CN109360791B - 一种无需刻蚀的amb直接成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体加工技术领域。一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，包括如下步骤：步骤一，使用精雕机在铜片的图案周边雕刻出凹槽；步骤二，使用丝网印刷、涂覆或覆膜设备在铜片上需要键合的区域涂装钎焊材料；步骤三，将铜片与瓷片对位固定；步骤四，真空烧结；步骤五，使用雕刻机刻穿所述铜片上开设有凹槽处，实现开设有凹槽处的铜片上下贯穿；剥离表面铜片上未钎焊处的铜材。本发明用精雕工艺替代刻蚀工艺,无需刻蚀就可得到产品图形。简化生产流程，缩短生产时间；同时去除刻蚀工序后，减少了对环境的污染。

Description

一种无需刻蚀的AMB直接成型方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及活性金属钎焊方法。
背景技术
活性金属钎焊(AMB)是一种将金属通过活性金属焊接到陶瓷上的工艺方法。用活性钎焊(AMB)工艺制作的覆铜陶瓷板性能可靠，散热优良，现已广泛用于高铁、电动汽车等苛刻要求的大功率电源模块中。但现有的AMB制作工艺存在下列问题:
1)AMB刻蚀工艺复杂。常规的DBC刻蚀工艺在曝光显影结束后，只需要蚀刻掉表面的铜。但对于现有的AMB工艺，刻蚀需要分两步工艺进行,先除去表面的铜，再除去铜下的金属钛、银焊料，以及在陶瓷表面形成的氮化钛。刻蚀工艺之前还需要进行贴膜、曝光工艺，整个工艺的时间长，工艺管控复杂。
2)废液处理难度大。除去金属钛、银焊料的刻蚀工艺主要使用氨类-双氧水体系、有机酸-双氧水体系；除去TiN层的刻蚀工艺主要使用氟化铵-双氧水、碱-双氧水体系。蚀刻产生的这些废液处理难度大，会产生危废排放，对环境造成影响。
3)制作时钎焊料是整片涂覆，造成钎焊料消耗大，而钎焊料的售价高，使得AMB工艺生产成本高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，以解决上述至少一个技术问题。
本发明的技术方案是：一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，使用精雕机在铜片的图案周边雕刻出凹槽；
步骤二，使用丝网印刷、涂覆或覆膜设备在铜片上需要键合的区域涂装钎焊材料；
步骤三，将铜片与瓷片对位固定；
步骤四，真空烧结；
步骤五，使用雕刻机刻穿所述铜片上开设有凹槽处，实现开设有凹槽处的铜片上下贯穿；剥离表面铜片上未钎焊处的铜材。
本发明用精雕工艺替代刻蚀工艺,无需刻蚀就可得到产品图形。简化生产流程，缩短生产时间；同时去除刻蚀工序后，减少了对环境的污染。
进一步优选为，所述凹槽的深度为所述铜片的厚度的0.3-0.6倍，宽度为0.1mm～0.5mm。
进一步优选为，步骤二中，丝网的目数为200～500。
进一步优选为，步骤四中的烧结温度为800～1000℃，时间为1～3小时，压力为10-1～10-3Pa。
进一步优选为，所述瓷片是Si3N4陶瓷。
步骤一中，精雕机包括一主机，所述主机内运行有一数控编程软件，所述数控编程软件设有一操作界面，所述操作界面上设有一导入模型的导入按键，便于通过导入按键，导入未雕刻模型以及雕刻后模型，所述数控编程软件内设有一模型分析模块，通过模型分析模块对未雕刻模型以及雕刻后的模型进行分析获得雕刻参数，所述雕刻参数包括雕刻轨迹，雕刻宽度，以及雕刻速率；
所述雕刻机还包括一雕刻动作模组，所述主机控制雕刻动作模组沿着雕刻轨迹运动进而雕刻出特定的凹槽。
便于实现凹槽的精确雕刻。
步骤一中，所述精雕机包括一置物平台，所述置物平台上设有用于固定铜片的固定机构；
置物平台设置有真空吸盘，当铜片放置在置物平台上时，通过真空吸盘将铜片进行吸附固定。
所述置物平台上方有用于捕捉铜片上的定位孔的捕捉装置，所述捕捉装置是CCD或CMOS相机；
所述置物平台安装在电动平移平台上，所述电动平移平台是两轴电动平移平台或者三轴电动平移平台；
所述捕捉装置的信号输出端连接主机，主机控制连接电动平移平台，进而根据捕捉装置采集到的铜片定位孔的位置将铜片精确移动在特定的加工区域。
所述置物平台包括内设有空腔的中空置物板，所述空腔是一开口向上的槽体以及一顶板围成，所述槽体内固定有纵横交错排布的隔板，所述隔板将槽体分隔成矩阵式排布的复数个导光腔，所述导光腔内固定有LED发光元件，相邻导光腔内固定的LED发光元件的发光频率不同，所述导光腔的内壁涂覆有一反光涂层；
所述顶板上开设有一矩阵式排布的透光孔；
