CN114710847B - 半导体芯片封测用电子陶瓷加热器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体芯片封测用电子陶瓷加热器，包括第一氮化铝基板、加热电路、第二氮化铝基板和导线，所述导线与加热电路电性连接；加热电路设于第一氮化铝基板和第二氮化铝基板之间；所述第一氮化铝基板和第二氮化铝基板之间还设有连接片；本发明采用惰性混合气体高温烧结，提高热导率和电阻均匀性；加热静压前采用连接片生胚带铺设于两层氮化铝生坯带之间，软化后的连接片生胚带能更好的包裹加热电路，填充加热电路间缝隙，使导热更快更均匀，还能减少加热静压的时间，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体芯片封测用电子陶瓷加热器及其制备方法。
背景技术
半导体芯片等半导体元件的生产过程中，半导体元件把已制造完成的半导体元件进行结构及电气功能的确认，以保证半导体元件符合系统的需求的过程称为封装后测试（简称封测），对半导体芯片进行封测时需要用到电子陶瓷加热器，目前，已研发出高温共烧陶瓷发热片(MCH)，MCH直接在AL2O3氧化铝陶瓷生坯上印刷电阻浆料后，后在1600℃左右的高温下共烧，然后再经电极、引线处理后，获得新一代中低温发热元件。但氧化铝陶瓷基板热导率较低，膨胀系数较高，在大功率工况下易产生冷热温差形成热应力从而使产品失效。且在小型应用领域，除了要求较高的热导率外还要求产品具有较高的机械性能。
申请人在前几年提出的专利号为2013107411448，名称为《采用复合粉末粒型制备氮化铝陶瓷基片的方法》的发明专利中，提出了一种采用复合粉末粒型制备氮化铝陶瓷基片的方法，其创新点在于：氮化铝和氧化铝复合粉体经过等离子体活化煅烧后、加入助烧剂、有机混合溶剂和其他辅助溶剂进行球磨，经过真空除泡后流延成型，流延生坯经预烧结和烧结步骤得到氮化铝陶瓷基片。本发明采用氧化铝和氮化铝的复合粉末为原料，经过等离子煅烧，改变粉末表面状态，提高粉末表面原子活性和原子的扩散能力，有助于加速烧结过程，降低烧结温度；烧结过程中在还原性气氛中烧结，通过还原反应形成新生态原子，从而加速烧结过程，节约生产成本，适合工业化生产。
专利号为2018106876686，名称为《3D陶瓷后盖的制备方法》的发明专利中，公开了一种3D陶瓷后盖及其制备方法。上述3D陶瓷后盖的制备方法，包括如下步骤：S1、将陶瓷原料加入球磨机中进行球磨，制备成分散均匀的流延浆料，流延浆料经脱泡处理后流延得到膜带生坯；S2、将膜带生坯冲切成平板生坯和边框生坯；S3、将至少一平板生坯与至少一边框生坯叠加在一起进行温水等静压处理，平板生坯的一面与边框生坯的一面连接在一起，得到3D陶瓷生坯；S4、将3D陶瓷生坯进行排胶，得到3D陶瓷素坯，将3D陶瓷素坯进行烧结，得到3D陶瓷烧坯；S5、将3D陶瓷烧坯进行表面处理，得到3D陶瓷后盖。本发明所述陶瓷后盖制备方法，等静压工序无需采用模具，可以节省成本；并且烧坯变形率较低，缩短了加工时间。
以氮化铝为基材的陶瓷基片相较于氧化铝陶瓷基片基片具有更好的应用前景，氧化铝陶瓷的导热系数在25w/m-k，而氮化铝陶瓷的导热系数在210W/m-k,两者之间导热系数相差数倍；氮化铝陶瓷基板比氧化铝陶瓷基板硬度更高，出现折断或破损情况更低。
以氮化铝陶瓷为主要研究方向，如何进一步提高氮化铝陶瓷的性能和生产效率，以提高日益严苛的封测需要，成为相关行业研究的课题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种性能更优的半导体芯片封测用电子陶瓷加热器，以及一种更为高效的半导体芯片封测用电子陶瓷加热器制备方法。
