CN117156939A - 一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路及其制备方法 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路及其制备方法，属于激光加工技术领域，制备方法包括步骤：通过激光加工，将陶瓷集成电路基片的金属层中的金层去除，并将下层的钯层和镍层氧化，最终形成多条氧化层沟壑，对焊料起到阻流的作用；再使用激光加工将氧化层沟壑延伸方向两端的金属层全部去除，在陶瓷集成电路基片的基板上形成溢流槽，起到阻止焊料溢流扩散的作用。本发明提供的制备方法成本较低，获得的阻焊区阻焊效果良好。

Description

一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路及其制备方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路及其制备方法。

背景技术

半导体制冷器（TEC）是一种利用半导体材料的Peltier效应来实现制冷的电子器件。其原理是由半导体晶粒按一定顺序排列、并固定在绝缘的两块金属化陶瓷基板之间，故TEC由半导体晶粒、导热绝缘材质基板、导线、焊料等组成。因陶瓷基板具有高导热性能、良好绝缘性能、以及高强度可提供平整表面，所以半导体制冷器件的导热绝缘材质基板广泛使用氧化铝、氮化铝等陶瓷基板。

半导体制冷器普遍使用浸润性良好的锡焊料将半导体颗粒焊接于金属化陶瓷基板表面。锡焊料在使用过程中会呈液态具有流动性，为防止焊料溢流至封装打线的焊脚处，通常会在焊脚前端制作阻焊层阻止焊料溢流扩散，以免封装时导电柱脱落。

在电子行业内多使用绿油焊桥作为阻焊层，但在半导体制冷器中通过测试发现仍有焊料从绿油焊桥侧面溢流至封装导电柱处，如图1所示。为了解决焊料溢流到导电柱上的问题，很多专利采用的是增加阻挡层，由于阻挡层表面光滑且为金属铂材料所制，焊料有所溢流。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：焊料容易溢流到导电柱上，本发明提供了解决上述问题的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路及其制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，包括步骤：

通过激光加工，将陶瓷集成电路基片的金属层中的金层去除，并将下层的钯层和镍层氧化，最终形成多条氧化层沟壑，对焊料起到阻流的作用；

再使用激光加工将氧化层沟壑延伸方向两端的金属层全部去除，在陶瓷集成电路基片的基板上形成溢流槽，起到阻止焊料溢流扩散的作用。

本发明通过激光加工的方式在焊脚前端制作阻焊区，阻焊区为激光加工后产生的多条横向氧化层沟壑及氧化层沟壑两侧纵向的凹槽（即溢流槽）。当焊料于金属表面扩散至阻焊区后，沟壑成分为金属氧化物可有效阻止焊料溢流扩散，沟壑凹凸不平可减小焊料溢流动力，两侧的溢流槽可阻止焊料从沟壑两侧溢流。

通过横向设置多条沟壑，这样就可以层层阻挡，使得锡膏阻力越来越大；纵向的溢流槽不要把基板打穿。

进一步可选地，在加工氧化层沟壑过程中，或者在加工氧化层沟壑和溢流槽的过程中设置：

激光加工的功率为小于或等于500W；

和/或加工次数为1次~100次；

和/或加工频率为50 kHz~1000 kHz；

和/或脉冲宽度为0.1 μs~50 μs。

进一步可选地，在加工氧化层沟壑过程中，或者在加工氧化层沟壑和溢流槽的过程中：

设置加工速度为：100 mm/s~1000 mm/s。

进一步可选地，在加工氧化层沟壑过程中，或者在加工氧化层沟壑和溢流槽的过程中：

设置激光起始角度为0~10°，累进角度为0~90°。

进一步可选地，使用紫外皮秒激光器。

激光功率高于500W，将会氧化金属层膜系，增加电阻，阻碍其氧化性；

加工次数高于100次和频率高于1000kHz，形成氧化层的沟壑将变大，甚至会切断低端的线路的导通；频率低于50kHz，不能形成表面沟壑。

加工速度小于100mm/s，产能减少；高于1000mm/s，制作工艺变粗糙。

脉冲宽度小于0.1μs，噪音过大，且需要高精度激光器；脉冲宽度大于50μs，沟壑宽度较大，不足以阻挡焊料。

激光起始角度大于10°或累进角度大于90°，影响产品精准度。

进一步可选地，所述金属层依次包括铜膜、镍膜、钯膜和金膜；铜膜厚度为10 μm~100 μm，镍膜厚度为1 μm~10 μm，钯膜厚度为0.1 μm~1 μm，金膜厚度为0.1 μm~10 μm。

