CN104072206A

CN104072206A - 提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法

Info

Publication number: CN104072206A
Application number: CN201410304879.9A
Authority: CN
Inventors: 杨成刚; 刘学林; 苏贵东; 张玉刚; 沈金晶
Original assignee: Guizhou Zhenhua Fengguang Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Guizhou Zhenhua Fengguang Semiconductor Co.,Ltd.
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: CN104072206B

Abstract

本发明公开了提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法，包括：(1)在高真空环境中对氮化铝陶瓷基片进行加热烘烤，加热和抽真空同步进行，将水汽完全挥发和抽掉；(2)在高真空环境下，用磁控溅射工艺或电子束蒸发工艺，在氮化铝陶瓷基片的正面利用金属掩模选择性地形成一层耐高温、高熔点复合金属薄膜，在氮化铝陶瓷基片的背面整体形成一层耐高温、高熔点复合金属薄膜；(3)在已形成复合金属薄膜的氮化铝陶瓷基片正面进行厚膜导带、厚膜阻带的丝网印刷、烧结和调阻，进行常规混合集成，即得到附着力较高的氮化铝陶瓷基片。用本法生产的器件广泛应用于航天、航空、船舶、电子、通讯、医疗设备、工业控制等领域，特别适用于高可靠装备系统领域。

Description

提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法

技术领域

本发明创造涉及混合集成电路，具体来说，涉及功率厚膜混合集成电路，更进一步来说，涉及氮化铝陶瓷基片成膜技术领域。

技术背景

原有的功率厚膜混合集成电路集成技术，由于氮化铝陶瓷基片（AlN）具有极高的热导率，无毒、耐腐蚀、耐高温,热化学稳定性好等特点，用于集成大功率元器件。但考虑成本问题，人们改用热导率次之的氧化铝（Al₂O₃）陶瓷基片（AlN的导热率是Al₂O₃的2～3倍）集成中小功率元器件。具体方法是：在氧化铝陶瓷基片、氮化铝陶瓷基片上进行厚膜导带、厚膜阻带的印刷和烧结，将小功率电阻、小功率半导体芯片、小功率片式元器件集成在氧化铝陶瓷基片上，将大功率电阻、大功率半导体芯片、大功率片式元器件集成在氮化铝陶瓷基片上，再采用键合丝（金丝或硅铝丝）进行芯片与基片的引线键合，基片和管脚的引线键合，基片和基片的引线键合，完成整个电器连接，最后在特定的气氛中将管基和管帽进行密封而成。这种做法存在以下问题：由于氮化铝在大气中易吸潮、水解，和湿空气、水或含水液体接触产生热和氮并迅速分解，在室温下也能和水缓慢地进行反应，而被水解，渗透进入氮化铝中的水汽很难烘烤挥发，导致在氮化铝陶瓷基片上印刷和烧结的厚膜附着力不易提高，一致性和均匀性差。用于大功率的粗键合丝进行键合时，由于键合拉力较大，容易导致键合键合拉力不足，甚至造成键合区厚膜脱落，降低键合系统的可靠性，另一方面，由于氮化铝陶瓷基片上印刷和烧结的厚膜附着力不良，导致氮化铝陶瓷基片与管基底座之间的附着力不良，影响热传递效率，严重时导致基片脱落，综合上述两个方面，对功率厚膜混合集成电路的可靠性产生一定的影响。

中国专利数据库中涉及氮化铝铝陶瓷基片的专利以及专利申请件有：981251293号《一种用流延法制造高热导率集成电路氮化铝陶瓷基片的方法》、011420286号《一种制备氮化铝陶瓷基片的方法》、2010105317202号《采用烧块切片法制备氮化铝陶瓷基片的方法》、2004100161442号《水基流延法制备高热导率氮化铝陶瓷基片的方法》、2005100730503号《采用粉末冶金工艺制备高导热氮化铝陶瓷基片的方法》、2008101426970号《一种高导热率氮化铝陶瓷基片的制作方法》、2013107411448号《采用复合粉末粒型制备氮化铝陶瓷基片的方法》、2013107411433号《添加三元复合烧结剂制备高导热氮化铝陶瓷基片的方法》、2013107421399号《一种改性氮化铝陶瓷基片及其生产方法》和2013107411452号《LED用低成本氮化铝陶瓷基片的生产方法》。迄今为止，尚无提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的相关申请件。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法，使氮化铝陶瓷基片吸附的水汽充分挥发掉；提高氮化铝陶瓷基片键合区金属膜的附着力；提高氮化铝陶瓷基片与管基底座之间的附着力。

为实现上述的发明目标，发明人根据氮化铝吸潮的原理，提供的方法是：

（1）在高真空环境中，对氮化铝陶瓷基片进行加热烘烤，利用加热和抽真空同步进行的办法，将水汽完全挥发和抽掉；

（2）然后在高真空环境下，采用磁控溅射工艺或电子束蒸发工艺，在磁控溅射真空镀膜设备或电子束蒸发真空镀膜设备中，直接在氮化铝陶瓷基片的正面利用金属掩模选择性地形成一层耐高温、高熔点复合金属薄膜，在氮化铝陶瓷基片的背面整体形成一层耐高温、高熔点复合金属薄膜；

