氮化鋁基陶瓷覆銅板的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于覆銅板制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化鋁基陶瓷覆銅板的制備方法。無氧紫銅箔前處理后，再放入熔融的硝酸鈉中進(jìn)行中溫化學(xué)氧化處理；氮化鋁基板前處理后，再經(jīng)過高溫氧化處理；對高溫氧化后的氮化鋁基板磁控濺射處理，通過將處理后的無氧紫銅箔預(yù)壓成圓弧形，與氮化鋁基板疊裝在一起放置在鏈?zhǔn)芥I合爐內(nèi)進(jìn)行高溫動態(tài)連續(xù)鍵合，鍵合后采用循序溫差交替降溫法處理，即得。本發(fā)明專利技術(shù)生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低，制備的氮化鋁基陶瓷覆銅板具有空洞率低、熱膨脹系數(shù)低、應(yīng)力低、熱導(dǎo)率高、剝離強(qiáng)度高、鍵合面積大的特點。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)屬于覆銅板制造
，具體涉及一種。無氧紫銅箔前處理后，再放入熔融的硝酸鈉中進(jìn)行中溫化學(xué)氧化處理；氮化鋁基板前處理后，再經(jīng)過高溫氧化處理；對高溫氧化后的氮化鋁基板磁控濺射處理，通過將處理后的無氧紫銅箔預(yù)壓成圓弧形，與氮化鋁基板疊裝在一起放置在鏈?zhǔn)芥I合爐內(nèi)進(jìn)行高溫動態(tài)連續(xù)鍵合，鍵合后采用循序溫差交替降溫法處理，即得。本專利技術(shù)生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低，制備的氮化鋁基陶瓷覆銅板具有空洞率低、熱膨脹系數(shù)低、應(yīng)力低、熱導(dǎo)率高、剝離強(qiáng)度高、鍵合面積大的特點。【專利說明】
本專利技術(shù)屬于覆銅板制造
，具體涉及一種。
技術(shù)介紹
隨著高效、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)電的高頻電力電子器件、裝置對傳統(tǒng)、低效、耗電、費(fèi)材的工頻電力電子器件、裝置的更新?lián)Q代，目前電力電子市場需要大量的IGBT模塊。由于IGBT芯片制造工藝復(fù)雜，需經(jīng)十幾次光刻工藝，因而不能制成單個大電流芯片，所以多芯片并聯(lián)技術(shù)就成為IGBT模塊向大電流容量發(fā)展的主要技術(shù)措施。這就需要一種像PCB板一樣能蝕刻出各種圖形結(jié)構(gòu)的電路板來實現(xiàn)線路并聯(lián)，同時要解決IGBT模塊的散熱和絕緣問題，來滿足大電流、高絕緣性、高熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)接近硅芯片等技術(shù)要求，因此陶瓷覆銅板已成為IGBT等高頻器件模塊制造必不可少的關(guān)鍵材料。三氧化二鋁基陶瓷覆銅板雖能滿足上述基本要求，但其熱導(dǎo)率比氮化鋁基陶瓷覆銅板低6倍以上，且熱膨脹系數(shù)比氮化鋁基陶瓷覆銅板要大。而氮化鋁基陶瓷覆銅板不僅具有較高的熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)與硅非常接近，且電氣性能與三氧化二鋁陶瓷覆銅板接近，是目前新一代高密度、大功率電子封裝中比較理想的陶瓷覆銅板材料。因氮化鋁陶瓷屬共價鍵較強(qiáng)的化合物，Al-N間很強(qiáng)的共價鍵以及共價鍵極強(qiáng)的方向性，使氮化鋁陶瓷具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，高溫下難以與銅箔及其氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。