所述置物平台的上方设有一铜片方位检测机构，所述铜片方位检测机构包括矩阵式排布的光敏传感器，所述光敏传感器的感应方向与所述透光孔一一对应。
便于通过光敏元件与LED发光元件进而实现对铜片的大小以及方位的预估。
进一步优选为，所述捕捉装置安装在一电动云台上，所述主机控制连接所述电动云台，光敏传感器的信号输出端连接所述主机；
当光敏传感器检测到铜片的大致方位后主机驱动电动云台，进而调整捕捉装置的检测方位，进而实现对铜片的精确定位。
或者，步骤一中，首先将铜片清洗干净后，在铜片上印刷有与凹槽的开设轨迹相匹配的标示层，所述标识层是一荧光粉层或颜料层；
步骤一中，铜片雕刻出凹槽后，将荧光粉层或颜料层通过酒精清洗，在酒精清洗的同时，通过酒精将雕刻出的粉末进行清洗去除，便于保证铜片表面的整洁度。
便于通过标示层直观的看到雕刻轨迹是否正确，避免精雕机的故障导致雕刻轨迹错位的及时发现。
所述钎焊材料包括如下质量百分比成分，Ag55％-90％，Cu20％-30％，Ti0.6％-3％。本专利通过优化钎焊材料的配比，保证钎焊的牢固度。
附图说明
图1为本发明铜片上雕刻出凹槽的一种示意图；
图2为本发明的流程示意图；
图3为本发明置物平台的一种结构示意图。
图中：1为顶板，2为透光孔，3为槽体，4为LED发光元件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1、图2以及图3，一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，包括如下步骤：步骤一，使用精雕机在铜片的图案周边雕刻出凹槽；步骤二，使用丝网印刷、涂覆或覆膜设备在铜片上需要键合的区域涂装钎焊材料；步骤三，将铜片与瓷片对位固定；步骤四，真空烧结；步骤五，使用雕刻机刻穿铜片上开设有凹槽处，实现开设有凹槽处的铜片上下贯穿；剥离表面铜片上未钎焊处的铜材。本发明用精雕工艺替代刻蚀工艺,无需刻蚀就可得到产品图形。简化生产流程，缩短生产时间；同时去除刻蚀工序后，减少了对环境的污染。
进一步优选为，凹槽的深度为铜片的厚度的0.3-0.6倍，宽度为0.1mm～0.5mm。进一步优选为，步骤二中，丝网的目数为200～500。进一步优选为，步骤四中的烧结温度为800～1000℃，时间为1～3小时，压力为10-1～10-3Pa。
具体实施例1：一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，包括如下步骤：步骤一，使用精雕机在铜片的图案周边雕刻出凹槽，凹槽的深度为铜片的厚度的0.3mm，宽度为0.1mm；步骤二，使用丝网印刷或涂覆设备在铜片上需要键合的区域涂覆钎焊材料；步骤三，将铜片与瓷片对位固定；步骤四，真空烧结；烧结温度为1000℃，时间为3小时，压力为10-2Pa；步骤五，使用雕刻机刻穿铜片上开设有凹槽处，实现开设有凹槽处的铜片上下贯穿；剥离表面铜片上未钎焊处的铜材。进一步优选为，瓷片是Si3N4陶瓷。
步骤一中，精雕机包括一主机，主机内运行有一数控编程软件，数控编程软件设有一操作界面，操作界面上设有一导入模型的导入按键，便于通过导入按键，导入未雕刻模型以及雕刻后模型，数控编程软件内设有一模型分析模块，通过模型分析模块对未雕刻模型以及雕刻后的模型进行分析获得雕刻参数，雕刻参数包括雕刻轨迹，雕刻宽度，以及雕刻速率；雕刻机还包括一雕刻动作模组，主机控制雕刻动作模组沿着雕刻轨迹运动进而雕刻出特定的凹槽。便于实现凹槽的精确雕刻。
步骤一中，精雕机包括一置物平台，置物平台上设有用于固定铜片的固定机构。步骤一中，精雕机包括一置物平台，置物平台上设有用于固定铜片的固定机构；置物平台设置有真空吸盘，当铜片放置在置物平台上时，通过真空吸盘将铜片进行吸附固定。置物平台上方有用于捕捉铜片上的定位孔的捕捉装置，捕捉装置是CCD或CMOS相机；置物平台安装在电动平移平台上，电动平移平台是两轴电动平移平台或者三轴电动平移平台；捕捉装置的信号输出端连接主机，主机控制连接电动平移平台，进而根据捕捉装置采集到的铜片定位孔的位置将铜片精确移动在特定的加工区域。
置物平台包括内设有空腔的中空置物板，空腔是一开口向上的槽体以及一顶板1围成，槽体3内固定有纵横交错排布的隔板，隔板将槽体3分隔成矩阵式排布的复数个导光腔，导光腔内固定有LED发光元件4，相邻导光腔内固定的LED发光元件4的发光频率不同，导光腔的内壁涂覆有一反光涂层；顶板1上开设有一矩阵式排布的透光孔2；置物平台的上方设有一铜片方位检测机构，铜片方位检测机构包括矩阵式排布的光敏传感器，光敏传感器的感应方向与透光孔一一对应。便于通过光敏元件与LED发光元件进而实现对铜片的大小以及方位的预估。
