一種覆銅硅基板制造技術

本實用新型專利技術屬于電子封裝技術，涉及一種功率器件封裝用覆銅硅基板。該基板在硅片上表面設有熱壓鍵合而成的芯片焊接區銅層和上電極引線區銅層，在硅片下表面設有熱壓鍵合而成的導熱和應力補償銅層，以及下電極引線區銅層，上、下電極引線銅層通過硅片內孔中的銅柱實現互連，各銅層的厚度相等，且均為由銅箔表面選擇性腐蝕后在硅片表面鍵合制備而成的銅層。本實用新型專利技術通過在銅箔表面選擇性腐蝕得到納米多孔銅層，并以此銅層作為銅箔與硅片間的熱壓鍵合層。由于納米尺度效應，可以在較低溫度和壓力下實現銅箔-硅片間的高強度鍵合。并且由于納米多孔結構的存在，可有效緩解金屬銅層與硅片間的熱應力，提高覆銅硅基板的使用性能與可靠性，滿足功率器件封裝散熱需求。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于電子封裝制造技術，具體涉及一種功率器件封裝用覆銅硅基板?，F有技術隨著三維封裝技術發展和系統集成度提高，以大功率發光二極管(LED)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、激光器(LD)為代表的功率器件制造過程中，散熱基板的選用成為關鍵的技術環節，并直接影響到器件的使用性能與可靠性。對于電子封裝而言，散熱基板主要是利用其材料本身具有的高熱導率，將熱量從芯片導出，實現與外界的電互連與熱交換。但對于功率器件封裝而言，基板除具備基本的布線(電互連)功能外，還要求具有較高的導熱、絕緣、耐高溫、耐電壓能力與熱匹配性能，一般采用陶瓷覆銅基板(就是金屬銅層與陶瓷片的復合結構，該結構充分利用了銅層的高導電、導熱能力與陶瓷基片的絕緣、耐熱、耐電壓能力)。常用的陶瓷覆銅板包括厚膜燒結工藝制備的陶瓷金屬化基板、高溫直接鍵合工藝制備的覆銅陶瓷板(DBC)和直接電鍍工藝制備的覆銅陶瓷板(DPC)。而常用的陶瓷基片材料則·為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氧化鈹等。其中，氧化鋁的熱導率較低(20-30W/mK)，氮化鋁和碳化硅的價格較高，而氧化鈹具有一定的毒性，并且陶瓷材料與芯片材料(一般為半導體材料)的熱膨脹系數相差較大，從而一定程度上影響了陶瓷覆銅基板的使用。作為一種半導體材料，硅片具有工藝成熟、成本低、熱導率高(大于120W/mK)，熱膨脹系數與芯片材料相當等優點，非常適合作為散熱基板的基片材料。常用的硅片表面金屬化方法包括蒸發、濺射、電鍍等。但蒸發和濺射工藝難以制備出厚度較大(大于I μ m)的金屬膜(但散熱基板的金屬膜厚度一般大于ΙΟμπι),且成本極高；電鍍工藝在娃片表面制備金屬層，存在要濺射種子層、金屬與硅片間熱應力大(由于熱膨脹系數差較大)等問題，難以滿足散熱基板要求。圖I顯示了硅片與常用陶瓷材料的物理性能對比。
技術實現思路
針對陶瓷基板性能的不足及硅片表面金屬化存在的問題，本技術提出一種覆銅硅基板，可有效緩解金屬銅與硅片間的熱應力，提高覆銅硅基板的使用性能與可靠性。本技術提供的覆銅硅基板，其特征在于，在硅片上表面設有熱壓鍵合而成的芯片焊接區銅層和上電極引線區銅層，在硅片下表面設有熱壓鍵合而成的導熱和應力補償銅層，以及下電極引線區銅層，上、下電極引線銅層通過硅片內孔中的銅柱實現互連，芯片焊接區銅層、導熱和應力補償銅層、上電極引線區銅層和下電極引線區銅層的厚度相等，且均為由銅箔表面選擇性腐蝕后在硅片表面鍵合制備而成的銅層。作為上述技術方案的改進，所述芯片焊接區銅層、導熱和應力補償銅層、上電極引線區銅層和下電極引線區銅層的厚度為ΙΟμ 至500μπ 。本技術的有益效果是通過在銅箔表面選擇性腐蝕得到納米多孔銅層，并以此銅層作為銅箔與硅片間的鍵合層，得到覆銅硅基板。由于納米尺度效應，可以在較低溫度(300-400°C)和壓力(3. 0-20. OMPa)下實現銅箔-硅片間的高強度鍵合。并且由于納米多孔結構的存在，可有效緩解金屬銅與硅片間的熱應力，提高覆銅硅基板的使用性能與可靠性。本技術可以滿足功率器件(如大功率LED、IGBT、LD等)封裝散熱需求。具體而目，本技術制備的覆銅娃基板具有如下特點(I)散熱性能好，銅層與硅片間附著強度高、熱應力小。硅片是高熱導材料(硅片熱導率為120-140W/mK)，而銅的熱導率達398W/mK。特別是銅層與硅片間采用低溫熱壓鍵合工藝結合，界面應力小、熱阻小、粘結強度高；(2)抗熱沖擊性能強。