Cu-Cu2O共晶熔體在高溫下對氮化鋁陶瓷的潤濕性較差，因此共價鍵性較強(qiáng)的氮化鋁陶瓷不能與銅形成直接鍵合，必須有一層氧化物相Al2O3作為過渡層。現(xiàn)有氮化鋁基陶瓷覆銅板的生產(chǎn)工藝為將無氧紫銅箔高溫氧化生成一層Cu2O過渡層，將氮化鋁基板高溫氧化生成一層Al2O3過渡層，將無氧紫銅箔平鋪疊放在氮化鋁陶瓷基板上放入管式爐中進(jìn)行靜態(tài)燒結(jié)成氮化鋁基陶瓷覆銅板，但制成的陶瓷覆銅板面積較小，一般在40mmX40mm。因為是靜態(tài)`燒結(jié)，只能燒結(jié)完一批才能在進(jìn)行第二批燒結(jié)，而且進(jìn)行第二批燒結(jié)前要等爐管內(nèi)的溫度、氮氧氣氛流量恢復(fù)工藝參數(shù)穩(wěn)定幾分鐘后才能操作，所以生產(chǎn)效率很低。因為是靜態(tài)燒結(jié)，要將無氧紫銅箔平鋪疊放在氮化鋁陶瓷基板上從室溫迅速放入高溫，短時間內(nèi)溫度差變化很大，如果氮化鋁基板面積超過40mmX 40mm，在短時間內(nèi)很容易吸收較多熱量，造成局部燒結(jié)不牢，出現(xiàn)脫層或空洞現(xiàn)象。因為是平鋪疊放燒結(jié)，高溫下無氧紫銅箔與氮化鋁陶瓷基板貼合不會很緊密，而且燒結(jié)過程中還會有氣體被夾包在兩種材料中間，從而產(chǎn)生大量空洞。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種，生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低，制備的氮化鋁基陶瓷覆銅板具有空洞率低、熱膨脹系數(shù)低、應(yīng)力低、熱導(dǎo)率高、剝離強(qiáng)度高、鍵合面積大的特點。本專利技術(shù)所述的，步驟如下:(I)無氧紫銅箔前處理后，再放入熔融的硝酸鈉中進(jìn)行中溫化學(xué)氧化處理，在無氧紫銅箔的鍵合面形成一層均勻致密的Cu2O膜；(2)氮化鋁基板前處理后，再經(jīng)過高溫氧化處理，在氮化鋁基板的兩面各形成一層均勻致密的Al2O3膜；(3)對高溫氧化后的氮化鋁基板磁控濺射處理，在兩面各形成一層均勻致密的Cu2O 膜；(4)通過將處理后的無氧紫銅箔預(yù)壓成圓弧形，保證凸面為氧化層面，凹面為非氧化層面，氧化層面與氮化鋁基板疊裝在一起放置在鏈?zhǔn)芥I合爐內(nèi)進(jìn)行高溫動態(tài)連續(xù)鍵合；(5)鍵合后采用循序溫差交替降溫法處理，即得。步驟(1)中所述的無氧紫銅箔的厚度為0.1~0.4mm，長度為35~193mm，寬度為35 ~145mm。步驟(1)中所述的中溫化學(xué)氧化處理的溫度為350~370°C，時間為15~20min。步驟(1)中所述的無氧紫銅箔前處理是用四刷輥刷板機(jī)進(jìn)行5%稀硫酸酸洗、刷板去除自然氧化層、自來水洗、高壓自來水洗、超聲波去離子水清洗、熱風(fēng)烘干等工藝，然后在非氧化面上粘貼一層耐400°C高溫膠帶，防止非鍵合面被氧化造成鍵合時表面發(fā)生融化。前處理過程是常規(guī)步驟。步驟(1)中所述的硝酸鈉為試劑級的硝酸鈉，狀態(tài)為350~370°C熔融的硝酸鈉，氧化時間為15~20min。基于硝酸鈉的性質(zhì)，硝酸鈉低于306°C不能熔融，高于380°C分解產(chǎn)生氧氣容易生成黑色的氧化銅CuO，反應(yīng)如下2Cu + O2- 2Cu0。