本发明属于半导体制造领域,尤其涉及一种低氧铜烧结DBC半导体热电基片的生产方法。
背景技术:
随着功率电子器件的发展,电路板集成度与工作频率不断提高,散热问题已成为功率电子器件发展中必须要解决的关键问题。陶瓷基片是大功率电子器件、集成电路基片的封装材料,是功率电子、电子封装与多芯片模块等技术中的关键配套材料,其性能决定着模块的散热效率和可靠性。
低氧铜烧结DBC半导体热电基片由于具有高导热性、高电绝缘性、电流容量大、机械强度高、与硅芯片相匹配的温度特性等特点,因此被广泛应用于航天、军工、汽车等特殊电子行业,用来做功率芯片的绝缘与散热。
现有工艺是采用Al2O3陶瓷基片与经过氧化处理后的覆铜烧结,其中无氧铜氧化处理工艺复杂难以控制氧化的一致性,所以价格十分昂贵,无氧铜烧结DBC半导体热电基片售价是低氧铜烧结DBC半导体热电基片售价的5倍左右。
技术实现要素:
为了解决上述现有技术中存在的问题,本发明旨在提供一种低氧铜烧结DBC半导体热电基片的生产方法,采用Al2O3陶瓷基片与低氧铜直接覆铜烧结出客户所需产品图形,烧结工艺简单且成本低廉。
为了实现上述发明目的,本发明的技术方案如下:
一种低氧铜烧结DBC半导体热电基片的生产方法,包括以下步骤:
A.瓷片表面印胶点
选取Al2O3陶瓷基片,将胶点按照导流条尺寸用相应尺寸丝网印至Al2O3陶瓷基片表面;
B.装配
先将导流条筛入模具中;然后把步骤A中Al2O3陶瓷基片表面印上胶点的基片扣入筛满导流条的模具中;
C.烧结
将步骤B中装配好的DBC半导体热电基片半成品放入高温且氮气纯度为99.999%的体系中直接键合而成的DBC半导体热电基片。
本发明在步骤B中,导流条自身含氧量为510~520ppm。
本发明在步骤C中,依次经过排胶、烧结和冷却三个步骤;所述排胶是指烧结体系在升温到500℃之前,体系内部胶点被熔化炭化挥发;导流条在300℃以上由导流条自身含氧量510~520ppm与Al2O3陶瓷基片在1000℃~1100℃烧结;烧结后冷却至80℃以内。
本发明在步骤A中,所述Al2O3陶瓷基片的密度≥3.7g/cm3。
本发明在步骤B中,在无尘、干燥、恒温且无振动的环境中进行装配;所述无尘为百级以上;所述干燥为相对湿度90%以下。
本发明采用所述步骤制出的低氧铜烧结DBC半导体热电基片的抗拉强度≥780N/㎝2;且浸锡实验合格。
本发明在步骤A中,所述Al2O3瓷片中Al2O3的含量为95~98%。
本发明在步骤C中,500℃前完成排胶,500℃时氧含量控制在9.8~10.2ppm之间,烧结温度点1000℃~1100℃时氧含量控制在2~10ppm之间。
本发明在步骤C中氮气纯度都必须是99.999%以上。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(一)本发明采用Al2O3陶瓷基片与低氧铜直接覆铜烧结而成。不同于现有的采用Al2O3陶瓷基片与经过氧化处理后的无氧铜覆铜烧结,本发明所述方法直接通过烧结即可得到需要的图形,不需要烧结前导流条氧化处理。
(二)本发明的烧结工艺简单,采用Al2O3陶瓷基片与导流条在高温和氮气纯度为99.999%的气体中直接键合而成的陶瓷基覆铜板。本发明所述方法对烧结参数要求比无氧铜覆铜烧结DBC半导体热电基片更为宽松,更容易生产出合格的DBC半导体热电基片。
(三)采用本发明所述方法制得的DBC半导体热电基片成本低,低氧铜烧结DBC半导体热电基片售价是无氧铜烧结DBC半导体热电基片售价的1/5左右,低氧铜覆铜烧结DBC半导体热电基片比现有的采用无氧铜覆铜烧结DBC半导体热电基片工艺简单,有利于工业化生产。