进一步可选地，包括步骤：

陶瓷基板清洗；

底膜溅射；

干膜图形制作；

电镀沉积铜镍钯金图形；

干法刻蚀底膜；

激光加工阻焊区，获得氧化层沟壑和溢流槽。

进一步可选地，底膜包括Ti/Cu或TiW/Cu膜系；底膜厚度为1000 Å~5000 Å。

在陶瓷基板清洗步骤中，采用的陶瓷基板为高导热系数的陶瓷基板，如氮化铝或碳化硅等；清洗方法采用有机溶液，如表面活性剂，异丙醇，丙酮，无水乙醇，超声后清洗表面油污。

底膜溅射步骤中，采用磁控溅射的工艺，溅射一层种子层，主要为了使金属层与底膜更好的结合，溅射膜系为Ti/Cu，TiW/Cu等，底膜厚度为1000 Å~5000 Å。

干膜图形制作步骤中，采用光敏干膜，通过曝光和显影后，得到需要的图形。

电镀沉积铜镍钯金图形步骤中，采用电化学沉积的方式，根据光刻图形，制备所需要的图形。其中，优选设计铜膜厚度为10 μm~100 μm，镍膜厚度为1 μm~10 μm，钯膜厚度为0.1 μm~1 μm，金膜厚度为0.1 μm~10 μm。

干法刻蚀底膜步骤中，采用感应耦合等离子体（ICP）刻蚀设备、电容耦合高能等离子体（CCP）刻蚀设备或离子束（IBE）进行干法刻蚀。

一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路，依次包括陶瓷基板、底膜和金属层，所述金属层依次包括铜膜、镍膜、钯膜和金膜，还包括阻焊区，所述阻焊区包括多条氧化层沟壑和溢流槽；

所述氧化层沟壑为去掉金层后、由钯层和镍层氧化而形成氧化层沟壑，对焊料起到阻流的作用；

位于氧化层沟壑延伸方向两端均设置溢流槽，通过去除全部金属层而形成，起到阻止焊料溢流扩散的作用；

各氧化层沟壑两端均与对应侧的溢流槽连通。

进一步可选地，通过上述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法制备获得。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明通过激光加工阻焊层的方式，将陶瓷集成半导体电路基片的金属层中的金层去除，并将下层的钯层和镍层氧化，最终形成多条氧化层沟壑；然后再使用激光加工将沟壑两侧的金属层全部去除，并且在陶瓷基板上形成溢流槽，可有效阻止焊料溢流扩散，以免封装时导电柱脱落。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有的金属化陶瓷基板机构示意图。

图2为本发明阻焊区加工原理俯视示意图。

图3为本发明阻焊区加工原理横切面示意图。

图4为本发明的多条氧化层沟壑示意图。

图5为本发明的多条氧化层沟壑与溢流槽示意图。

图6为含有阻焊功能的陶瓷电路的阻焊效果图。

图7为未含有阻焊功能的陶瓷电路的阻焊效果图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-焊料涂覆区，2-导电柱，3-阻焊区，4-焊料，5-氧化层沟壑，6-溢流槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，具体制备步骤如下所示：

将氮化铝陶瓷基板采用异丙醇超声清洗5 min~20 min，丙酮超声清洗5 min~20min，无水乙醇浸泡5 min~10 min后，使用甩干机甩干。

采用磁控溅射的工艺，溅射TiCu各1000 Å。

用光敏干膜，通过曝光和显影后，得到需要的图形。

采用电镀沉积方式，沉积铜镍钯金，根据光刻图形，制备所需要的图形。其中，铜膜厚为10 μm，镍膜厚5 μm，钯膜厚0.5 μm，金膜厚0.1 μm。

采用干法刻蚀方法，利用离子束刻蚀机刻蚀50 min，将底膜TiCu刻蚀。

采用激光加工方式，加工阻焊区，形成多条横向分布、且相互平行等间距分布的氧化层沟壑，以及纵向分布的、位于氧化层沟壑延伸方向两端的溢流槽，各氧化层沟壑两端与对应侧的溢流槽连通。主要参数紫外皮秒激光器调整激光功率至20%，激光功率具体为3 W，累进角度为0°。加工次数调至50，频率调至500 kHz，速度调至800 mm/s，脉冲宽度调至25 μs，激光起始角度调整为0°。

