[發明專利]一種帶有緩沖層的金屬陶瓷基板及其制備方法

有效

• 申請號: 202010690909.X
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111933610B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 王斌;賀賢漢;歐陽鵬;葛荘;孫泉;張恩榮
• 申請（專利權）人: 江蘇富樂華半導體科技股份有限公司
• 主分類號: H01L23/498
• 分類號: H01L23/498;H01L21/48
• 代理公司: 上海申浩律師事務所 31280
• 代理人: 陸葉

本發明公開了一種帶有緩沖層的金屬陶瓷基板及其制備方法。一種帶有緩沖層的金屬陶瓷基板，包括一陶瓷片以及覆蓋在所述陶瓷片上的金屬層，其特征在于，所述金屬層以及所述陶瓷片之間設有一緩沖層；所述緩沖層是一厚度為6μm?50μm的微孔形中間結合層，所述微孔形中間結合層設有孔洞，所述孔洞的孔徑大小為0.01μm?5μm，所述微孔形中間結合層孔隙率在3％?60％。帶有緩沖層的金屬陶瓷基板在經歷冷熱循環或冷熱沖擊時，緩沖層能有效的降低瓷片所受的熱應力，從而有效增強金屬陶瓷基板冷熱循環可靠性。

技術領域

本發明涉及半導體基板制備工藝領域，涉及一種帶緩沖性層的金屬陶瓷基板及其制備方法。

背景技術

陶瓷基板具有熱導率高、耐熱性好、熱膨脹系數低、機械強度高、絕緣性好、耐腐蝕、抗輻射等特點，在電子器件封裝中得到廣泛應用，根據制備原理和工藝的不同，目前主流產品可以分為厚膜印刷陶瓷基板(ThickPrintingCeramicSubstrate,TPC)、直接鍵合銅陶瓷基板(DirectBondedCopperCeramicSubstrate,DBC)、活性金屬焊接陶瓷基板(ActiveMetal BrazingCeramicSubstrate,AMB)等。小型化的高壓大功率模塊是半導體器件重要發展方向之一，在半導體器件設計中，隨著尺寸減小，芯片功率密度急劇增加，對模塊散熱封裝可靠性提出了新的要求。

TPC、DBC、AMB工藝均采用燒結制備金屬陶瓷基板，界面反應可使陶瓷和金屬層形成致密的界面層但殘余熱應力大是陶瓷金屬化中普遍存在的問題。陶瓷基板的實際使用環境為高低溫循環條件，瓷片和金屬層熱膨脹系數的顯著差異致使陶瓷基板處于冷熱循環條件下時，陶瓷層易產生微裂紋，金屬層易產生翹曲，致使基板失效。改善燒結條件形成更致密的界面層、設置釘頭孔及應力緩沖盲孔、AMB工藝中的焊料蝕刻臺階均能有效提高冷熱沖擊可靠性或冷熱循環可靠性，但效果都十分有限。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種帶有緩沖層的金屬陶瓷基板，以解決以上至少一個技術問題。

本發明還提供一種帶有緩沖層的金屬陶瓷基板的制備方法，以解決以上至少一個技術問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種帶有緩沖層的金屬陶瓷基板，包括一陶瓷片以及覆蓋在所述陶瓷片上的金屬層，其特征在于，所述金屬層以及所述陶瓷片之間設有一緩沖層；

所述緩沖層是一厚度為6μm-50μm的微孔形中間結合層，所述微孔形中間結合層設有孔洞，所述孔洞的孔徑大小為0.01μm-5μm，所述微孔形中間結合層孔隙率在3％-60％。

帶有緩沖層的金屬陶瓷基板在經歷冷熱循環或冷熱沖擊時，緩沖層能有效的降低瓷片所受的熱應力，從而有效增強金屬陶瓷基板冷熱循環可靠性。

進一步優選地，所述金屬層鄰近所述微孔形中間結合層處也設有微孔，且孔洞密度自鄰近微孔形中間結合層處至遠離微孔形中間結合層處逐漸降低。進一步優選的，所述金屬層可以為銅、鋁、可伐合金以及以銅、鋁為有效成分的金屬漿料制成的金屬片。

進一步優選的，所述陶瓷片可以為氮化鋁、氧化鋁、氮化硅以及氧化鈹陶瓷中的任意一種。

一種帶有緩沖層的金屬陶瓷基板的制備方法，其特征在于，采用DCB工藝制備，包括如下步驟：

A1)清洗陶瓷片和金屬片；

B1)預氧化：銅箔表面進行熱氧化處理，使銅箔表面生成氧化亞銅；

C1)陶瓷片、銅箔、金屬片依序放置，進行燒結；

所述銅箔的一面為光面，一面為毛面，光面朝向瓷片層，毛面朝向金屬片；

最終產品中瓷片與金屬片相互鄰近區域以及瓷片與金屬片之間的區域為具有孔洞的緩沖層。