(四)本发明在Al2O3陶瓷基片的表面印制有胶点,这个胶点用来固定导流条,确保Al2O3陶瓷基片在烧结前导流条不会移位。
(五)本发明对导流条进行了烘干处理,一方面烘干便于存放,另一方面烘干可以使导流条之间不粘黏,不氧化。
(六)本发明在无尘干燥恒温且无振动的环境中进行装配,保持导流条干净无灰尘污染;保持导流条干燥利于烧结防止氧化;恒温的环境有利于粘合剂保持一定粘性,无振动的环境可以有效防止导流条移位。
附图说明
图1 为本发明的工艺流程图。
图2为烧结温度与氧含量关系示意图。
图3为氮气流量与氧含量关系示意图。
图4为本发明的原理示意图。
图5为本发明的产品俯视图。
图6为本发明的产品侧视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
一种低氧铜烧结DBC半导体热电基片的生产方法,包括以下步骤:
A.瓷片表面印胶点
选取Al2O3陶瓷基片,将胶点按照导流条尺寸用相应尺寸丝网印至Al2O3陶瓷基片表面;
B.装配
先将导流条筛入模具中;然后把步骤A中Al2O3陶瓷基片表面印上胶点的基片扣入筛满导流条的模具中;
C.烧结
将步骤B中装配好的DBC半导体热电基片半成品放入高温且氮气纯度为99.999%的体系中直接键合而成的DBC半导体热电基片。
本发明的胶点是用来固定导流条位置的。
本发明的导流条起传导作用的,采用的是低氧铜粒子。
本发明在步骤B中,导流条自身含氧量为510~520ppm。
本发明在步骤C中,依次经过排胶、烧结和冷却三个步骤;所述排胶是指烧结体系在升温到500℃之前,体系内部胶点被熔化炭化挥发;导流条在300℃以上由于导流条自身含氧量510~520ppm与Al2O3陶瓷基片在1000℃~1100℃烧结;烧结后冷却至80℃以内。
本发明在步骤A中,所述Al2O3陶瓷基片的密度≥3.7g/cm3。
本发明在步骤B中,在无尘、干燥、恒温且无振动的环境中进行装配;所述无尘为百级以上;所述干燥为相对湿度90%以下。
本发明采用所述步骤制出的低氧铜烧结DBC半导体热电基片的抗拉强度≥780N/㎝2;且浸锡实验合格。
本发明在步骤A中,所述Al2O3瓷片中Al2O3的含量为95~98%。
本发明在步骤C中,500℃前完成排胶,500℃时氧含量控制在9.8~10.2ppm之间,烧结温度点1000℃~1100℃时氧含量控制在2~10ppm之间。
本发明在步骤C中氮气纯度都必须是99.999%以上。
以下本发明所述方法制出的产品的质量标准参数:
采用本发明所述方法制备得到的DBC半导体热点基片能够满足上述质量参数。
本发明所述的低氧铜烧结DBC半导体热电基片的生产方法中,Al2O3陶瓷基片直接键合导流条,在1000℃~1100℃范围内,导流条表面形成Cu-O共晶液,本发明所述方法利用该Cu-O共晶液一方面与Al2O3陶瓷基片发生化学反应生成CuAlO2或CuAl2O4相,另一方面浸润铜箔实现Al2O3陶瓷基片与导流条的结合。
Al2O3瓷片与导流条的键合机理为:在高温下含氧量一定的体系中金属导流条表面氧化形成一薄层Cu2O,温度高于低共熔点时出现Cu2O共晶液相,其中的Cu2O相与Al2O3陶瓷有着良好的亲和性,使介面能降低,共晶液相能很好的润湿铜和陶瓷。同时液相中的Cu2O与Al2O3发生化学反应形成CuAlO2,冷却后通过Cu-Al-O化学键,Cu2O与Al2O3陶瓷牢固键合在一起。在Cu2O与金属接触的另一端,以Cu-O离子键将Cu2O与铜层紧密联接起来。