉬片基體之間結(jié)合不牢、長期使用易起皮掉落和鍍覆層使用壽命較短等問題；二是在金屬鉬片表面鍍覆金屬釕膜的基礎(chǔ)上加熱以提高金屬釕膜與金屬鉬片之間的結(jié)合強度，但因沒有擺脫金屬鉬片表面電鍍金屬釕膜的傳統(tǒng)工藝，所以還不能從根本上解決金屬釕膜鍍覆層與金屬鉬片基體之間結(jié)合不牢的問題；三是在金屬鉬片表面鍍覆多層金屬釕膜來提高金屬釕膜與金屬鉬片之間的結(jié)合強度，但又存在工藝復(fù)雜、難以控制和成品質(zhì)量難以保障的問題。此外，常用的電鍍金屬釕膜的方法還存在電鍍廢液難以處理的環(huán)保問題。如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為當(dāng)今電子元件加工技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題之一。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種大功率晶閘管的改性鉬基片及其制備方法，本發(fā)明提供大功率晶閘管的改性鉬基片具有金屬鉬片與釕鉬合金的結(jié)合強度高、重復(fù)性好和平整度高等優(yōu)點，本發(fā)明提供的改性鉬基片的制法實施簡便、無環(huán)境污染產(chǎn)生，實用可靠。

根據(jù)本發(fā)明提出的一種大功率晶閘管的改性鉬基片，包括平面度≤5μm、平行度≤10μm和表面粗糙度Ra≤0.3μm的金屬鉬片，其特征在于用純度大于99.0%的金屬釕離子與金屬鉬片固溶，在金屬鉬片表面形成釕鉬合金滲層。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案是：所述的釕鉬合金滲層的厚度為0.2～0.5μm。

根據(jù)本發(fā)明提出的一種大功率晶閘管的改性鉬基片的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一，表面預(yù)處理：采用平面度≤5μm、平行度≤10μm和表面粗糙度Ra≤0.3μm的鉬片，分別用丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲波各15min清洗后，再進(jìn)行吹風(fēng)干燥；

步驟二，釕鉬固溶：將完成步驟一表面預(yù)處理的金屬鉬片放入離子注入機的真空室中，然后注入純度大于99.0%的金屬釕離子源，由該金屬釕離子與金屬鉬片固溶，在金屬鉬片表面形成釕鉬合金滲層，該真空室中的真空度≤8×10^-3pa，加速電壓為30kv～80kv，金屬釕離子束的入射角度為0°～45°，金屬釕離子源注入劑量為0.5×10¹⁷～1×10¹⁷ions/cm2，金屬釕離子束流密度為15μA～30μA；

步驟三，退火處理：對完成步驟二釕鉬固溶后的金屬鉬片進(jìn)行退火處理，而制得大功率晶閘管的改性鉬基片成品，該退火處理采用氬氣為退火保護(hù)氣、退火溫度為650℃～700℃、退火時間為15min～30min。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點在于：一是本發(fā)明的改性鉬基片是在金屬釕離子與在金屬鉬片表面發(fā)生固溶，由此形成一層厚度為0.2～0.5μm的釕鉬合金滲層，該釕鉬合金滲層與金屬鉬片基體之間無界面。二是釕鉬合金滲層與金屬鉬片基體之間結(jié)合強度高，附著性好，粘附不破裂和不剝落，徹底解決了傳統(tǒng)的電鍍釕膜覆層與金屬鉬片基體結(jié)合不牢靠的問題。三是改性后的鉬基片表面無變形，能夠保持原有金屬鉬片尺寸精度和表面粗糙度，即平面度≤5μm、平行度≤10μm和表面粗糙度Ra≤0.3μm。四是本發(fā)明的制備方法具有成品率高、重復(fù)性好等優(yōu)點，且無污染環(huán)境，符合環(huán)保要求。

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具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

根據(jù)本發(fā)明提出的一種大功率晶閘管的改性鉬基片，是采用純度大于99.0%的金屬釕離子與金屬鉬片固溶，在金屬鉬片表面形成釕鉬合金滲層而制得。本發(fā)明的改性鉬基片的制備方法包括如下步驟：

步驟一，表面預(yù)處理：采用平面度≤5μm、平行度≤10μm和表面粗糙度Ra≤0.3μm的鉬片，分別用丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲波各15min清洗后，再進(jìn)行吹風(fēng)干燥；