为了实现以上目的，本发明公开了一种半导体芯片封测用电子陶瓷加热器，包括第一氮化铝基板、加热电路、第二氮化铝基板和导线，所述导线与加热电路电性连接；加热电路设于第一氮化铝基板和第二氮化铝基板之间。
优选的是，所述第一氮化铝基板和第二氮化铝基板之间还设有连接片。
一种半导体芯片封测用电子陶瓷加热器的制备方法，包括以下步骤：
S1：球磨，在粉料中加入溶剂进行球磨，得到混合均匀的氮化铝浆料；其中，粉料包括氮化铝粉体与氧化钇粉体；
S2：流延，将氮化铝浆料进行负压脱泡后进行流延，按照产品要求设置流延厚度，形成氮化铝生坯带；
S3：裁切，将氮化铝生坯带按照尺寸要求裁切成氮化铝生坯片；
S4：印刷，按照不同产品的功率要求，使用金属浆料在氮化铝生坯片上印刷相应的加热电路，印刷使用的金属浆料根据不同产品特性进行相应选择；
S5：叠压，根据产品厚度要求进行不同层数的叠压，印刷面叠压在中间层，然后进行加热静压，制成氮化铝生坯块；
S6：切割，将氮化铝生胚块切割成产品要求的尺寸大小，得到氮化铝预制块；
S7：打孔、灌浆，在氮化铝预制块的加热电路两电极处进行打孔，并用导电浆料进行填充；
S8：排胶、烧结，烧结采用HTCC共烧工艺和惰性气体气氛裂解配方体系；
S9：钎焊，通过灌浆孔将导线与内部加热电路连接，得到成品。
优选的是，所述粉料中，氮化铝粉体的质量分数不小于90%。
优选的是，所述粉料中，氮化铝粉体和氧化钇粉体的质量比为95:5。
优选的是，S1中，取出一部分浆料，负压脱泡后，在低温状态下压制成薄片，冷冻后裁切后得到与氮化铝生坯片大小相适应的连接片生胚带。
优选的是，所述连接片生胚带含溶剂，在受热后软化后硬度小于氮化铝生坯带。
优选的是，S5中，根据产品厚度要求进行不同层数的叠压，每两层氮化铝生坯带之间铺设一层连接片生胚带；连接片生胚带在温度升高软化后将相邻的两层氮化铝生坯带连接为一体。
优选的是，所述连接片生胚带的厚度不小于加热电路厚度。
优选的是，所述加热静压方式为温水等静压。
本发明采用HTCC（High-temperature co-fired ceramics）共烧工艺，电极与导热电子陶瓷一次成型，提高加热电极的精度；采用惰性气体气氛裂解配方体系，确保电极不被氧化；惰性混合气体高温烧结，提高热导率和电阻均匀性；产品发热速度更快，抗弯强度更高；加热静压前采用连接片生胚带铺设于两层氮化铝生坯带之间，软化后的连接片生胚带能更好的包裹加热电路，填充加热电路间缝隙，使导热更快更均匀，可加热通断循环20万次以上，寿命更长，还能更快的使两层氮化铝生坯带连接为一体，减少加热静压的时间，提高生产效率。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1为一种半导体芯片封测用电子陶瓷加热器的结构示意图。
图中附图标记：1-第一氮化铝基板，2-加热电路，3-第二氮化铝基板，4-导线，5-连接片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种半导体芯片封测用电子陶瓷加热器，包括第一氮化铝基板1、加热电路2、第二氮化铝基板3和导线4，所述导线与加热电路电性连接；加热电路设于第一氮化铝基板和第二氮化铝基板之间。
所述第一氮化铝基板和第二氮化铝基板之间还设有连接片5。
一种半导体芯片封测用电子陶瓷加热器的制备方法，包括以下步骤：
S1：球磨，在粉料中加入溶剂进行球磨，得到混合均匀的氮化铝浆料；其中，粉料包括氮化铝粉体与氧化钇粉体；
S2：流延，将氮化铝浆料进行负压脱泡后进行流延，按照产品要求设置流延厚度，形成氮化铝生坯带；
S3：裁切，将氮化铝生坯带按照尺寸要求裁切成氮化铝生坯片；
S4：印刷，按照不同产品的功率要求，使用金属浆料在氮化铝生坯片上印刷相应的加热电路，印刷使用的金属浆料根据不同产品特性进行相应选择；
S5：叠压，根据产品厚度要求进行不同层数的叠压，印刷面叠压在中间层，然后进行加热静压，制成氮化铝生坯块；