覆銅硅基板的熱膨脹系數(CTE)由硅片所決定，而硅片的CTE與功率器件芯片(一般為半導體材料)的CTE相近，避免了封裝焊接后芯片與基板間的聞熱應力；(3)銅層厚度取決于銅箔厚度，可在很寬范圍內(10微米至500微米)選擇，滿足功率器件封裝導電、散熱要求；(4)可焊性好。銅層表面光滑，有利于功率器件芯片貼裝與打線；(5)生產成本低，覆銅硅基板采用銅箔與硅片熱壓鍵合制備，工藝簡單，適合大規模生產，并滿足板上芯片封裝技術(COB)發展。附圖說明圖I為本技術覆銅硅基板截面示意圖。其中I為硅片，2為硅片上表面的芯片焊接區銅層，3、3’為上、下電極引線區銅層，4硅片下表面的導熱和應力補償銅層，5為上下互連銅柱。圖2為本技術實施例的工藝流程圖。具體實施方式下面通過借助實施例更加詳細地說明本技術，但以下實施例僅是說明性的，本技術的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖I所示，本技術提供的覆銅硅基板包括硅片1，硅片上表面的芯片焊接區銅層2，上電極引線區銅層3，硅片下表面的導熱和應力補償銅層4，下電極引線區銅層3’，以及互連銅柱5。其中，硅片上下表面銅層的厚度相同。本技術的基板由硅片、上下表面的銅層及互連銅柱組成，銅層采用銅箔電鍍、選擇性腐蝕、熱壓鍵合等工藝制作在硅片上，其制備工藝流程如圖2所示。下面舉例予以具體說明1)4寸硅片(雙面不拋光)經清洗/烘干后，采用激光打孔、電鍍填銅等工藝，在硅片內形成上下互連的銅柱，然后在硅片上下表面各濺射20nm鈦膜(Ti )和50nm銅膜(Cu)；2)將尺寸為IOOmmX 100mm，厚度為50 μ m的電解銅箔在丙酮中超聲清洗10分鐘，吹干后置于鍍銅鋅液中電鍍一層厚度為5μηι的銅鋅層,去離子水(DI)沖洗、吹干；然后將該銅箔放入濃度為8%的鹽酸溶液中浸泡，直至無氣體產生為止，在銅箔表面得到孔徑尺寸約為20nm的納米多孔銅結構，取出后用去離子水漂洗后用氮氣吹干，儲存在氮氣柜中備用。3)將表面含有納米多孔銅結構的銅箔倒置在上述填銅、鍍膜后的硅片上下表面(納米多孔銅層與硅片表面TiCu膜接觸)，然后一起置于熱壓機中的加熱板上，關閉腔門；開啟真空泵和加熱電源，抽真空到10_2Pa，當熱板溫度升高到200°C以上時，施加5MPa壓力；繼續將熱板溫度升高到350°C并保溫30分鐘后冷卻，當熱板溫度低于IOCTC時，卸載壓力，得到雙面含銅層的銅-硅-銅基板； 4)將鍵合完成后的銅-硅樣品從鍵合腔內取出，采用抗蝕劑作為掩膜，圖形化腐蝕銅層得到覆銅硅基板。銅箔可為電解銅箔或壓延銅箔，硅片表面銅層厚度取決于銅箔厚度，可在IOum至500um內選擇，以滿足不同器件封裝時的導電和散熱要求。以上所述，僅是本技術的一種覆銅硅基板的較佳實施例而已，并非對本技術技術范圍作出任何限制。如所述銅箔可為電解銅箔或壓延銅箔，其厚度為ΙΟμπι至500 μ m。凡是依據本技術的技術實質對上述實施例做任何修改或等同變化、修飾，均屬于本技術
技術實現思路
之范圍。表I常用基片材料的物理性能本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種覆銅硅基板，其特征在于，在硅片（1）上表面設有熱壓鍵合而成的芯片焊接區銅層（2）和上電極引線區銅層（3），在硅片（1）下表面設有熱壓鍵合而成的導熱和應力補償銅層（4），以及下電極引線區銅層（3’），上、下電極引線銅層（3、3’）通過硅片（1）內孔中的銅柱（5）實現互連，芯片焊接區銅層（2）、導熱和應力補償銅層（4）、上電極引線區銅層（3）和下電極引線區銅層（3’）的厚度相等，且均為由銅箔表面選擇性腐蝕后在硅片表面鍵合制備而成的銅層。

【技術特征摘要】
1.一種覆銅硅基板，其特征在于，在硅片(I)上表面設有熱壓鍵合而成的芯片焊接區銅層(2)和上電極引線區銅層(3)，在硅片(I)下表面設有熱壓鍵合而成的導熱和應力補償銅層(4)，以及下電極引線區銅層(3’)，上、下電極引線銅層(3、3’)通過硅片(I)內孔中的銅柱(5)實現互連，芯片焊接區銅層(2)、導熱和應力補償銅層(4)、上電極引線區銅層(3)和下...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳明祥，黃瑾，
申請(專利權)人：武漢利之達科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：