[发明专利]铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔同时镶嵌陶瓷材料的工艺

说明书

本发明涉及一种铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔同时镶嵌陶瓷材料的工艺，对在压铸过程中覆盖铝金刚石表面的铜箔及陶瓷材料进行事先的刻痕处理，然后把它包裹在金刚石粉料外侧，使其高压压铸渗铝的过程中，很好地与铝金刚石复合材料形成牢固的连接，提高了多芯片组件和大电流功率模块的工作可靠性，满足散热基底材料表面的焊接、机械加工和涂镀处理等需求。通过采用经过刻痕处理的铜箔、陶瓷材料包裹在金刚石粉料外侧，在压铸过程中铜箔、陶瓷材料与铝金刚石复合材料基体实现牢固的连接。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件制造工艺技术领域，尤其是一种铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔同时镶嵌陶瓷材料的工艺，所得的是铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔，同时在芯片焊接区域镶嵌氮化铝等陶瓷材料的大功率半导体模块的散热器件。

背景技术

大功率半导体器件是航天航空、国防建设、民用交通、输变电系统等的核心部件。随着功率半导体器件的发展以及各方面技术的不断提升，其应用电压范围不断提高，频率范围不断扩大。功率半导体器件在工作过程中会产生一定损耗，当每个功率半导体器件芯片在工作过程中产生的损耗集中在极小的面积向外传播时，这样的高热流密度对器件的安全有效地工作来说是一个巨大的挑战。所以，功率半导体器件需要一定的封装形式以便进行散热，保证一定机械强度、保持各组件之间的电绝缘和减少环境对器件影响以保证器件工作的可靠性。

目前高端的大功率半导体器件已开始采用铝金刚石复合材料作散热基底材料。铝金刚石复合材料具有热导性能好、热膨胀系数可调、质量轻、刚度大、机械强度适中等优异性能，已成为大功率半导体器件最理想的散热基底材料。通常功率半导体器件采用的散热材料都是非绝缘材料，所以目前功率半导体器件采用由不同材料通过多次焊接而连接在一起的多层结构，包含芯片、绝缘衬底、散热基板以及各层之间的焊接材料等。由于热膨胀性能的差别，功率半导体器件在打开、导通、关断过程中功率损耗引起的结温变化、环境温度和湿度等的变化过程中，会引起各组成材料永久性移动或变形，最终造成功率半导体器件的失效。

功率半导体器件中的绝缘衬底通常采用陶瓷材料，它起着绝缘、联结芯片和散热基板的作用，目前功率半导体器件结构是将芯片、绝缘衬底、散热基板通过焊接的方式联结和固定在一起。由于焊接材料大都为导热性能较差的材料，因此多次焊接会造成热传导性能及结构可靠性的下降，如果能减少多层结构的层数，特别是减少焊接工序次数，这将降低器件制造工艺的复杂程度、节约生产成本，并大大提高功率半导体器件的工作可靠性。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔同时镶嵌陶瓷材料的工艺，从而满足散热基底材料表面的焊接、机械加工和涂镀处理等需求。

本发明所采用的技术方案如下：

一种铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔同时镶嵌陶瓷材料的工艺，包括如下操作步骤：

第一步：将待加工、厚度为0.1-0.5mm的铜箔固定在机床工作台上；

第二步：在铜箔的上方，装有两组刀排，分别为第一刀排座，所述第一刀排座上平行间隔安装有多个第一刻刀，还设置有与第一刀排座平行的第二刀排座，所述第二刀排座上平行间隔安装有多个第二刻刀；

第三步：机床工作台带着铜箔沿着X方向做直线运动，使两组刀排在铜箔表面上形成两组具有朝向不同、彼此相间的倒齿状第一刻痕；铜箔表面切入刻痕的深度为0.05-0.2mm；

第四步：第一刻痕加工完毕后，将专用的机床工作台连同铜箔一起旋转90度，对铜箔表面进行与第三步相同的刻痕加工，在该表面加工出第二刻痕；铜箔只需一面实施刻痕加工；

第五步：根据压铸散热基板的尺寸要求裁剪两片铜箔材料，其中一片将芯片焊接区域的铜箔材料切割掉；对两片铜箔表面进行防氧化处理；

第六步：将待加工、厚度为0.1-0.5mm的陶瓷片固定在机床工作台上；