[發明專利]氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法

有效

• 申請號: 201410001975.6
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103762181B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 俞曉東;賀賢漢;李德善;祝林
• 申請（專利權）人: 上海申和熱磁電子有限公司
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司 31203
• 代理人: 沈履君

本發明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，包括：第一步，對氮化鋁陶瓷和銅片進行清洗；第二步，對氮化鋁陶瓷進行預氧化處理，使陶瓷表面生成氧化鋁層；第三步，對預氧化后的氮化鋁陶瓷表面添加金屬改性層，所述金屬改性層為含銅氧化物，并進行燒結；第四步，銅片表面進行熱氧化處理，使銅片表面生成氧化亞銅；第五步，將銅片放置在經過改性處理的氮化鋁陶瓷表面進行第一面燒結，完成之后再進行第二面燒結。本發明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法通過在預氧化的氮化鋁與銅片之間添加一種含銅氧化物的金屬改性層，可使氮化鋁與銅片之間緊密結合，可有效解決AlN?DBC表面氣泡問題。

技術領域

本發明屬于半導體制造、LED、光通訊領域，涉及半導體制冷器、功率半導體模塊，特別是大規模、超大規模集成電路及大功率LED，特別是一種氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法。

背景技術

氧化鋁(Al₂O₃)陶瓷由于具有機械強度高、良好的熱穩定性、價格低廉等優點長期以來一直被用作功率電子器件封裝基板材料。然而，Al₂O₃陶瓷熱導率低，僅為15W/m·K～20W/m·K，隨著集成電路的功率密度不斷增加，散熱問題已成為功率電子器件設計和制造上必須解決的關鍵問題，而傳統的氧化鋁(Al₂O₃)陶瓷并不能滿足要求。

氮化鋁(AlN)陶瓷具有優異的導熱性能，其熱導率可達1500W/m·K～200W/m·K，約為Al₂O₃的10倍，且熱膨脹系數與硅接近，是取代Al₂O₃陶瓷的理想的基板材料之一。但是由于AlN與金屬Cu之間的界面潤濕性差，結合強度低，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使得AlN-Cu的直接結合難以實現。現有的DBC法制備氮化鋁覆銅基板時，會產生大量氣泡，存在于銅與氮化鋁的界面處，導致基板剝離強度和導熱性能大幅下降，良品率低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可直接用于大規模集成電路、大功率LED產品，產品良品率高的氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明氮化鋁覆銅陶瓷基板的制備方法，包括：

第一步，對氮化鋁陶瓷和銅片進行清洗；

第二步，對氮化鋁陶瓷進行預氧化處理，使陶瓷表面生成氧化鋁層；

第三步，對預氧化后的氮化鋁陶瓷表面添加金屬改性層，所述金屬改性層為含銅氧化物，并進行燒結；

第四步，銅片表面進行熱氧化處理，使銅片表面生成氧化亞銅；

第五步，將銅片放置在經過改性處理的氮化鋁陶瓷表面進行第一面燒結，完成之后再進行第二面燒結。

所述金屬改性層為CuO或Cu₂O或兩者混合物。

所述金屬改性層為CuAlO₂或CuAl₂O₄或兩者混合物。

所述金屬改性層的厚度為1μm～50μm。

所述第三步中，燒結是在1050℃～1200℃下進行，燒結時間為10min～120min，氣氛為氮氣保護的弱氧氣氛，氧含量為100ppm～1000ppm。

所述第一步中，對氮化鋁陶瓷和銅片采用酸堿溶液、去離子水，通過超聲清洗、噴淋、預脫水工藝進行清洗。

所述第二步中，對氮化鋁陶瓷進行預氧化處理，溫度設定為1000℃～1300℃，氧化時間為0.5h～24h，氣氛為氮氣保護下的氧化氣氛，氮氧含量比為4:1～10:1，氧化鋁層厚度為1μm～100μm。