CN102623356B - 一种芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法,步骤为:A、清洗烘干氧化铝或氮化铝陶瓷基片;B、将步骤A所得到的产品蒸发沉积Ti/Pt/Au过渡层;C、将步骤B所得的产品进行光刻处理,所述的光刻处理包括印刷光刻胶、前烘、曝光、显影、清洗、后烘过程,所述的光刻胶的厚度是2~20μm;D、将步骤C所得的产品进行金锡合金层的镀膜,所述的金锡合金的质量比为1:9至9:1,所述金锡合金层的厚度是2~8μm;E、将步骤D所得的产品进行共晶热处理和去光刻胶处理;F、将步骤E得到的产品进行切割分离,即可得芯片级可焊陶瓷热沉。该陶瓷热沉适用于半导体芯片散热需求,且封装热传导率是现有产品的20到100倍。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其涉及一种芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法。
背景技术
氮化铝陶瓷基片具有优良的热传导性,可靠的电绝缘性,低的介电常数和介电损耗,热膨胀系数与硅半导体元件相匹配,高电阻率,良好的机械性能和耐腐蚀性能等优点,从而成为新一代大规模集成电路,半导体模块电路及大功率光电器件的理想散热和封装材料。在微电子器件制造工艺中,考虑到由于芯片在工作中会产生大量的热,其结构通常需要有一个良好的散热通道,通常是采用钎料合金把芯片钎焊在管壳上来建立该通道。常见的钎料有两种。即Sn-Pb系合金钎料和Au合金钎料。金基钎料比锡基或铅基焊料具有较优良的热导率,此外,在功率半导体器件中,钎接头抗热疲劳特性是人们关注的问题,同高铅焊料相比,金基焊料具有较高的抗热疲劳性能。热沉,在工业上是指一种散热装置。目前在大功率光电器件的各种关键技术中,散热问题的解决是一个极其关键的技术。以LED来说,LED的散热已经越来越为人们所重视,目前LED的光电转换效率大约为30%左右,其余部分的电能全都转化为热能。而LED本身的热容量很小,这种热能如果不能够尽快传导到外界中去,将会使LED产生很高的结温,从而影响LED的使用寿命及发光效率,甚至会使得LED的光谱移动,色温升高,热应力增高等一系列问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于半导体芯片散热需求,且封装热传导率是现有产品的20到100倍以上的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的:一种芯片级可焊氧化铝或氮化铝陶瓷热沉的制备方法,步骤为:A、清洗烘干氧化铝或氮化铝陶瓷基片;B、将步骤A所得到的产品蒸发沉积Ti/Pt/Au过渡层;C、将步骤B所得的产品进行光刻处理,所述的光刻处理包括印刷光刻胶、前烘、曝光、显影、清洗、后烘过程,所述的光刻胶的厚度是2~20μm;D、将步骤C所得的产品进行金锡合金层的镀膜,所述的金锡合金的质量比为1:9至9:1,所述金锡合金层的厚度是2~8μm;E、将步骤D所得的产品进行共晶热处理和去光刻胶处理;F、将步骤E得到的产品进行切割分离,即可得芯片级可焊陶瓷热沉。
进一步:在上述芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法中,所述步骤A的清洗烘干是指将陶瓷基片放入清洗溶液中浸润5±1分钟后再用水冲洗干净后,最后在纯水中超声清洗2±1遍,自然干燥或烘干。所述步骤B蒸发沉积Ti/Pt/Au过渡层,Ti层的厚度为0.05~0.5μm,Pt的厚度为0.1~0.7μm,Au的厚度为0.2~0.8μm,所述步骤B蒸发沉积Ti/Pt/Au过渡层使用的设备是电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统。所述步骤C印刷光刻胶是指采用丝网印刷的方式将光刻胶印刷到基片上,前烘温度为70~150 ,时间为5~20min;显影的时间为20~200s;清洗的时间为20~200s;后烘的温度为70~150℃,时间为5~30s。所述步骤E共晶热处理的温度采用的是250~330℃,时间为3~10min。所述步骤E去光刻胶是采用的重量百分浓度为1~10%的氢氧化钠水溶液,水浴90~100℃,加热2~6min。所述步骤F切割设备的选择为工件移动,砂轮轴旋转但其位置固定的切割机,选用厚度为0.1mm的软刀进行切割,刀片转速:10000~35000rpm,切割水流:0.4-1.2mL/s,切割底膜厚度:0.06±0.01mm,进刀速度:1~5mm/s,进刀高度:0.05~0.2mm。
