CN116403912B - 一种制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体导热材料技术领域，具体涉及到一种制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法。本申请的一种制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，通过S1、预处理基板；S2、在基板上沉积金属化层，所述金属化层利用光刻及刻蚀形成金属化图案；S3、利用光刻技术在基板上留出金锡图形区域，并在所述金锡图形区域上电镀3～5μm金锡焊料层；S4、湿法去掉光刻胶以及光刻胶上的金锡焊料层，获得氮化铝/钨铜金锡热沉，从而实现氮化铝/钨铜金锡热沉的高精度生产，有效降低氮化铝/钨铜金锡热沉的生产成本，减少材料的浪费；同时利用光刻工艺及光刻胶剥离工艺，提升导体图形层线条精度，利用电镀工艺进行金锡焊料层增厚。
Description
技术领域
本发明涉及半导体导热材料技术领域，具体涉及到一种制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法。
背景技术
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。氮化铝/钨铜具有优良的导热性能，及其热膨胀系数与硅半导体更加适配，使氮化铝/钨铜热沉成为了高功率激光器件过渡热沉的不二选择。金锡焊片作为连接氮化铝/钨铜热沉和芯片的介质，其热阻也是决定散热通道热阻的关键一环，因此需要在氮化铝/钨铜热沉上预置一层3～5um的金锡焊料。
在半导体器件行业，最常见应用氮化铝/钨铜热沉的金属化采用是薄膜工艺或厚膜工艺。薄膜工艺指真空蒸镀、和离子溅射这类能够精确控制膜的形状和厚度的成膜工艺，如我们光通信器件贴片载体Ti/Pt/Au或者Ti/Ni/Au电极和金锡焊料都是采用薄膜工艺制备；但是薄膜工艺的缺点是材料利用率低，沉积速度慢，容易造成贵金属Au的浪费，在贵金属的回收过程中会产生额外的成本，尤其是金锡焊料层，使氮化铝/钨铜金锡热沉成本居高不下。
而厚膜工艺一般采用先电镀金锡焊料层，然后利用光刻形成金锡图案的方法。如专利号202110814247.7公开了在基材上电沉积金锡合金层后，用干法刻蚀的办法形成金图案层，该方法在用于较厚的膜(>2um)时，会导致钻蚀和降低分辨力的问题。
为此，本发明针对薄膜工艺材料浪费高，而且常规电镀厚膜后光刻工艺分辨力低的问题，提出了一种新颖的制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，包括以下方法：
S1、预处理基板；
S2、在基板上沉积金属化层，所述金属化层利用光刻及刻蚀形成金属化图案；
S3、利用光刻技术在基板上留出金锡图形区域，并在所述金锡图形区域上电镀3～5μm金锡焊料层；
S4、湿法去掉光刻胶以及光刻胶上的金锡焊料层，获得氮化铝/钨铜金锡热沉。
进一步的，预处理基板包括等离子清洗基板，以去除基板表面脏污。
进一步的，步骤S2中沉积金属化层包括采用电镀沉积、溅射沉积中的一种方法制作金属化层。
进一步的，电镀沉积金属化层包括电镀一层3～8μm Ni粘附层；再电镀一层1～2μmAu润湿层。
进一步的，溅射沉积金属化层包括沉积一层200nm Ti粘附层；再沉积一层500nmPt或Ni阻挡层；最后沉积一层1～2μm Au润湿层。
进一步的，步骤S3包括在基板上涂覆一层光刻胶；并利用掩膜光刻形成金锡图形区域。
进一步的，金锡焊料层通过合金电镀或分层电镀于基板上，接着进行成分均匀化热处理，所述匀化热处理包括将处理后所述基板放入260-265℃真空中进行均匀化退火135-195min。
进一步的，步骤S4包括镀层完成之后刻蚀光刻胶，并通过超声或者加热去掉光刻区域以及光刻区域上的金锡焊料层，同时清理预留的金锡焊料层四周。
进一步的，还包括切割得到氮化铝/钨铜金锡热沉。