S6：切割，将氮化铝生胚块切割成产品要求的尺寸大小，得到氮化铝预制块；
S7：打孔、灌浆，在氮化铝预制块的加热电路两电极处进行打孔，并用导电浆料进行填充；
S8：排胶、烧结，烧结采用HTCC共烧工艺和惰性气体气氛裂解配方体系；排胶使产品内外部残碳量均匀，排胶一般指在坯体烧成前将其中的有机物排除干净，以保证产品的形状、尺寸和质量要求的过程。烧结之后的氮化铝预制块平整无翘曲。
S9：钎焊，通过灌浆孔将导线与内部加热电路连接，得到成品。
所述粉料中，氮化铝粉体的质量分数不小于90%。
所述粉料中，氮化铝粉体和氧化钇粉体的质量比为95:5。
S1中，取出一部分浆料，负压脱泡后，在低温状态下压制成薄片，冷冻后裁切后得到与氮化铝生坯片大小相适应的连接片生胚带。冷冻温度不必过低，使连接片生胚带失去流动性即可。
所述连接片生胚带含溶剂，在受热后软化后硬度小于氮化铝生坯带。
S5中，根据产品厚度要求进行不同层数的叠压，每两层氮化铝生坯带之间铺设一层连接片生胚带；连接片生胚带在温度升高软化后将相邻的两层氮化铝生坯带连接为一体。
所述连接片生胚带的厚度不小于加热电路厚度，以使连接片生胚带能加热电路包裹、覆盖加热电路，并填充加热电路间的缝隙。
所述加热静压方式为温水等静压。采用温水等静压进行压合，一般需要20min以上才能达到较好的压合效果，本发明采用连接片生胚带，能起到一定的粘连效果，可将温水等静压时间缩短到10min以内，有助于提高生产效率。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种半导体芯片封测用电子陶瓷加热器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：球磨，在粉料中加入溶剂进行球磨，得到混合均匀的氮化铝浆料；其中，粉料包括氮化铝粉体与氧化钇粉体；
S2：流延，将氮化铝浆料进行负压脱泡后进行流延，按照产品要求设置流延厚度，形成氮化铝生坯带；
S3：裁切，将氮化铝生坯带按照尺寸要求裁切成氮化铝生坯片；
S4：印刷，按照不同产品的功率要求，使用金属浆料在氮化铝生坯片上印刷相应的加热电路，印刷使用的金属浆料根据不同产品特性进行相应选择；
S5：叠压，根据产品厚度要求进行不同层数的叠压，印刷面叠压在中间层，然后进行加热静压，制成氮化铝生坯块；
S6：切割，将氮化铝生胚块切割成产品要求的尺寸大小，得到氮化铝预制块；
S7：打孔、灌浆，在氮化铝预制块的加热电路两电极处进行打孔，并用导电浆料进行填充；
S8：排胶、烧结，烧结采用HTCC共烧工艺和惰性气体气氛裂解配方体系；
S9：钎焊，通过灌浆孔将导线与内部加热电路连接，得到成品；
S1中，取出一部分浆料，负压脱泡后，在低温状态下压制成薄片，冷冻后裁切后得到与氮化铝生坯片大小相适应的连接片生胚带；
所述连接片生胚带含溶剂，在受热后软化后硬度小于氮化铝生坯带；
S5中，根据产品厚度要求进行不同层数的叠压，每两层氮化铝生坯带之间铺设一层连接片生胚带；连接片生胚带在温度升高软化后将相邻的两层氮化铝生坯带连接为一体。
2.根据权利要求要求1所述的半导体芯片封测用电子陶瓷加热器的制备方法，其特征在于，所述粉料中，氮化铝粉体的质量分数不小于90％。
3.根据权利要求要求1所述的半导体芯片封测用电子陶瓷加热器的制备方法，其特征在于，所述粉料中，氮化铝粉体和氧化钇粉体的质量比为95:5。
4.根据权利要求要求1所述的半导体芯片封测用电子陶瓷加热器的制备方法，其特征在于，所述连接片生胚带的厚度不小于加热电路厚度。
5.根据权利要求要求1所述的半导体芯片封测用电子陶瓷加热器的制备方法，其特征在于，所述加热静压方式为温水等静压。
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