与现有技术相比,本发明的的陶瓷基片上蒸发沉积Ti/Pt/Au过渡层和金锡合金层的镀膜。该小尺寸热沉(热沉是指散热装置或散热设备),适用于半导体芯片有散热需求的封装。在0.10到1mm厚度,直径150mm或150*150mm的氧化铝或氮化铝基片上制造几千到万粒产品。采用光刻工艺,精确的控制了热沉的图形和线性,最小线宽可以做到10um。本发明准确控制Au-Sn合金的比例和百分比,在镀膜过程中,利用膜厚控制仪,能够精确的测量金属层的厚度,精确度能够达到5nm,通过我们的膜厚的精准测量,从而保证了产品的材料比例质量。本发明的所有工艺流程都在洁净间内进行的,本发明的热处理是在真空或氮气氛中进行。减少杂质和污染,提高了产品的性能和热传导率。本发明借鉴了半导体的硅片的切割的工艺,在可以在标准的陶瓷基片上设计图形,任意切割,提高了产品的产率。本发明的热沉热传导率是现有产品的20到100倍以上。
附图说明
图1是本发明的产品表面放大1000倍的图。
具体实施方式
本发明的主旨是利用金锡合金热传导率高,可焊性好的特点,在氧化铝或氮化铝陶瓷基片上镀上金锡合金层的镀膜,使得这种陶瓷热沉广泛适用于半导体芯片的散热。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述,实施例中所提及的内容并非对本发明的限定,材料中各个原材料的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。
实施例
1载体的选择与清洗
选用高纯度的氧化铝和氮化铝基片载体,基片的厚度为0.2——1.0mm,基片的尺寸为40mm×40mm——200mm×200mm,陶瓷基片经过清洗溶液浸润5-30分钟,再用丙酮,酒精进行水浴5到30分钟,水浴过程中可以适当加温至40-80℃左右,最后用去离子水超声波清洗,氮气吹干,得到洁净的载体材料。
2载体的镀覆过渡层及金层
利用电子束镀膜设备,在洁净的载体表面镀上过渡层及金层,镀膜时本底真空为5.0×10-4 -5.0×10-3Pa,载体温度50-250℃,载物台转速10-40rpm,镀膜完成后,过渡层的选择为Ti/Mo/Pt/Ag/Cu/Au,过渡层可以增强金锡合金与基片载体的结合力。
3载体表面的图形化
除印刷光刻胶外,还采用了旋转涂覆光刻胶的方式进行光刻胶的图形化,该方案与印刷光刻胶的方式有较大的不同。在纯金层表面可以用旋转涂覆的方法涂覆一层光刻胶,选用的光刻胶为负性光刻胶,该光刻胶经过曝光处理后会形成一定的图形,光刻胶的粘度为100-450 cps,选用的涂胶显影机为真空自动涂胶显影机,采用的旋转涂胶的工艺如下:采用旋转涂覆光刻胶采用的方式是:匀胶:旋转涂胶室温,(10-30sec)。前烘:90℃×(10~30min), 热风烘箱 曝光:436nm波长的G-线曝光机,10sec。显影:显影剂 23℃×60sec,超声波震荡浸泡。漂洗: 23℃×60sec, 超声波震荡浸泡。后烘:120℃×(10-30min), 去胶:硫酸双氧水、浓硫酸或等离子去胶,浸泡10-30min。
光刻胶的厚度为7-20um厚。光刻板的设计采用菲林底片的
4镀覆金锡合金层
与镀覆纯金层的工艺一样,在已经制作好图形化的载体表面,采用电子束及电阻复合镀膜设备直接镀覆金锡合金层,合金层镀覆完成后,其表面平整,均匀,呈现暗金色。
5剥离光刻胶及其它
采用剥离法,用光刻胶专用的脱膜剂把载体表面的光刻胶剥离掉,并清洗干净,最后经过切割分离,并清洗,得到具有一定图案的,可耐焊接性能高,结合力,热导率非常高的一个热沉样品。
6切割
本发明借鉴了半导体的硅片的切割的工艺,在可以在标准的陶瓷基片上设计图形,任意切割,提高了产品的产率。
切割设备的选择为工件移动,砂轮轴旋转、但其位置固定的切割机,将切割基片粘连在切割底膜上,切割刀片告诉旋转,用水对刀片进行冷却,移动切割底膜,进行半自动切割,同时在摄像头下进行控制和观测,保证切割的完成。选用厚度为0.1mm的软刀进行切割。
切割的参数如下:
刀片转速:10000~35000rpm
切割水流:0.4-1.2mL/s
切割底膜厚度:0.06mm±0.01mm
进刀速度:1~5mm/s
进刀高度:0.05~0.2mm
经过上述步骤的样品的表面样貌采用采用最大放大倍数为1000倍的金相显微镜对样品的表面形貌进行观察,如图1所示,通过显微镜所拍的照片可以看出,样品表面的金锡合金层分布均匀,没有孔洞,颗粒状突起等缺陷。
热导率的测试试验:将上述热沉进行了氮化铝的芯片的热导率测试,测试结果如下表1所述:单位W/m·k(热导率=扩散系数*材料比热容*材料密度)。
