[發明專利]一種功率器件用陶瓷覆鋁基板的制備方法

在審

• 申請號: 202210504625.6
• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN114769774A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 修子揚;趙迪;閆久春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K1/06
• 分類號: B23K1/06;B23K1/00;B23K103/10
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種功率器件用陶瓷覆鋁基板的制備方法，涉及半導體制造技術領域。本發明的目的是為了解決傳統的陶瓷覆鋁板制備工藝在陶瓷與鋁板連接前需要先對陶瓷表面進行金屬化處理，鋁在極低氧分壓下表面存在氧化膜進而導致陶瓷與鋁的界面存在連接缺陷的問題。方法：將預處理過的釬料置于預處理過的待焊陶瓷件和預處理過的待焊金屬件之間，得到待焊接件；采用超聲輔助瞬時液相擴散或超聲釬焊的方式將待焊接件進行焊接處理，得到功率器件用陶瓷覆鋁基板。本發明可獲得一種功率器件用陶瓷覆鋁基板的制備方法。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，具體涉及一種功率器件用陶瓷覆鋁基板的制備方法。

背景技術

電子產品的小型化和高功率化發展，對功率器件的散熱能力提出了更高的要求。金屬陶瓷復合材料不僅具有陶瓷的高導熱性、高電絕緣性和低膨脹等特性，而且具有金屬的高導電性，是電子領域功率模塊封裝的不可或缺的關鍵基礎材料。陶瓷覆銅板(DBC)由于其優良的電絕緣性能和高導熱性能廣泛應用于功率器件模塊。然而，電子功率器件在經受高低溫度苛刻循環沖擊作用，陶瓷與銅之間存在較大的熱應力，導致界面開裂；此外由于芯片和銅的熱膨脹系數相差較大，導致覆銅板和芯片之間開裂。與陶瓷覆銅板(DBC)相比，陶瓷覆鋁板(DBA)對于溫度循環具有較高的可靠性，主要由于金屬鋁的彈性模量和屈服應力比銅低，在熱循環時可以有效緩解應力。因此，陶瓷覆鋁板(DBA)與陶瓷覆銅板(DBC)相比優良的抗熱震疲勞性能、良好的熱穩定性、結構質量輕(與同結構的DBC相比減輕44％)以及良好的Al線鍵合能力，在高功率及高密度功率器件均具有廣闊的應用前景。但由于鋁比較活潑，在大氣環境下表面會覆蓋一層穩定的氧化膜，即使在1000℃下及氧分壓低于10^-42MPa下，鋁表面依然會存在氧化膜。此外，鋁和陶瓷物理和化學性能方面存在較大差異，液態金屬很難發生潤濕，導致Al與陶瓷直接進行連接存在困難。

目前陶瓷覆鋁板制備工藝主要方法首先對陶瓷表面金屬化，將鋁與陶瓷連接轉變為鋁與金屬連接，隨后將金屬化后的陶瓷和鋁進行真空釬焊、瞬時液相擴散連接、熱壓燒結。中國發明專利CN103508745A公開了一種陶瓷覆鋁板的制備方法，將熔點相差50℃以上的兩塊鋁板軋制在一起，將熔點較低的鋁合金作為釬料和陶瓷組合成三明治真空釬焊。中國發明專利CN104485397A公布了一種陶瓷和鋁復合基板的制備方法，通過在陶瓷表面燒結銅層，隨后在銅層和鋁表面鍍Ni層后釬焊。中國發明專利CN113213972A公開了一種氮化鋁覆鋁陶瓷襯板的制備方法，在將氮化鋁陶瓷浸入到表面改性溶液中充分潤濕，進一步將表面附著改性溶液的氮化鋁陶瓷放置在馬弗爐中加熱后，在其表面形成均勻的AlSi改性層，隨后將金屬化后的氮化鋁陶瓷與鋁進行真空釬焊。中國發明專利CN113511915A公開了一種陶瓷覆鋁襯板的制備方法，在陶瓷表面燒結一層鋁鎂合金層，將金屬化后的陶瓷與純鋁直接真空釬焊。中國發明專利CN102756515B公開了一種陶瓷覆鋁板及其制備方法，采用物理氣相陶瓷表面沉積一層鋁膜，采用鋁基釬料將鋁基體和鍍膜陶瓷進行真空釬焊得到陶瓷覆鋁板。中國發明專利CN113501725A公開了一種覆鋁陶瓷絕緣襯板的制備方法，首先在陶瓷表面燒結一層鋁合金層，然后在純鋁基板表面電鍍微米級Ni或Cu鍍層，而后通過瞬間液相擴散焊接，將鋁箔與陶瓷基板直接鍵合，制備覆鋁陶瓷絕緣襯板。中國發明專利CN102875180A公布了一種連接陶瓷和鋁金屬的方法，在陶瓷表面制備數微米厚的鋁或鋁合金薄膜，隨后在電場作用下將鍍膜陶瓷和鋁之局部熔化形成連接。中國發明專利CN103833404A公布了一種覆鋁陶瓷基板的制備方法，首先在陶瓷表面制備一層Cu或Zn金屬過渡層，隨后將鋁基體和陶瓷進行熱壓燒結，在燒結過程中通過形成Al-金屬共晶液體，可以解決鋁與陶瓷表面潤濕性不佳的問題。中國發明專利CN102040393A公開了一種陶瓷和鋁或鋁合金表面金屬化連接方法，將陶瓷表面熱浸鋁合金后與純鋁進行軋制。中國發明專利CN106278344A公開了一種陶瓷覆鋁板的制備方法，首先在陶瓷雙面制備鎂鋁合金層，隨后將將金屬鋁板疊置在過渡金屬層表面將其放入熱壓模具中，在20～22MPa、250～260℃條件下熱壓60～80min后冷卻，制得陶瓷覆鋁板。