CN106312300A - 一种激光对铝化物基板金属化的方法及铝化物基板 - Google Patents

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刘敏
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Abstract

本发明公开了一种激光对铝化物基板金属化的方法及相应的铝化物基板。激光通过以二元光学为基础的光学整型元件对相位调制，得到平顶光，平顶光再通过振镜场镜系统聚焦照射到铝化物基板上。激光产生的超高温将铝化物分解出金属铝，从而获得铝化物表面特定形状、尺寸及分布的铝导线。然后用电镀或者化学镀的方式对导电的铝表面金属化。没有经过激光处理的区域没有金属化，通过用电脑控制振镜扫描方式直接在铝化物基板上实现铝导线，进而实现金属电极的图形化。相比于传统铝化物基板金属化，本发明工艺更加简单、成本更低而且可以直接实现金属电极图形化，且光学整型元件的使用使得激光能量分布均匀，得到的金属厚度也比较均匀。

Description

一种激光对铝化物基板金属化的方法及铝化物基板
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种用于大功率器件的铝化物基板的金属化方法和该方法制成的铝化物基板。
背景技术
随着功率器件的快速发展，器件的发热量也随之快速增加。氮化铝陶瓷具有优良的导热性能以及绝缘性能，同时还具有低介电常数与芯片材料热膨胀系数接近等特点，是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。
在对电子器件进行封装时，需要首先在氮化铝陶瓷上制备一层金属，而后将芯片与氮化铝陶瓷实现接触，因此氮化铝陶瓷金属化过程是整个封装过程中至关重要的环节之一。传统金属化一般都是在直接敷铜法的基础上加以改进，直接敷铜法是将铜箔表面氧化形成Cu2O和氮化铝陶瓷表面氧化形成Al2O3接触，在一定温度下形成中间产物CuAlO2。从而使铜和氮化铝陶瓷有更强的附着力。但形成CuAlO2需要1000摄氏度以上的高温环境，对氧气环境要求也比较苛刻。除此之外，传统金属化还需要使用光刻刻蚀等手段才能实现铜电极的图形化，这也增加了成本。如何更加简便且更低成本的实现氮化铝陶瓷金属化是亟待解决的问题。激光作为20世纪最伟大的发明之一，自1960发明以来就备受关注。激光具有方向性好、能量集中、非接触式等特点，是现代精细加工重要工具之一。激光用于铝化物基板金属化的原理是利用激光的高能量将表面铝化物分解出铝，在得到的铝上金属化即可。但由于激光是高斯光束，光斑中心能量高边缘能量低导致能量分布不均匀，直接应用于铝化物基板时所得铝的厚度不均匀。
20世纪80年代中期出现的二元光学为解决上述问题提供了新思路。二元光学是基于光波衍射理论，利用计算机辅助设计技术，并用各种微细加工工艺，在片基或者传统光学器件表面刻蚀产生两个或多个台阶甚至连续的浮雕结构，形成纯相位、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。通过二元光学为基础的光学整型元件对相位调制，将高斯光束转为平顶光。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述氮化铝陶瓷金属化出现的工艺复杂成本高的问题，本发明提供了一种利用激光对铝化物基板金属化的技术方案。
(二)技术方案
一种激光对铝化物基板金属化的方法，具体步骤包括：步骤1、激光处理铝化物基板，在铝化物表面得到一层铝；步骤2、在铝的表面镀上一层金属；在所述步骤1中，所述激光为平顶光。
根据本发明的一种实施方式，所述步骤1中，所述的激光是通过光学整型元件，由高斯光束转为的平顶光。
根据本发明的一种实施方式，所述平顶光在计算机的控制下经过振镜场镜系统聚焦在铝化物基板上。
根据本发明的一种实施方式，所述铝化物基板是氮化铝陶瓷基板或氧化铝陶瓷基板。
根据本发明的一种实施方式，所述步骤2中，所述的金属是铜。
根据本发明的一种实施方式，所述步骤2采用电镀或者化学镀。
根据本发明的一种实施方式，所述的激光器为微秒、纳秒、皮秒、飞秒激光器。
根据本发明的一种实施方式，所述的激光的波长范围为100nm～10μm。
根据本发明的一种实施方式，所述的激光器的类型是固体激光器、碟片激光器或光纤激光器。
本发明还提供了一种根据上述方法制成的铝化物基板。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是使用激光直写方法直接实现铝化物基板金属化及图形化，成本更低，生产效率更高，不需要外界高温环境，且光学整型元件的使用使得激光能量分布均匀，得到的金属厚度也比较均匀。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的激光高温处理在氮化铝陶瓷基板表面镀铜的步骤图。
图2是振镜场镜系统原理图。
具体实施方式
本发明将激光通过以二元光学为基础的光学整型元件对相位调制，得到平顶光，平顶光再通过振镜场镜系统聚焦照射到铝化物基板上。激光产生的超高温将铝化物分解出金属铝，从而可获得铝化物表面特定形状、尺寸及分布的铝导线。然后用电镀或者化学镀的方式对导电的铝表面金属化，没有经过激光处理的区域没有金属化，通过用电脑控制振镜扫描方式直接在铝化物基板上实现铝导线进而实现金属电极的图形化。