图1为现有的金属化陶瓷基板机构示意图，图中，位于框线内的工件区域表示焊料涂覆区。实施例1制备的成品如图2-5所示，具体地：图2为本发明阻焊区加工原理俯视示意图；图3为本发明阻焊区加工原理横切面示意图；图4为本发明的多条氧化层沟壑示意图；图5为本发明的多条氧化层沟壑与溢流槽示意图。

采用激光加工方式，在焊料涂覆区1和导电柱2之间加工阻焊区3，形成多条横向分布、且相互平行等间距分布的氧化层沟壑5，以及纵向分布的、位于氧化层沟壑延伸方向两端的溢流槽6，各氧化层沟壑5两端与对应侧的溢流槽6连通。

实施例2

本实施例提供了一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，具体制备步骤如下所示：

将SiC陶瓷基板采用HF酸清洗浸泡后，水冲洗5 min，异丙醇超声清洗5 min~20min，丙酮超声清洗5 min~20 min，水冲洗5 min后，使用甩干机甩干。

采用磁控溅射的工艺，溅射TiCu，厚度分别为1000 Å/2000Å。

用光刻胶多次喷胶，通过曝光和显影后，得到需要的图形。

采用电镀沉积方式，沉积铜镍钯金，根据光刻图形，制备所需要的图形。其中，铜膜厚为70 μm，镍膜厚7.5 μm，钯膜厚0.2 μm，金膜厚0.5 μm。

采用湿法刻蚀方法，将底膜TiCu刻蚀。

采用激光加工方式，加工阻焊区，形成多条横向分布、且相互平行等间距分布的氧化层沟壑，以及纵向分布的、位于氧化层沟壑延伸方向两端的溢流槽，各氧化层沟壑两端与对应侧的溢流槽连通。主要参数紫外皮秒激光器调整激光功率至15%，激光功率具体为2 W，累进角度为1.5°。加工次数调至60，频率调至800 kHz，速度调至500 mm/s，脉冲宽度调至50μs，激光起始角度调整为5°。

实施例3

本实施例提供了一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，具体制备步骤如下所示：

将氧化铝陶瓷基板采用50%硫酸浸泡5min后，水冲洗5 min，30%氢氧化钾强碱浸泡10min后，水冲洗5 min，异丙醇超声清洗5 min~20 min，丙酮超声清洗5 min~20 min，水冲洗5 min后，使用甩干机甩干。

采用磁控溅射的工艺，溅射TiCu，厚度分别为1000 Å/2000Å。

用光刻胶单次喷胶，通过曝光和显影后，得到需要的图形。

采用电镀沉积方式，沉积铜镍钯金，根据光刻图形，制备所需要的图形。其中，铜膜厚为25 μm，镍膜厚5 μm，钯膜厚0.2 μm，金膜厚1 μm。

采用干法刻蚀方法，将底膜TiCu刻蚀。

采用激光加工方式，加工阻焊区，形成多条横向分布、且相互平行等间距分布的氧化层沟壑，以及纵向分布的、位于氧化层沟壑延伸方向两端的溢流槽，各氧化层沟壑两端与对应侧的溢流槽连通。主要参数紫外皮秒激光器调整激光功率至48%，激光功率具体为100W，累进角度60°，加工次数调至12，频率调至500 kHz，速度调至400 mm/s，脉冲宽度调至20 μs，激光起始角度调整为8°。

