[发明专利]功率电子器件用AlN陶瓷敷铜基板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷敷铜基板，尤其涉及功率电子器件用AlN陶瓷敷铜基板及其制备方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，大规模集成电路的发热功率密度相对以往大大提高。散热问题因为牵扯到力、光、电、热等一系列的问题，直接影响到功率电子器件的工作温度、电学特性及使用寿命等。随着输入功率的不断提高，如何从根本上解决散热问题成为普遍关注的热点。封装基板在电力电子系统散热中起到了决定性的作用，其中高性能的陶瓷覆铜基板是功率模块封装技术中的关键材料，其性能决定着模块的散热效率和可靠性。

铜是良好的导体材料，具有电阻率低，抗电子迁移能力好，可以承受大电流，导热性能（398W/m·K）好可以将器件内产生的热量及时的传导出以降低器件的工作温度，提高器件的性能，非常适用于功率电路和高频电路。金属铜材料相对于其他厚膜金属材料，价格更便宜，可以极大地降低器件的制作成本。

现阶段开发的高热导率陶瓷基有BeO、SiC、Al₂O₃和AlN，其中BeO具有毒性，不利于环保；SiC介电常数偏高，不适宜作基片， Al₂O₃的绝缘性好、化学稳定性好、强度高，且价格低，是陶瓷敷铜基板的优选材料，但是Al₂O₃的热导率低，并且与Si的热膨胀系数(约4.1×10^-6／K)存在一定的热失配；AlN材料无毒，介电常数适中，热导率远高于Al₂O₃，和BeO接近，适用于大功率半导体基片，在散热过程中能起到决定性的作用。AlN热膨胀系数和Si较接近，各类Si芯片和功率电子器件可以直接附着在AlN基板上而不用其它材料的过渡层，同时AlN还具有较高的机械强度，优良的电气性能，所以选择AlN陶瓷基作为绝缘导热基板已是大势所趋。

AlN属于强共价键化合物，作为非氧化型陶瓷，高温下难以与其他金属材料反应，实施金属化困难。业内最常用的方法就是对氮化铝基板进行预处理使得氮化铝表面形成氧化型过渡层，Jurgen Schulz-Harder在氮化铝基板上溅射/蒸镀一层铜，铜的厚度须经过严格控制，并进行热氧化处理，制备的氮化铝DBC基板剥离强度≥50N/cm，孔洞率低，专利号US006066219A。专利CN101875569A在氮化铝表面形成4~10μm的铜、氧化铜或氧化亚铜等金属预烧层，并进行1250~1350℃热氧化处理，然后在550~650℃下热还原处理3~5h，制备的氮化铝基板性能较好。专利CN101445386A和CN103819214A涉及到通过氮化铝和Cu层之间引入Cu₂O的方式形成Cu-O共晶层，从而在氮化铝陶瓷表面形成铜金属化层的方法。 专利CN102208371A涉及到磁控溅射Ti改性层获得敷铜氮化铝基板工艺。由此看来，现已公布的氮化铝陶瓷金属化方法工艺复杂，条件苛刻，成本高。但如何简化工艺，降低成本获得高性能的氮化铝陶瓷敷铜基板仍是一个技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种功率电子器件用AlN陶瓷敷铜基板及其制备方法，通过丝网印刷厚膜和敷接铜箔工艺，获得功率电子器件用AlN陶瓷敷铜基板。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

功率电子器件用AlN陶瓷敷铜基板，包括AlN衬底、Cu、Ti、Al膜和Cu箔，所述Cu、Ti、Al膜涂敷在AlN表面，所述Cu箔敷接于Cu、Ti、Al膜之上。本发明通过配制不含玻璃相的Cu、Ti、Al浆料经丝网印刷厚膜法刷涂在AlN表面经气氛烧结获得铜钛铝膜，然后在低于铜熔点的温度附近敷接Cu箔。

优选的，所述Cu、Ti、Al膜厚度为20~30μm，Cu箔厚度为300~400μm。

功率电子器件用AlN陶瓷敷铜基板的制备方法，包括

步骤1、合成有机载体工艺过程：将乙基纤维素，松油醇，卵磷脂按照一定的比例混合于烧杯中，在95℃水浴条件下不断搅拌溶解后获得有机载体。

步骤2、无玻璃相Cu、Ti、Al浆料制备过程：将功能相Cu、Ti、Al粉体按比例称取与相应比例的有机载体混合均匀，制得Cu、Ti、Al浆料。

步骤3、AlN衬底的清洗：对AlN衬底依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗。

步骤4、通过手动丝网印刷机将步骤2)获得的浆料刷涂在步骤3)的AlN衬底两面。