[發(fā)明專利]高導(dǎo)熱絕緣銅基板的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310610677.2
• 申請(qǐng)日: 2013-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103633225A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王春青;朱建東;溫廣武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/48
• 分類號(hào): H01L33/48
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種銅表面陶瓷化方法。

背景技術(shù)

目前，高功率電子器件封裝領(lǐng)域主要采用陶瓷覆銅板作為芯片和器件的承載體，其中陶瓷材料為Al₂O₃、Si₃N₄、AlN等。但是隨著芯片功率的增大以及功率模塊封裝技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)陶瓷覆銅板無(wú)法滿足產(chǎn)業(yè)化對(duì)其提出的要求。現(xiàn)有的陶瓷覆銅板面臨諸多的問(wèn)題，比如Al₂O₃散熱效率低下，AlN、Si₃N₄燒結(jié)制備溫度高、成本高。

發(fā)明內(nèi)容

為了滿足高功率器件的封裝技術(shù)發(fā)展，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單、成本低廉的高導(dǎo)熱絕緣銅基板的制備方法，利用銅的高效散熱性能和陶瓷的優(yōu)異電性能來(lái)解決所面臨的問(wèn)題。本發(fā)明于銅基板所制備的陶瓷材料主要為AlN和莫來(lái)石相。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

步驟一、將所需要的銅基板進(jìn)行拋光處理；

步驟二、稱取定量聚碳硅烷置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入適量的二甲苯，得到聚碳硅烷-二甲苯溶液，其中控制聚碳硅烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于60%；

步驟三、按照Si、Al原子比為1:1～1:30的比例稱取經(jīng)表面改性的氮化鋁粉體，并置于球磨罐中，進(jìn)行球磨混合，完成混合漿料制備；

步驟四、將步驟三所獲得的混合漿料涂覆或流延到已拋光的銅基板表面，然后干燥，獲得預(yù)制陶瓷銅基板坯料；

步驟五、將步驟四所獲得的預(yù)制陶瓷銅基板坯料置于管式爐內(nèi)完成熱處理，所述熱處理過(guò)程為：向管式爐內(nèi)充入流動(dòng)惰性氣體，流量控制在0.1～0.8L/min，然后以1～5℃/min升溫速率將管式爐加熱到1020～1080℃，保溫0.5h～2h，以2～4℃/min的降溫速率降到400℃，最后自然冷卻到室溫，即可獲得高導(dǎo)熱絕緣銅基板；

步驟六、重復(fù)步驟四和步驟五，采用多次涂覆-干燥-燒結(jié)工藝制備出規(guī)定厚度、無(wú)針孔、無(wú)裂紋的高絕緣涂層。

反應(yīng)制備機(jī)理：

1）在濕氣氣氛下，聚碳硅烷會(huì)在500℃或更低溫度裂解生成非晶態(tài)的氧化硅，其反應(yīng)活性很高；

2）在濕氣氣氛下，AlN粉體會(huì)在1000℃或更低溫度氧化或水解生成γ-Al₂O₃，反應(yīng)方程式如下：

。

3）上述所生成的非晶態(tài)氧化硅和γ-Al₂O₃會(huì)在燒結(jié)溫度低于1000℃下反應(yīng)，生成Al-Si-O玻璃，待溫度升高Al-Si-O玻璃析晶生成莫來(lái)石相，其中莫來(lái)石相可以在1000℃下反應(yīng)生成。

4）1065℃溫度以上Al、O、Cu元素會(huì)在銅/陶瓷界面處反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)陶瓷與基體銅的完好結(jié)合，反應(yīng)方程如下：

。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提供的銅表面陶瓷化方法，使得銅表面獲得高導(dǎo)熱絕緣陶瓷涂層，不僅可以降低金屬銅的熱膨脹系數(shù)，與半導(dǎo)體材料相匹配，以便將功率芯片直接貼裝在絕緣銅基板電路上；同時(shí)還可以利用金屬銅高熱導(dǎo)率的性質(zhì)來(lái)解決大功率器件和大功率LED器件封裝散熱難題。

2、本發(fā)明所提供的高導(dǎo)熱氮化鋁基陶瓷材料制備方法反應(yīng)溫度低，1000℃或以上即可實(shí)現(xiàn)陶瓷燒結(jié)，并且所制備的陶瓷材料致密度高、成本低，適合產(chǎn)業(yè)化生成。

3、本發(fā)明所制備的高導(dǎo)熱絕緣銅基板陶瓷涂層厚度為10～100微米，熱導(dǎo)率為5～100W/m·K，耐電壓大于2000V，介電損耗低（1MHz下5.4~8.6），抗熱震性能好（在空氣中，將樣品加熱到300℃后直接投入室溫的水中，循環(huán)1000次，陶瓷涂層不剝落）。

4、本發(fā)明采用濕氣作為材料制備的保護(hù)氣。一方面，可以防止基板銅過(guò)分氧化；另一方面，濕氣中少量的水分可以除去多余的碳，并促進(jìn)陶瓷反應(yīng)燒結(jié)。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式按照如下步驟制備高導(dǎo)熱絕緣銅基板：

步驟一、將所需要的銅基板進(jìn)行拋光處理，所述銅基板的材質(zhì)為純銅或銅基復(fù)合材料（如W/Cu、Mo/Cu）；

步驟二、稱取定量聚碳硅烷置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入適量的二甲苯，得到聚碳硅烷-二甲苯溶液，其中控制聚碳硅烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于60%；