[发明专利]一种基于等离子体射流阵列的DBC基板表面处理系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于等离子体射流阵列的DBC基板表面处理系统及方法，属于表面处理领域，系统包括等离子体射流阵列、电源装置和气源装置；等离子体射流阵列包括依次布置的三个射流单元；各射流单元均与气源装置及电源装置相连接；气源装置包括分别与三个射流单元相连接的惰性气体储罐、空气储罐和反应媒介储罐，三个射流单元工作时分别产生用于对DCB基板表面进行清洗、氧化改性及薄膜沉积的射流体羽；反应媒介为甲氧基硅烷、四氯化钛或四氟化碳，使得通过所沉积的薄膜对DCB基板表面的介电参数进行优化以提高电气强度。本发明不但能够改善DCB基板表面电气强度，而且还具有废弃物排放低、能源损耗低、适于流水线作业的特点。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种基于等离子体射流阵列的DBC基板表面处理系统及方法。

背景技术

高压功率半导体器件是各高压大容量电力换流和控制装备中的核心，其目前已成为支撑高压直流电网、高速铁路、航空电子电源装置等发展的基础器件。然而，受封装绝缘技术的限制，高压功率半导体器件的工作电压和工作温度远未达到宽禁带半导体材料的极限参数。特别是高压功率模块覆铜陶瓷基板(DBC)所处绝缘结构中，金属电极、陶瓷基板和灌封绝缘构成了典型的“三固体”绝缘结构，由于界面介电参数的不匹配的原因，会造成局部电场集中，从而极易引发局部放电现象，进而造成绝缘老化发生绝缘击穿，导致功率器件失效。

针对高压功率模块封装绝缘内界面处的电场集中问题，学者与行业从业人员有通过绝缘几何结构调控来改善电场分布，但是受器件结构尺寸的制约改善效果有限；也有通过填料改性获得非线性绝缘材料可实现电场柔性均化，但这种“过盈”的材料改性方法面临工艺复杂、成本高等问题。

因此，针对“三结合点”这种典型界面问题，目前需要一种表面处理方法，以均化DBC基板表面电场，提高其电气绝缘性能；同时，该表面处理方法还需要有较高的处理效率与较低的资源能耗，以满足半导体芯片流水线化生产对加工效率与生产成本的高要求。

大气压低温等离子体技术作为一种新型的材料表面处理方法，其能在不破坏基体性能的温和条件下利用等离子体在材料表面引发物理化学反应，依此来实现目标单体分子聚合、接枝共聚与修饰成膜等，从而可控地改变材料表面的物理化学特性。特别，等离子体增强化学气相沉积法沉积钝化层薄膜改善绝缘理化、机械及电气性能已得到了广泛关注。如有研究者利用等离子体在环氧树脂表面构建致密网状薄膜从而提高其憎水性，或利用等离子体处理有机玻璃绝缘引入含氟基团(-CFn，-CHnF)以提高了材料表面的闪络电压。可以看到，低温等离子体技术在材料表面物理形貌构造、化学接枝成键以及表面性能优化等方面展现出独特优势。

而等离子体射流作为一种典型的等离子体产生形式，由于其放电空间与等离子体空间分离，十分适用于处理复杂结构材料表面。但是等射流离子体一般呈现针状或管状结构，只适用于极小面积的特殊位置处理，目前常采用多个射流单元组成等离子射流阵列模式来实现对大面积材料表面的处理。如有学者采用数十根单个射流单元平行和蜂巢状排列组成一维和二维射流阵列，分别产生了宽度3.2cm和面积18.6cm2的大面积等离子体放电。

例如，公开号为CN110831343A的中国发明专利公开的一种DBC基板选择性化学沉银的表面处理方法，该专利利用二次干膜把需要沉银的区域显现出来，通过二次干膜曝光时开窗及控制沉银厚度和化学沉银后清洗，解决DBC板面污染、铜面氧化及银层脱落等不良问题。该专利方法沉积金属银并改善了DBC本征结构提高其材料稳定性，但无法解决金属与陶瓷基板界面的电场集中问题。

又如，公开号为CN102560488A的中国发明专利公开的基于纳米银焊膏连接芯片的陶瓷-铜键合基板表面处理工艺，对DBC基板进行预清洗、电镀镍和磁控溅射镀银，防止金属铜渗出镀银层，并保证了较好的DBC基板结合强度。该方法通过化学工艺优化给出了提升DBC基板材料性能的方法，但该方法使用大量化学药剂，会造成客观的环境及资源浪费，也无法满足对DBC基板对表面性能改善的需求。