氮化铝热沉的平均热导率为172.228W/m·k,热导率远大于与氧化铝热沉,成为新一代大规模集成电路,半导体模块电路及大功率光电器件的理想散热和封装材料。
Claims (4)
1.一种芯片级可焊氧化铝或氮化铝陶瓷热沉的制备方法,步骤为:
A、清洗烘干氧化铝或氮化铝陶瓷基片;
B、将步骤A所得到的产品蒸发沉积Ti/Pt/Au过渡层;
C、将步骤B所得的产品进行光刻处理,所述的光刻处理包括印刷光刻胶、前烘、曝光、显影、清洗、后烘过程,所述的光刻胶的厚度是2~20μm;所述印刷光刻胶是指采用丝网印刷的方式将光刻胶印刷到基片上,前烘温度为70~150 ℃,时间为5~20min;显影的时间为20~200s;清洗的时间为20~200s;后烘的温度为70~150℃,时间为5~30s;
D、将步骤C所得的产品进行金锡合金层的镀膜,所述的金锡合金的质量比为1:9至9:1,所述金锡合金层的厚度是2~8μm;
E、将步骤D所得的产品进行共晶热处理和去光刻胶处理; 所述共晶热处理的温度采用的是250~330℃,时间为3~10min;所述去光刻胶是采用的重量百分浓度为1~10%的氢氧化钠水溶液,水浴90~100℃,加热2~6min;
F、将步骤E得到的产品进行切割分离,即可得芯片级可焊陶瓷热沉;
所述步骤B蒸发沉积Ti/Pt/Au过渡层,Ti层的厚度为0.05~0.5μm,Pt的厚度为0.1~0.7μm,Au的厚度为0.2~0.8μm。
2.根据权利要求1所述的芯片级可焊氧化铝或氮化铝陶瓷热沉的制备方法,其特征在于:所述步骤A的清洗烘干是指将陶瓷基片放入清洗溶液中浸润5±1分钟后再用水冲洗干净后,最后在纯水中超声清洗2±1遍,自然干燥或烘干。
3.根据权利要求2所述的芯片级可焊氧化铝或氮化铝陶瓷热沉的制备方法,其特征在于:所述步骤B蒸发沉积Ti/Pt/Au过渡层使用的设备是电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统。
4.根据权利要求3所述的芯片级可焊氧化铝或氮化铝陶瓷热沉的制备方法,其特征在于:所述步骤F切割设备的选择为工件移动,砂轮轴旋转但其位置固定的切割机,选用厚度为0.1mm的软刀进行切割,刀片转速:10000~35000rpm,切割水流:0.4-1.2mL/s,切割底膜厚度:0.06±0.01mm,进刀速度:1~5mm/s,进刀高度:0.05~0.2mm。
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CN114121683A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-03-01 | 四川科尔威光电科技有限公司 | 一种基于氮化铝陶瓷的预置金锡焊料生产方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5089443A (en) * | 1990-05-30 | 1992-02-18 | Prime Computer, Inc. | Method of making a semiconductor heat sink |
CN101182642A (zh) * | 2007-12-18 | 2008-05-21 | 长春理工大学 | 一种电镀结合真空镀膜制备Au-Sn合金焊料的方法 |
CN101409319A (zh) * | 2007-10-12 | 2009-04-15 | 陈祖辉 | 一种使用键合技术的发光二极管制造方法 |
CN201655833U (zh) * | 2009-04-21 | 2010-11-24 | 张成邦 | 一种大功率led封装基座 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5089443A (en) * | 1990-05-30 | 1992-02-18 | Prime Computer, Inc. | Method of making a semiconductor heat sink |
CN101409319A (zh) * | 2007-10-12 | 2009-04-15 | 陈祖辉 | 一种使用键合技术的发光二极管制造方法 |
CN101182642A (zh) * | 2007-12-18 | 2008-05-21 | 长春理工大学 | 一种电镀结合真空镀膜制备Au-Sn合金焊料的方法 |
CN201655833U (zh) * | 2009-04-21 | 2010-11-24 | 张成邦 | 一种大功率led封装基座 |
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