CN101269995B - 氧化铝陶瓷的铜粉金属化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铝陶瓷的铜粉金属化方法，步骤如下：(1)制备金属化浆料：原料及其重量百分比含量为Cu 90wt％，C 10wt％；(2)将待金属化的氧化铝陶瓷超声清洗；(3)涂覆金属化浆料；(4)将制品用C粉致密压埋，微波处理：1000W微波功率照射5～10min，转换成2000W功率继续照射5～20min；然后自然冷却至室温。本发明提高了金属化效率，缩短了金属化时间，简化了对设备的苛刻要求，不需要另外的气氛保护装置，并获得较好的金属化效果。本发明应用于集成电路的焊接工艺。

Description

氧化铝陶瓷的铜粉金属化方法
技术领域
本发明涉及一种微电子封装方法，尤其涉及一种利用微波局部加热效应实现金属化氧化铝陶瓷的方法。
背景技术
氧化铝陶瓷是应用量最大的电子基板材料，氧化铝陶瓷用于电子电路中，必须首先对其金属化，即在陶瓷表面覆盖金属薄层，随后用焊接工艺与金属引线或其他金属导电层相连接而成为一体。随着集成电路工艺不断发展，铜互连体系将逐步取代铝互连系统。传统的金属化工艺，需要通过传统高温炉在氢气的还原气氛保护下长时间的加热。目前现有技术金属化工艺过程复杂，由于需要气氛保护，设备要求较高同时也使成本提高。另外，传统的加热方式耗时久，能量利用率低。本发明采用微波金属化技术，通过引入C、SiC等常温下与微波耦合升温物质，使金属化界面局部迅速加热，达到局部升温，界面加热的目的。金属化过程在不到半小时就可以完成，同时节约能源。大大提高了金属化效率。同时C、CO在高温下可以还原氧化铜，C粉的引入和使用C粉保护埋烧同时也制造了保护气氛，可以有效的遏制Cu在金属化过程中的氧化。同时较短的金属化时间减低氧化可能发生的时间，也在另一方面抑制了金属氧化。这样，本发明可以大大简化工艺，降低对设备的要求，节约成本。
发明内容
本发明的目的是提高金属化效率，简化工艺对设备的苛刻要求，节约能源，并获得较好的金属化效果。
本发明通过如下技术方案予以实现，步骤如下：
(1)制备金属化浆料：原料及其重量百分比含量为为Cu 90wt％，C 10wt％，超声分散混合后在室温下干燥，以磷酸二氢铝溶液为载体分散混合后调整固相含量为60wt％；
(2)将待金属化的氧化铝烧结体陶瓷表面用去离子水进行超声清洗；
(3)将步骤(1)的金属化浆料均匀涂覆于氧化铝陶瓷的待金属化表面，在空气中干燥；
(4)将干燥后的制品放入莫来石坩埚中，用C粉致密压埋，进行微波处理：1000W微波功率照射5～10min，转换成2000W功率继续照射5～20min；然后自然冷却至室温。
所述步骤(4)的进行微波处理：1000W微波功率照射5min，转换成2000W功率继续照射15min。
本发明的有益效果是提高了金属化效率，缩短了金属化时间，简化了工艺对设备的苛刻要求，该方法可以在不使用氢气，不在还原气氛保护下，而在氧化气氛下达到较好的金属化效果，不需要另外的气氛保护装置，节约了能源，并获得较好的金属化效果。
具体实施方式
本发明利用微波的空间选择性烧结和整体加热特性，本技术方案的金属化涂层为铜粉与一定量碳粉的混合物，以磷酸二氢铝溶液为载体分散混合后的均匀料浆。碳粉具有不同于氧化铝的微波吸收特性，可在被金属化界面与金属涂层局部产生高温，在微波作用下，金属化界面上与金属化涂层中的碳被整体加热，可以在很短时间内达到一个很高的温度完成金属化。且在这样设计的弱氧分压的气氛下，加热过程中碳粉发生反应C+CuO→Cu+CO，CO+CuO→Cu+CO2。此反应过程可以有效抑制铜在高温下的被氧化。同时迅速的升温使金属化涂层很快的加热熔化，向陶瓷渗透完成结合。铜元素可以向氧化铝基体中扩散形成良好的结合。使用微波进行金属化则使得金属化过程中可以只选择性的加热金属化界面，而不需要对整个构件进行整体加热。同时微波的整体加热特性使得被金属化界面的温度升高速率是传统加热方式所不可比拟的，同时金属化过程的时间缩短，另一方面从量上降低了氧化的影响。
实施例1
被金属化陶瓷基体为尺寸为20×20×5mm的长方体，材质为氧化铝烧结体95瓷。
金属化涂层为Cu 90wt％，C 10wt％。超声分散混合后干燥，以磷酸二氢铝溶液为载体分散混合后调整固相含量为60wt％。将待金属化的氧化铝陶瓷基体，用去离子水进行超声清洗后干燥；将配好的金属化浆料均匀涂覆在氧化铝基体待金属化表面，在空气中室温干燥。将干燥后的样品放入设计的莫来石坩埚中用C粉致密压埋后进行微波处理，微波处理过程如下：1000W微波功率照射10min，转换成2000W功率继续照射20min。照射完成后自然冷却至室温。
对金属化界面进行扫描电镜观察可见连接界面处结合紧密，金属化层与基体形成了良好的界面结合。对金属化表面进行扫描电镜观察可见金属化表面均匀平整。扫描电子能谱显示金属Cu元素向基体材料有一个良好的扩散。
实施例2
被金属化陶瓷基体为直径20mm，厚5mm，材质为氧化铝烧结体95瓷。
金属化涂层为Cu 90wt％，C 10wt％。超声分散混合后干燥，以磷酸二氢铝溶液为载体分散混合后调整固相含量为60wt％。将待金属化的氧化铝陶瓷基体，用去离子水进行超声清洗后干燥；将配好的金属化浆料均匀涂覆在氧化铝基体待金属化表面，在空气中室温干燥。将干燥后的样品放入设计的莫来石坩埚中用C粉致密压埋后进行微波处理，微波处理过程如下：1000W微波功率照射5min，转换成2000W功率继续照射5min，再转换成3000W功率继续照射5min。照射完成后自然冷却至室温。
对金属化界面进行扫描电镜观察可见连接界面处结合紧密，金属化层与基体形成了良好的界面结合。对金属化表面进行扫描电镜观察可见金属化表面均匀平整。扫描电子能谱显示金属Cu元素向基体材料有一个良好的扩散。

Claims (2)

1.一种氧化铝陶瓷的铜粉金属化方法，步骤如下：
(1)制备金属化浆料：原料及其重量百分比含量为为Cu 90wt％，C 10wt％，超声分散混合后室温下干燥，以磷酸二氢铝溶液为载体分散混合后调整固相含量为60wt％；
(2)将待金属化的氧化铝烧结体陶瓷表面用去离子水进行超声清洗；
(3)将步骤(1)的金属化浆料均匀涂覆于氧化铝陶瓷的待金属化表面，在空气中干燥；
(4)将干燥后的制品放入莫来石坩埚中，用C粉致密压埋，进行微波处理：1000W微波功率照射5～10min，转换成2000W功率继续照射5～20min；然后自然冷却至室温。
2.根据权利要求1的氧化铝陶瓷的铜粉金属化方法，其特征在于，所述步骤(4)的进行微波处理：1000W微波功率照射5min，转换成2000W功率继续照射15min。
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