[发明专利]一种氮化铝陶瓷覆铜基板及其制备方法有效
申请号: | 201010141328.7 | 申请日: | 2010-03-31 |
公开(公告)号: | CN102208371A | 公开(公告)日: | 2011-10-05 |
发明(设计)人: | 任永鹏;林信平;张保祥 | 申请(专利权)人: | 比亚迪股份有限公司 |
主分类号: | H01L23/12 | 分类号: | H01L23/12;H01L21/48 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 氮化 陶瓷 覆铜基板 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及陶瓷金属化领域,具体涉及一种氮化铝陶瓷覆铜基板及其制备方法。
背景技术
绝大多数功率混合集成电路的封装材料一直沿用Al2O3和BeO陶瓷,但由于性能、环保、成本等因素,这些材料已不能完全适应功率电子器件发展的需要。因此,一种综合性能优越的新型陶瓷-AlN(氮化铝)陶瓷,无疑将成为传统Al2O3和BeO陶瓷的替代材料。与Al2O3和BeO陶瓷相比,AlN陶瓷不仅具有较高的热导率(理论导热系数达到320W/mK),热膨胀系数与Si、Ge等半导体材料匹配良好,且具有良好的电学性能和机械强度,是理想的电力电子封装材料。
然而,由于AlN属于共价键较强的化合物,一般的钎料不能润湿AlN陶瓷的表面。要实现AlN与电子芯片的可靠连接,通常需要将AlN陶瓷进行表面金属化,因此,制作AlN陶瓷覆铜基板是AlN陶瓷得以应用的关键步骤。
直接覆铜法(DBC法)是目前最常用的大功率模块用覆铜陶瓷基板的制作方法,它主要是基于Al2O3陶瓷覆铜基板发展起来的陶瓷表面的金属化技术,与采用DBC法制备的Al2O3陶瓷覆铜基板相比,AIN-DBC基板除了具有铜箔的高导电特性外,还具有AIN陶瓷的高导热性能,在微电子工业中已部分取代了Al2O3陶瓷覆铜基板应用于大功率器件中。DBC法的基本要点是在微氧气氛下,被敷接到陶瓷基片表面的铜箔周围形成一层熔点低于纯铜熔点的铜氧共晶液相(Cu-Cu2O共晶液相),该液相能够良好的润湿互相接触的铜箔和陶瓷基片表面,并形成CuAlO2等界面产物,使陶瓷基片与铜箔牢固的结合在一起。然而,由于AlN与Cu的界面润湿性差,Cu-O共晶液相对于AlN陶瓷表面的润湿角为142°(润湿性以润湿角来表征,润湿角越大表明该体系对AIN陶瓷的润湿性越差),从而AIN陶瓷基片与铜箔不能形成牢固的结合。
目前,国外采用DBC法进行AlN覆铜工艺的AlN陶瓷都经过了特殊的预处理,目前常用的AlN陶瓷的预处理方法是将AlN陶瓷进行预氧化后,在AlN陶瓷表面形成一层薄而致密的Al2O3层,从而改善AlN陶瓷的表面状态,增大Cu-O共晶液相对其表面的润湿程度,从而达到更好的结合效果。然而,即使是经过氧化的AlN陶瓷基片,Cu-O共晶液相对于AlN陶瓷表面的润湿角也有92°,接合强度不高。并且AlN与Cu的热膨胀系数相差较大,在AlN陶瓷表面预氧化转变成Al2O3的过程中,表层的Al2O3由于膨胀而多孔、疏松,这就使得AlN与Al2O3的结合界面处产生较大的内应力,不利于陶瓷基片的热稳定,在Al2O3层会产生许多垂直于AlN陶瓷基片表面的裂缝,在Al2O3层与AlN层的结合界面处也会产生许多平行于AlN陶瓷基片表面的裂纹。同时,疏松的Al2O3表层容易使Cu-O共晶液相渗透到内部的AlN层,与AlN层发生反应生成N2,宏观上造成铜箔表面鼓泡,微观上表现为铜箔与陶瓷基片的结合界面处产生许多大小不一的气泡,降低二者的接合强度,增加了废品率。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的氮化铝陶瓷覆铜基板的制备方法难以实现AlN陶瓷基片与铜箔的可靠敷接的技术问题。
本发明提供了一种氮化铝陶瓷覆铜基板,包括:氮化铝陶瓷基片、敷接于氮化铝陶瓷基片的至少一表面上的铜箔,其中,所述氮化铝陶瓷基片与铜箔之间形成有金属改性层,所述金属改性层中含有Cu2O、CuAlO2,并且还含有以下两组化合物中的至少一组:(1)、TixNy、TiO2,其中,X/Y=0.25~1;(2)、MnO2。
优选地,所述TixNy中,X为2或3;Y为2或4;并且,当X=2时,Y=2;当X=3时,Y=4。
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