（3）再在已溅射或蒸发复合金属薄膜的氮化铝陶瓷基片正面进行厚膜导带、厚膜阻带的丝网印刷、烧结和调阻，进行常规混合集成，即得到提高了基片与管基底座之间附着力的氮化铝陶瓷基片。

上述方法的第（1）步中，所述高真空环境的真空度在1.0×10^-4Pa以上；所述加热烘烤的加热方式是真空镀膜设备自带的加热装置，加热温度控制在200℃～400℃。

上述方法的第（2）步中，所述高真空环境的真空度在1.0×10^-4Pa以上；所述耐高温、高熔点复合金属薄膜是熔点在1000℃以上的多层复合金属薄膜。

本发明的方法具有以下优点：①氮化铝陶瓷基片与表面金属膜致密接触，附着力强；②氮化铝陶瓷基片表面金属膜与键合丝之间形成高可靠性键合；③氮化铝陶瓷基片与管基底座之间形成高可靠性粘贴；④提高大功率芯片、陶瓷基片、管基底座之间的热传递效率；⑤提高功率厚膜混合集成电路的可靠性。

用本发明方法生产的器件广泛应用于航天、航空、船舶、电子、通讯、医疗设备、工业控制等领域，特别适用于高可靠装备系统领域，具有广阔的市场前景和应用空间。

附图说明

图1 为原有集成技术示意图；图2 为原有氮化铝陶瓷基片成膜结构示意图；图3为本发明的氮化铝陶瓷基片成膜结构示意图；图4为本发明的集成技术示意图；图5为原有氮化铝成膜基片生产工艺流程图；图6为本发明的氮化铝成膜基片生产工艺流程图。

图中，1为管基（包括管脚和底座），2为管脚，3为底座，4为金属厚膜，5为键合丝，6为片式元器件，7为氧化铝陶瓷基片，8为小功率芯片，9为厚膜阻带， 10为金属厚膜导带/键合区，11为大功率芯片，12为氮化铝陶瓷基片，13为管脚键合端面，14为金属薄膜。

具体实施方式

通过下列实施例详细说明本发明的具体实施方式：

实施例1：发明前的工艺流程如图5所示，按以下工序操作：

（1）陶瓷基片、金浆料、钌系电阻浆料的准备；

（2）基片清洗与烘干、管壳清洗与烘干；

（3）厚膜导体浆料的印刷，150℃下烘干10min；

（4）电阻浆料的印刷，150℃下烘干10min；

（5） 850℃下烧结10min，总时间35min后成膜；

（6）用激光调阻法调整电阻；

（7）参数及功能测试；

（8）划片分离；

（9）包装入库；

得到的氮化铝陶瓷基片如图1和2所示。

实施例2：本发明方法的工艺流程如图6所示，按以下工序操作：

（1）金属掩模制作：要求金属掩模的图形与导带图形一致，误差在10μm以内；

（2）夹具定位与固定；

（3）高真空环境中烧烤，温度350℃±10℃，真空度1.5×10^-5Pa，时间60min以上；

（4）高真空环境中利用金属掩膜选择性溅射或蒸发金属薄膜，温度250℃±10℃，真空度1.5×10^-5Pa，底层铬厚度0.5～1.0μm，第二层为镍铬合金，厚度1.5～2.0μm。

（5）高真空环境中对陶瓷基片的另一面（背面）整体性溅射或蒸发金属薄膜，温度250℃±10℃，真空度1.5×10^-5Pa，底层铬厚度0.5～1.0μm，第二层为镍铬合金，厚度1.5～2.0μm。

（6）稳固性烘烤：温度400℃±10℃，99.99％以上的高氮环境，时间180～210min；

（7）对厚膜导带印刷工艺进行调整，增加精确套准与定位工艺，套准精度在20μm以内。

（8）厚膜导体浆料的印刷，150℃下烘干10min；

（9）电阻浆料的印刷，150℃下烘干10min；

（10） 850℃下烧结10min，总时间35min后成膜；

（11）用激光调阻法调整电阻；

（12）参数及功能测试；

（13）划片分离；

（14）包装入库；

本发明的集成技术如图4所示，得到如图3的氮化铝陶瓷基片。

Claims

1.一种提高氮化铝陶瓷基片厚膜附着力的方法，其特征包括：

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于第（1）步中，所述高真空环境的真空度在1.0×10^-4Pa以上；所述加热烘烤的加热方式是真空镀膜设备自带的加热装置，加热温度控制在200℃～400℃。

3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于第（2）步中，所述高真空环境的真空度在1.0×10^-4Pa以上；所述耐高温、高熔点复合金属薄膜是熔点在1000℃以上的多层复合金属薄膜。