实施例4

本实施例提供了一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，具体制备步骤如下所示：

将Si晶圆采用HF酸清洗浸泡后，水冲洗5 min，SC1和SC2溶液清洗5 min~20 min，水冲洗5 min后，使用甩干机甩干。

采用磁控溅射的工艺，溅射TiCu，厚度分别为1000 Å/1000Å。

用光刻胶单次喷胶，通过曝光和显影后，得到需要的图形。

采用电镀沉积方式，沉积铜镍钯金，根据光刻图形，制备所需要的图形。其中，铜膜厚为100 μm，镍膜厚9.5 μm，钯膜厚0.2 μm，金膜厚0.5 μm。

采用干法刻蚀方法，将底膜TiCu刻蚀完后，采用激光加工方式，加工阻焊区，形成多条横向分布、且相互平行等间距分布的氧化层沟壑，以及纵向分布的、位于氧化层沟壑延伸方向两端的溢流槽，各氧化层沟壑两端与对应侧的溢流槽连通。主要参数紫外皮秒激光器调整激光功率至96%，激光功率具体为450W，累进角度60°，加工次数调至5，频率调至60kHz，速度调至800 mm/s，脉冲宽度调至20 μs，激光起始角度调整为8°。

阻焊性能测试

1、测试方法：将焊料滴加到需要焊接芯片的位置（本案例选择基于实施例1的方法提供的芯片作为含有阻焊功能的陶瓷电路；以不含有阻焊功能的陶瓷电路作为对比例），焊料不进入到其他位置，即为阻焊效果达标。

2、测试结果：

测试结果如图6和图7所示。

如图6所示，在工件上滴加焊料4，焊料4会被阻隔到滴加的一端，阻焊区3起到了阻焊作用。

如图7所示，在工件上滴加焊料，由于焊料的流动性，焊料不会被阻隔，会在相应区域发生溢流。

以上所述的具体实施方式，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，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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)

1.一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，其特征在于，包括步骤：

通过激光加工，将陶瓷集成电路基片的金属层中的金层去除，并将下层的钯层和镍层氧化，最终形成多条氧化层沟壑，对焊料起到阻流的作用；

再使用激光加工将氧化层沟壑延伸方向两端的金属层全部去除，在陶瓷集成电路基片的基板上形成溢流槽，起到阻止焊料溢流扩散的作用；

各氧化层沟壑端部与对应侧的溢流槽连通。

2.根据权利要求1所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，其特征在于，在加工氧化层沟壑过程中，或者在加工氧化层沟壑和溢流槽的过程中设置：

激光加工的功率小于或等于500W；

和/或加工次数为1次~100次；

和/或加工频率为50 kHz~1000 kHz；

和/或脉冲宽度为0.1 μs~50 μs。

3.根据权利要求1所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，其特征在于，在加工氧化层沟壑过程中，或者在加工氧化层沟壑和溢流槽的过程中：

设置加工速度为：100 mm/s~1000 mm/s。

4.根据权利要求1所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，其特征在于，在加工氧化层沟壑过程中，或者在加工氧化层沟壑和溢流槽的过程中：

设置激光起始角度为0~10°，累进角度为0~90°。

5.根据权利要求1所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，其特征在于，使用紫外皮秒激光器。

6.根据权利要求1所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，其特征在于，所述金属层依次包括铜膜、镍膜、钯膜和金膜；铜膜厚度为10 μm~100 μm，镍膜厚度为1 μm~10 μm，钯膜厚度为0.1 μm~1 μm，金膜厚度为0.1 μm~10 μm。

7.根据权利要求1所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，其特征在于，包括步骤：

陶瓷基板清洗；

底膜溅射；

干膜图形制作；

电镀沉积铜镍钯金图形；

干法刻蚀底膜；

激光加工阻焊区，获得氧化层沟壑和溢流槽。

8.根据权利要求7所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法，其特征在于，底膜包括Ti/Cu或TiW/Cu膜系；底膜厚度为1000 Å~5000 Å。

9.一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路，依次包括陶瓷基板、底膜和金属层，所述金属层依次包括铜膜、镍膜、钯膜和金膜，其特征在于，还包括阻焊区，所述阻焊区包括多条氧化层沟壑和溢流槽；

所述氧化层沟壑为去掉金层后、由钯层和镍层氧化而形成氧化层沟壑，对焊料起到阻流的作用；

位于氧化层沟壑延伸方向两端均设置溢流槽，通过去除全部金属层而形成，起到阻止焊料溢流扩散的作用；

各氧化层沟壑两端均与对应侧的溢流槽连通。

10.根据权利要求9所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路，其特征在于，通过权利要求1-8任一项所述的一种含有阻焊功能的陶瓷集成电路的制备方法制备获得。