所以根據(jù)以上溫度特性綜合試驗確定生成Cu2O膜的合理溫度區(qū)間350~370°C，形成Cu2O膜的化學(xué)過程為2Cu + NaNO3 — Cu2O +NaNO2 ο因氮化鋁陶瓷屬共價鍵較強(qiáng)的化合物，Al-N間很強(qiáng)的共價鍵以及共價鍵極強(qiáng)的方向性，使氮化鋁陶瓷具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，高溫下難以與銅箔及其氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。Cu-Cu2O共晶熔體在高溫下對氮化鋁陶瓷的潤濕性較差，因此共價鍵性較強(qiáng)的氮化鋁陶瓷不能與銅形成直接鍵合，必須有一層氧化物相Al2O3作為過渡層。步驟(2)中所述的 氮化鋁基板為含量≥97%的A1N，厚度為0.38~1.0mm，長度為40 ~200mm,寬度為 40 ~150mm。步驟(2)中所述的高溫氧化處理的溫度是1095~1105°C，時間是200~230min，氧氣流量為20~30ml/min，高純氧氣純度≥99.99%。步驟(2)中所述的高溫氧化處理是氮化鋁基板在高溫氧化爐內(nèi)進(jìn)行，高溫氧化爐膛材質(zhì)為含量99%A1203，爐膛尺寸為Φ 350mmX 1500mm。通過對氮化鋁基板高溫氧化處理，可在氮化鋁陶瓷基板表面生成一層致密的Al2O3層，反應(yīng)式為 4Α1Ν+302 — 2A1203+2N2。步驟(2)中所述的氮化鋁基板前處理是超聲波丙酮清洗、超聲波去離子水清洗、烘干。前處理過程是常規(guī)步驟。步驟(3)中所述的磁控濺射處理是將氮化鋁陶瓷基板放入JGP-350C型磁控濺射設(shè)備(中科院沈陽科學(xué)儀器股份有限公司)，濺射所用靶為高純Cu靶(純度> 99.99%)，直徑為60mm，厚度3mm。靶與襯底之間的距離為70mm，采用Ar (純度> 99.999%)為工作氣體，O2 (純度> 99.999%)為反應(yīng)氣體。功率為76W，氣壓為1.0Pa, Ar流量76ml/min~78ml/min, O2 流量 7.6ml/min ~7.8ml/min,氧分壓比例為 6.6 X 10_2,沉積時間 13min ~15min。通過磁控濺射處理，在氮化鋁陶瓷基板表面生成的Al2O3層上濺射一層均勻致密的Cu2O膜，可以對Al2O3膜形成保護(hù)加固，防止在高溫氮氣氣氛下，非常薄的Al2O3膜再次與氮氣發(fā)生如下反應(yīng)2A1203+2N2 — 4Α1Ν+302,從而把過渡層Al2O3膜破壞，造成鍵合后產(chǎn)生剝離強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的情況。磁控濺射法是在高真空中沖入適量的氬氣，在陰極(柱狀靶或平面靶)和陽極(鍍膜室壁)之間施加直流電壓，在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，使氬氣發(fā)生電離，氬離子被陰極加速并轟擊陰極靶表面，將靶材表面原子濺射本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種氮化鋁基陶瓷覆銅板的制備方法，其特征在于步驟如下：（1）無氧紫銅箔前處理后，再放入熔融的硝酸鈉中進(jìn)行中溫化學(xué)氧化處理，在無氧紫銅箔的鍵合面形成一層均勻致密的Cu2O膜；（2）氮化鋁基板前處理后，再經(jīng)過高溫氧化處理，在氮化鋁基板的兩面各形成一層均勻致密的Al2O3膜；（3）對高溫氧化后的氮化鋁基板磁控濺射處理，在兩面各形成一層均勻致密的Cu2O膜；（4）通過將處理后的無氧紫銅箔預(yù)壓成圓弧形，與氮化鋁基板疊裝在一起放置在鏈?zhǔn)芥I合爐內(nèi)進(jìn)行高溫動態(tài)連續(xù)鍵合；（5）鍵合后采用循序溫差交替降溫法處理，即得。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李磊，王懷義，
申請(專利權(quán))人：李磊，王懷義，
類型：發(fā)明
國別省市：