具体来说，本发明给出了一种激光对铝化物基板金属化的方法，具体步骤包括：步骤1、激光处理铝化物基板，在铝化物表面得到一层铝；步骤2、在铝的表面镀上一层金属；在所述步骤1中，所述激光为平顶光。
所述步骤1中，所述的激光是通过光学整型元件，由高斯光束转为的平顶光。所述光学整型元件以二元光学为基础对相位调制。二元光学是基于光波衍射理论，利用计算机辅助设计技术，并用各种微细加工工艺，在片基或者传统光学器件表面刻蚀产生两个或多个台阶甚至连续的浮雕结构，形成纯相位、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。
所述平顶光在计算机的控制下经过振镜场镜系统聚焦在铝化物基板上。
所述铝化物基板可以是氮化铝陶瓷基板或氧化铝陶瓷基板等铝化物基板，在高温的激光的作用下产生铝。
所述步骤2中，所述的金属可以是铜。
所述步骤2采用电镀或者化学镀。
所述的激光器可以为微秒、纳秒、皮秒、飞秒激光器。
所述的激光的波长范围最好为100nm～10μm。
所述的激光器的类型可以是固体激光器、碟片激光器或光纤激光器。
此外，本发明还提供了一种根据上述方法制成的铝化物基板。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1给出了氮化铝陶瓷基板激光镀铜一个实施例的步骤图，如图1所示，其中1为氮化铝基板，2为激光扫描表面得到的铝；3为铝上电镀或者化学镀得到的铜。其中选择的基板可以是氮化铝陶瓷，同时也可以是氧化铝或者其他铝化物，所述的金属化可以是镀铜或者镀上一层其他金属。
首先：准备氮化铝陶瓷基板，将基板放在充满氩气的玻璃腔室中。
其次：将需要扫描的图形输入电脑，激光选择为532nm，脉宽为10-100ns。通过二元光学为基础的光学整型元件对相位调制，将高斯光束转为平顶光，再通过振镜场镜系统汇聚平顶光，聚焦到图1中氮化铝基板1上。其中二元光学是基于光波衍射理论，利用计算机辅助设计技术，并用各种微细加工工艺，在片基或者传统光学器件表面刻蚀产生两个或多个台阶甚至连续的浮雕结构，形成纯相位、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。激光产生的超高温将氮化铝分解出金属铝和氮气，从而可以获得氮化铝表面特定形状、尺寸及分布的铝导线。
通过电脑控制振镜，可以实现激光对氮化铝基板不同区域的扫描，在合适的激光能量下得到图1中铝2，可以通过控制场镜焦距、离焦距离来改变铝的宽度。铝的宽度在十几到几十微米左右，可以直接实现铝的图形化。没有经过激光处理的区域，基板上不会生成铝，因此也不能直接镀铜，此时可以通过用电脑控制振镜扫描的方式直接在氮化铝基板上实现金属铝的生成，进而实现铜电极的图形化。最后：通过电镀或者化学镀的方式在铝3的表面生长一层铜3，铜3分布在有特定形状、尺寸的铝导线上，从而实现了铜电极的图形化，同时得到根据上述方法制成的铝化物基板。
图2为振镜场镜系统原理图，如图2所示，将通过光学整形元件得到的平顶光入射到两个振镜上，电脑控制电机带动反射镜的转动来控制激光入射的角度，反射出来的光可以实现在一个方向的扫描。这两个反射镜可以分别沿X轴和Y轴方向扫描，从而实现在整个平面区域的扫描。场镜在不改变光学系统光学特性的前提下，改变平顶光斑的成像位置，场镜的焦平面就是氮化铝陶瓷的上表面。最后将得到的具有一定功率密度的平顶光斑聚焦在氮化铝基板上，聚焦的平顶光斑可以是圆形或矩形。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光对铝化物基板金属化的方法，具体步骤包括：
步骤1、激光处理铝化物基板，在铝化物表面得到一层铝；
步骤2、在铝的表面镀上一层金属；
其特征在于，
在所述步骤1中，所述激光为平顶光。
2.根据权利要求1所述的激光对铝化物基板金属化的方法，其特征在于，步骤1中，所述的激光是通过光学整型元件，由高斯光束转为的平顶光。
3.根据权利要求1所述的激光对铝化物基板金属化的方法，其特征在于，所述平顶光在计算机的控制下经过振镜场镜系统聚焦在铝化物基板上。
4.根据权利要求1所述的激光对铝化物基板金属化的方法，其特征在于，所述铝化物基板是氮化铝陶瓷基板或氧化铝陶瓷基板。
5.根据权利要求1所述的激光对铝化物基板金属化的方法，其特征在于步骤2中，所述的金属是铜。
6.根据权利要求1所述的激光对铝化物基板金属化的方法，其特征在于，所述步骤2采用电镀或者化学镀。
7.根据权利要求1所述的激光对铝化物基板金属化的方法，其特征在于，所述的激光器为微秒、纳秒、皮秒、飞秒激光器。
8.根据权利要求1所述的激光对铝化物基板金属化的方法，其特征在于，所述的激光的波长范围为100nm-10μm。
9.根据权利要求1所述的激光对铝化物基板金属化的方法，其特征在于，所述的激光器的类型是固体激光器、碟片激光器或光纤激光器。
10.一种金属化的铝化物基板，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的激光对铝化物基板金属化的方法进行金属化。
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