[發(fā)明專利]一種陶瓷基覆銅板的制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510346890.6
• 申請(qǐng)日: 2015-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN105152689A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝土富;但敏;金凡亞;沈麗如;童洪輝;謝新林;高明智;楊念群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)西南物理研究院;武漢光谷創(chuàng)元電子有限公司
• 主分類號(hào): C04B41/90
• 分類號(hào): C04B41/90
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷基覆銅板制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷基覆銅板的制造方法。

背景技術(shù)

陶瓷基覆銅板既具有陶瓷的高導(dǎo)熱系數(shù)、高耐熱、高電絕緣性、高機(jī)械強(qiáng)度、與硅芯片相近的熱膨脹系數(shù)以及低介質(zhì)損耗等特點(diǎn)，又具有無(wú)氧銅的高導(dǎo)電性和優(yōu)異焊接性能，是當(dāng)今電力電子領(lǐng)域功率模塊封裝、連接芯片與散熱襯底的關(guān)鍵材料，廣泛應(yīng)用于各類電氣設(shè)備及電子產(chǎn)品。

目前，陶瓷基覆銅板的制造方法主要有兩種：(1)直接鍵合銅技術(shù)(DBC)、(2)直接鍍銅技術(shù)(DPC)。

DBC是將Al₂O₃或AlN陶瓷基板的單面或雙面覆上Cu板后，再經(jīng)由高溫1065～1085℃的環(huán)境加熱，使Cu板表面因高溫氧化、擴(kuò)散與Al₂O₃基板產(chǎn)生Cu-Cu₂O共晶相，使銅板與陶瓷基板黏合，形成陶瓷基覆銅板。DBC對(duì)工藝溫度的控制要求十分嚴(yán)苛，必須于溫度極度穩(wěn)定的1065～1085℃溫度范圍下，才能使銅層表面熔解為共晶相，實(shí)現(xiàn)與陶瓷基板的緊密結(jié)合，其制造成本高且不易解決Al₂O₃與Cu板間存在的微氣孔或孔洞等問題，使得該產(chǎn)品的產(chǎn)能與成品率受到極大影響。因工藝能力的限制，Cu板的厚度下限約在150～300um之間，這使得其金屬線路的解析度上限亦僅為150～300um之間(以深寬比1:1為標(biāo)準(zhǔn))，若要制作細(xì)線路則必須采用特殊的處理方式將銅層厚度減薄，但這又會(huì)造成其表面平整度不佳和成本增加等問題，使得DBC陶瓷基覆銅板不適于要求高線路精準(zhǔn)度與高平整度的共晶/覆晶工藝使用。

DPC是一種把真空鍍膜與電鍍技術(shù)結(jié)合在一起的覆銅板制造技術(shù)，其原理是先利用真空鍍膜技術(shù)在Al₂O₃或AlN陶瓷基板上沉積一層銅膜，再用電鍍技術(shù)進(jìn)行銅膜的增厚。DPC的工藝溫度一般低于400℃，避免了高溫對(duì)于材料所造成的破壞或尺寸變異的現(xiàn)象。DPC陶瓷基覆銅板具有高散熱、高可靠度、高精準(zhǔn)度及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。DPC陶瓷基覆銅板的金屬線路解析度上限約在10～50um之間(以深寬比1:1為標(biāo)準(zhǔn))，甚至可以更細(xì)，且表面平整度高，因此非常適合于要求高線路精準(zhǔn)度與高平整度的覆晶/共晶工藝使用。

DPC陶瓷基覆銅板為當(dāng)今最普遍使用的陶瓷基覆銅板，然而其對(duì)工藝技術(shù)的整合能力要求較高，這使得跨入DPC陶瓷基覆銅板產(chǎn)業(yè)并能穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)門檻相對(duì)較高,產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中存在的最大問題是陶瓷基板與銅箔的結(jié)合力難以保證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種全新的陶瓷基覆銅板制造方法，適合的陶瓷種類有：氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、二氧化鈦陶瓷、氧化鋯陶瓷、鈦酸鈣陶瓷、鈦酸鋇陶瓷、莫來(lái)石陶瓷、滑石瓷或玻璃陶瓷，生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低，制造的陶瓷基覆銅板具有孔隙率低、熱導(dǎo)率高、剝離強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

所述陶瓷基覆銅板的制造方法包括：

(1)陶瓷基板清洗

陶瓷基板清洗采用現(xiàn)有通用技術(shù)，一般步驟為：有機(jī)溶劑超聲除油→去離子水超聲清洗→壓縮空氣吹干。

(2)陶瓷基板的離子束清洗活化

采用氣體離子源對(duì)陶瓷基板表面進(jìn)行離子束清洗活化，工作氣體可為Ar、N₂、O₂、其它惰性氣體或它們的混合氣，真空度為0.01～10Pa，優(yōu)選為0.1～0.3Pa。清洗活化的工藝溫度為常溫～400℃，優(yōu)選為200℃。

(3)陶瓷基板的金屬離子注入

在真空度優(yōu)于0.1Pa的情況下，對(duì)陶瓷基板進(jìn)行金屬離子注入，在陶瓷基板表面形成幾納米厚度的離子注入層(見圖1、圖2)。金屬離子可為元素周期表中的Ag、Au、Al、Be、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Mn、Nb、Ni、Pt、Ta、W、Zr等金屬離子中的一種或幾種，離子注入的工藝溫度為常溫～400℃。離子注入的加速電壓為5～100kV,注入劑量為1.0×10¹²～1.0×10¹⁸ion/cm²，優(yōu)選為加速電壓30kV、注入劑量3.0×10¹⁵ion/cm²。

(4)陶瓷基板的真空鍍膜