本发明的有益效果：由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的一种制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，通过S1、预处理基板；S2、在基板上沉积金属化层，所述金属化层利用光刻及刻蚀形成金属化图案；S3、利用光刻技术在基板上留出金锡图形区域，并在所述金锡图形区域上电镀3～5μm金锡焊料层；S4、湿法去掉光刻胶以及光刻胶上的金锡焊料层，获得氮化铝/钨铜金锡热沉，从而实现氮化铝/钨铜金锡热沉的高精度生产，有效降低氮化铝/钨铜金锡热沉的生产成本，减少材料的浪费，提升光刻工艺分辨力。同时利用光刻工艺及光刻胶剥离工艺，提升导体图形层线条精度，利用电镀工艺进行金锡焊料层增厚。
附图说明
图1为本发明优选实施例一中一种制备氮化铝金锡热沉的方法的流程图；
图2为本发明优选实施例二中一种制备钨铜金锡热沉的方法的流程图。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
参照图1所示，本发明的优选实施例，一种制备氮化铝金锡热沉的方法，包括以下方法：
S1、预处理氮化铝陶瓷基板；
即通过等离子清洗氮化铝陶瓷基板，以去除氮化铝陶瓷基板表面脏污；
S2、在氮化铝陶瓷基板上通过溅射沉积金属化层，所述金属化层利用光刻及刻蚀形成金属化图案；
即在氮化铝陶瓷基板溅射沉积一层200nm Ti粘附层；再沉积一层500nm Pt/Ni阻挡层；最后沉积一层1～2μm Au润湿层；
S3、利用光刻技术在氮化铝陶瓷基板上留出金锡图形区域，并在所述金锡图形区域上电镀3～5μm金锡焊料层；
即在氮化铝陶瓷基板上涂覆一层光刻胶；并利用掩膜光刻形成金锡图形区域。
其中，金锡焊料层通过合金电镀或分层电镀于氮化铝陶瓷基板上，接着进行成分均匀化热处理，所述匀化热处理包括将处理后所述基板放入265℃真空中进行均匀化退火185min。
S4、湿法去掉光刻胶以及光刻胶上的金锡焊料层，获得氮化铝金锡热沉。
即镀层完成之后刻蚀光刻胶，并通过超声或者加热去掉光刻区域以及光刻区域上的金锡焊料层，同时清理预留的金锡焊料层四周。
本实施例的光刻技术为：先在基板上旋涂光刻胶，其旋转速度为2200-2300rpm，并将旋涂好的基板放入100-120℃的真空热板中软烘40-60秒，再利用掩模板进行曝光；最后湿法刻蚀形成光刻图案；且该曝光方法为使用接近式曝光方法，其中掩模板与光刻胶的间距为30-50μm，对预计非金锡部分进行曝光，再去除无需金锡的光刻胶部分。
具体地，本实施例的光刻技术为先在基板上旋涂光刻胶，其旋转速度为2200rpm，并将旋涂好的基板放入105℃的真空热板中软烘40秒，再利用掩模板进行曝光；最后湿法刻蚀形成光刻图案；且该曝光方法为使用接近式曝光方法，其中掩模板与光刻胶的间距为20μm，对预计非金锡部分进行曝光，再去除无需金锡的光刻胶部分。
S5、切割氮化铝陶瓷基板，得到相应尺寸的氮化铝金锡热沉。
从而实现氮化铝金锡热沉的高精度生产，有效降低氮化铝金锡热沉的生产成本，减少材料的浪费，同时利用光刻工艺及光刻胶剥离工艺，提升导体图形层线条精度，利用电镀工艺进行金锡焊料层增厚。
实施例二
参照图2所示，本发明的优选实施例，一种制备钨铜金锡热沉的方法，包括以下方法：
S1、预处理基板；
即先制备钨铜热沉块，再通过等离子清洗基板，以去除基板表面脏污；
S2、在钨铜热沉块上通过电镀沉积金属化层，所述金属化层利用光刻及刻蚀形成金属化图案；
即在钨铜热沉块上电镀沉积一层3～8μm Ni粘附层；再电镀沉积一层1～2μm Au润湿层；
S3、利用光刻技术在钨铜热沉块上留出金锡图形区域，并在所述金锡图形区域上电镀3～5μm金锡焊料层；
即在钨铜热沉块上涂覆一层光刻胶；并利用掩膜光刻形成金锡图形区域。
其中，金锡焊料层通过合金电镀或分层电镀于钨铜热沉块上，接着进行成分均匀化热处理，所述匀化热处理包括将处理后所述基板放入260℃真空中进行均匀化退火165min。
S4、湿法去掉光刻胶以及光刻胶上的金锡焊料层，获得钨铜金锡热沉。
即镀层完成之后刻蚀光刻胶，并通过超声或者加热去掉光刻区域以及光刻区域上的金锡焊料层，同时清理预留的金锡焊料层四周。