进一步优选为，捕捉装置安装在一电动云台上，主机控制连接电动云台，光敏传感器的信号输出端连接主机；当光敏传感器检测到铜片的大致方位后主机驱动电动云台，进而调整捕捉装置的检测方位，进而实现对铜片的精确定位。
或者，步骤一中，首先将铜片清洗干净后，在铜片上印刷有与凹槽的开设轨迹相匹配的标示层，标识层是一荧光粉层或颜料层；步骤一中，铜片雕刻出凹槽后，将荧光粉层或颜料层通过酒精清洗，在酒精清洗的同时，通过酒精将雕刻出的粉末进行清洗去除，便于保证铜片表面的整洁度。便于通过标示层直观的看到雕刻轨迹是否正确，避免精雕机的故障导致雕刻轨迹错位的及时发现。
钎焊材料包括如下质量百分比成分，Ag55％-90％，Cu20％-30％，Ti0.6％-6％。
本专利通过优化工艺参数，有效控制加工时间的同时，保证产品质量以及烧结键合效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，使用精雕机在铜片的图案周边雕刻出凹槽；
步骤二，使用丝网印刷、涂覆或覆膜设备在铜片上需要键合的区域涂装钎焊材料；
步骤三，将铜片与瓷片对位固定；
步骤四，真空烧结；
步骤五，使用雕刻机刻穿所述铜片上开设有凹槽处，实现开设有凹槽处的铜片上下贯穿；剥离表面铜片上未钎焊处的铜材；
所述凹槽的深度为所述铜片的厚度的0.3-0.6倍，宽度为0.1mm～0.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于：步骤二中，丝网的目数为200～500。
3.根据权利要求1所述的一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于：步骤四中的烧结温度为800～1000℃，时间为1～3小时，压力为10-1～10-3 Pa。
4.根据权利要求1所述的一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于：步骤一中，精雕机包括一主机，所述主机内运行有一数控编程软件，所述数控编程软件设有一操作界面，所述操作界面上设有一导入模型的导入按键，便于通过导入按键，导入未雕刻模型以及雕刻后模型，所述数控编程软件内设有一模型分析模块，通过模型分析模块对未雕刻模型以及雕刻后的模型进行分析获得雕刻参数，所述雕刻参数包括雕刻轨迹，雕刻宽度，以及雕刻速率；
所述雕刻机还包括一雕刻动作模组，所述主机控制雕刻动作模组沿着雕刻轨迹运动进而雕刻出特定的凹槽。
5.根据权利要求4所述的一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于：步骤一中，所述精雕机包括一置物平台，所述置物平台上设有用于固定铜片的固定机构；
置物平台设置有真空吸盘，当铜片放置在置物平台上时，通过真空吸盘将铜片进行吸附固定。
6.根据权利要求5所述的一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于：置物平台上方有用于捕捉铜片上的定位孔的捕捉装置，所述捕捉装置是CCD或CMOS相机；
所述置物平台安装在电动平移平台上，所述电动平移平台是两轴电动平移平台或者三轴电动平移平台；
所述捕捉装置的信号输出端连接主机，主机控制连接电动平移平台，进而根据捕捉装置采集到的铜片定位孔的位置将铜片精确移动在特定的加工区域。
7.根据权利要求6所述的一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于：所述置物平台包括内设有空腔的中空置物板，所述空腔是一开口向上的槽体以及一顶板围成，所述槽体内固定有纵横交错排布的隔板，所述隔板将槽体分隔成矩阵式排布的复数个导光腔，所述导光腔内固定有LED发光元件，相邻导光腔内固定的LED发光元件的发光频率不同，所述导光腔的内壁涂覆有一反光涂层；
所述顶板上开设有一矩阵式排布的透光孔；
所述置物平台的上方设有一铜片方位检测机构，所述铜片方位检测机构包括矩阵式排布的光敏传感器，所述光敏传感器的感应方向与所述透光孔一一对应。
8.根据权利要求7所述的一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于：所述捕捉装置安装在一电动云台上，所述主机控制连接所述电动云台，光敏传感器的信号输出端连接所述主机；
当光敏传感器检测到铜片的大致方位后主机驱动电动云台，进而调整捕捉装置的检测方位，进而实现对铜片的精确定位。
9.根据权利要求1所述的一种无需刻蚀的AMB直接成型方法，其特征在于：所述钎焊材料包括如下质量百分比成分，Ag55%-90%，Cu20%-30%，Ti0.6%-6%。
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