[发明专利]一种氮化硅瓷片界面改性方法及覆铜陶瓷基板制备方法

说明书

本发明涉及一种氮化硅瓷片界面改性方法及覆铜陶瓷基板制备方法，其中氮化硅瓷片界面改性方法包括如下步骤：1)改性溶液制备：将粒径为20～20000nm的α‑氮化硅粉末与分散剂加入至溶剂中搅拌均匀，得到α‑氮化硅粉末含量为0.003～0.02g/mL的改性溶液；2)改性瓷片制备：将步骤1)中的改性溶液均匀涂覆在氮化硅瓷片上并在80～220℃条件下烘干。根据上述方法改性后的氮化硅瓷片可直接用于覆铜陶瓷基板的活性钎焊，提高了氮化硅瓷片钎焊时反应活性，进行真空烧结时，能够在瓷片与金属焊片界面层形成更致密的结构，能够提高产品的剥离强度。此外，未反应的α‑氮化硅粉末能够嵌入近瓷界面层中，降低界面层的热膨胀系数，可提高瓷片与界面层在冷热冲击条件下的结合可靠性。

技术领域

本发明属于半导体基板制备技术领域，涉及一种覆铜陶瓷基板制备技术，具体而言涉及一种氮化硅瓷片界面改性方法及覆铜陶瓷基板制备方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)功率模块是目前性能最为优良的半导体器件之一。覆铜陶瓷基板主要用作IGBT芯片的衬板。因覆铜陶瓷基板生产加工工艺的不同主要可分为直接覆铜陶瓷基板(DCB或称DBC)和活性金属钎焊陶瓷基板(AMB)，DCB工艺是指利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上，AMB是指钎焊料将陶瓷板和金属铜箔烧结在一起。相较而言，AMB覆铜板具有更高的可靠性和更优异的性能。

冷热循环可靠性及剥离强度是AMB覆铜陶瓷基板最基础也是最重要的性能，尤其是针对大功率模块，更高的冷热循环可靠性意味着器件性能更稳定，寿命更长。活性金属钎焊陶瓷基板基础性能是由烧结工艺(烧结制度、材料(焊片、瓷片、铜片))决定的，而活性钎焊形成的界面结合层能直接反映其基础性能。

随着IGBT大功率模块技术的进一步发展，要求AMB覆铜陶瓷基板具备更高的冷热循环可靠性，而活性钎焊烧结制度的优化对可靠性的提升是有限的。因此，寻找一种成本低廉、效果良好的界面改性覆铜陶瓷基板的制备方法对提升覆铜板冷热循环可靠性具有重要意义。

发明内容

本发明是为解决上述不足进行的，提供了一种氮化硅瓷片界面改性方法及覆铜陶瓷基板制备方法。

本发明的技术改进原理如下：针对氮化硅的金属焊片AMB钎焊工艺，在氮化硅陶瓷上引入一层离散的α-氮化硅粉末，亚微米甚至纳米级的α-氮化硅粉末相比于氮化硅瓷片中所含的β-氮化硅具有更高的活性，能在更低的温度下与活性金属反应，可在界面层形成更致密的结构。同时部分未完全反应的氮化硅粉末会嵌入近瓷界面层中，降低界面层的热膨胀系数，从而提高瓷片与界面层在冷热冲击条件下的结合可靠性。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明第一方面，提供了一种氮化硅瓷片界面改性方法，采用超细α-氮化硅粉末对AMB覆铜陶瓷基板中的氮化硅瓷片进行界面改性，包括如下步骤：1)改性溶液制备：将粒径为20～20000nm的α-氮化硅粉末与分散剂加入至溶剂中搅拌均匀，得到α-氮化硅粉末含量为0.003～0.02g/mL的改性溶液；2)改性瓷片制备：将步骤1)中的改性溶液均匀涂覆在氮化硅瓷片上并在80～220℃条件下烘干。

优选的，步骤1)中，α-氮化硅粉末的粒径优选为20～100nm，改性溶液中α-氮化硅粉末含量为0.005～0.01g/mL，经过实验验证，α-氮化硅粉末含量在0.005～0.01g/mL范围内时在溶剂中达到很好的分散效果。

优选的，步骤1)中，分散剂为聚丙烯酸铵，其与α-氮化硅粉末的质量比为0.5％-3％；溶剂为乙醇、丙酮、纯水中的一种或者几种混合。

优选的，步骤2)中，涂覆方式包括喷涂、丝网印刷或涂布，改性后瓷片的烘干条件为在80～220℃条件下烘干10～30min。

本发明的第二方面，提供了一种AMB覆铜陶瓷基板用界面改性氮化硅瓷片，该氮化硅瓷片的界面改性方法如上所述。改性后的氮化硅瓷片可直接用于覆铜陶瓷基板的活性钎焊。