具体地，本实施例的光刻技术为：先在基板上旋涂光刻胶，其旋转速度为2300rpm，并将旋涂好的基板放入110℃的真空热板中软烘50秒，再利用掩模板进行曝光；最后湿法刻蚀形成光刻图案；且该曝光方法为使用接近式曝光方法，其中掩模板与光刻胶的间距为30μm，对预计非金锡部分进行曝光，再去除无需金锡的光刻胶部分。
从而实现钨铜金锡热沉的高精度生产，有效降低钨铜金锡热沉的生产成本，减少材料的浪费，同时利用光刻工艺及光刻胶剥离工艺，提升导体图形层线条精度，利用电镀工艺进行金锡焊料层增厚。
本发明得到线条更为精细，其通过利用干膜光刻胶在金属化膜层上产生刻蚀所需图形的负片。然后，利用光刻胶为模板，把金锡膜层电镀(合金电镀或分层电镀)到所需要的厚度。之后再去除光刻胶图形和光刻胶上的金锡膜层，即可得到高精度的金锡膜层图形。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (7)
1.一种制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，其特征在于，包括以下方法：
S1、预处理基板；
S2、在基板上沉积金属化层，所述金属化层利用光刻及刻蚀形成金属化图案；
所述沉积金属化层包括采用电镀沉积、溅射沉积中的一种方法制作金属化层；
S3、利用光刻技术在基板上留出金锡图形区域，并在所述金锡图形区域上电镀3～5μm金锡焊料层；
金锡焊料层通过合金电镀或分层电镀于基板上，接着进行成分均匀化热处理，所述匀化热处理包括将处理后所述基板放入260-265℃真空中进行均匀化退火135-195min；
S4、湿法去掉光刻胶以及光刻胶上的金锡焊料层，获得氮化铝/钨铜金锡热沉；
所述光刻技术为：先在基板上旋涂光刻胶，其旋转速度为2200-2300rpm，并将旋涂好的基板放入100-120℃的真空热板中软烘40-60秒，再利用掩模板进行曝光；最后湿法刻蚀形成光刻图案；且该曝光方法为使用接近式曝光方法，其中掩模板与光刻胶的间距为30-50μm，对预计非金锡部分进行曝光，再去除无需金锡的光刻胶部分。
2.根据权利要求1所述的制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，其特征在于：所述预处理基板包括等离子清洗基板，以去除基板表面脏污。
3.根据权利要求1所述的制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，其特征在于：所述电镀沉积金属化层包括电镀一层3～8μm Ni粘附层；再电镀一层1～2μm Au润湿层。
4.根据权利要求1所述的制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，其特征在于：所述溅射沉积金属化层包括沉积一层200nm Ti；再沉积一层500nm Pt或Ni阻挡层；最后沉积一层1～2μm Au润湿层。
5.根据权利要求1所述的制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，其特征在于：所述步骤S3包括在基板上涂覆一层光刻胶；并利用掩膜光刻形成金锡图形区域。
6.根据权利要求1所述的制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，其特征在于：所述步骤S4包括镀层完成之后刻蚀光刻胶，并通过超声或者加热去掉光刻区域以及光刻区域上的金锡焊料层，同时清理预留的金锡焊料层四周。
7.根据权利要求1所述的制备氮化铝/钨铜金锡热沉的方法，其特征在于：还包括切割得到氮化铝/钨铜金锡热沉。
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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 |
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2023
- 2023-03-06 CN CN202310207523.2A patent/CN116403912B/zh active Active
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