一种半导体功率器件模块基板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体功率器件模块基板及其制备方法，属于半导体材料技术领域。为了解决现有的散热和电阻率不好的问题，提供一种半导体功率器件模块基板及其制备方法，该模块基板主要由以下质量百分比的原料制成：碳化硅粉末：90.0wt％～99.9wt％；纯金属粉末：0.03wt％～0.3wt％；表面具有钝化层的铝粉末：0.07wt％～9.7wt％；所述钝化层为氧化铝；该方法将上述原料加入到加压模具内，然后进行轧制成型，得到相应的模块基板。本发明专利技术能够达到兼具较好的热传导性和高电阻率以及良好的绝缘性能；还能够使模块基板具有足够的热膨胀吸收性，提高了耐疲劳性能。

Semiconductor power device module substrate and preparation method thereof

The invention relates to a semiconductor power device module substrate and a preparation method thereof, belonging to the field of semiconductor material technology. In order to solve the heat and the resistivity is not good, providing a semiconductor power device module substrate and preparation method thereof, the substrate module mainly consists of the following weight percentage of raw material: silicon carbide powder: 90.0wt% ~ 99.9wt%; pure metal powder: 0.03wt% ~ 0.3wt%; aluminum powder with the surface of the passivation layer: 0.07wt% ~ 9.7wt%; the passivation layer of alumina; the method of the raw material is added to the pressure inside the mold, and then rolling forming, get the corresponding module substrate. The invention has the advantages of better thermal conductivity, high resistivity and good insulating property, and can also make the module base have sufficient thermal expansion absorption and improve fatigue resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体功率器件模块基板及其制备方法
本专利技术涉及一种半导体功率器件模块基板及其制备方法，属于半导体材料

技术介绍
随着功率用半导体器件的模块化，提高整个系统的可靠性是必不可少的。但由于组成配件多，价格较高，作为系统的预估寿命不准确等原因，在设计制作时需在多方面预留余量，最终导致模块的价格昂贵，难以适用于作为最大市场的家电上。此外，在半导体功率器件中，因为会产生大量的热，从冒烟、着火等安全性角度和防止性能降低的角度，可归因于热的传导差等问题来考虑，半导体器件产生的热量通常是经由基板(模块基板)的热传导转移至空气以及空气的对流或通过辐射而进行散热。因此，具有高热传导特性的基板的开发是很有必要的。为了提高基板的热传导性能，现有的已经有公开采用不锈钢基板、铝基板、钛基板或铁基板等材料，但是，这些材料的耐热性较差，不如碳化硅的高耐热性能。如当采用铝基板时，通过尝试使用阳极氧化处理使在铝的表面形成钝化层氧化铝膜，来提高铝基板自身的耐热性能。但是，由于直接在基板表面形成氧化铝膜层，容易阻隔芯片的散热性能，不能较好的使热量传导出去，导致芯片性能降低或损坏，同时，完全采用铝基板，由于铝本身是导电体，虽表面有一层阳化膜，但整体的抗电击穿能力仍较差，使其在电绝缘性能方面存在不足。另外，碳化硅的耐热性较好，但是采用碳化硅材料，由于其本身的烧结性较差，加工过程中不易制成基板，操作困难。同时，随着半导体功率器件的迅速发展，其材料将会从Si到GaN以及SiC和Ca2O3最终将会发展成为钻石。这就使对半导体功率器件组装时所用的模块基板的要求会不断地提高。而对于半导体功率元件的组装，一方面，其关于高速化、高温动作以及高耐压等性能要求在材料方面有非常快的进步；另一方面，其仍存在很多问题，如由于基板的热膨胀系数与芯片的热膨胀系数不同，因使用过程中的热胀冷缩现象，容易使芯片与模块基板之间的粘结性降低甚至脱落，或者若粘结强度过大的话，又容易使芯片出现断裂等缺陷，也就是说，存在会使半导体器件的耐疲劳性降低，以及散热的问题。
技术实现思路
本专利技术针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种半导体功率器件模块基板及其制备方法，解决的问题是如何提高模块基板电阻率，并使其具有高热传导性、高绝缘击穿强度和良好的耐疲劳性。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案得以实现的：一种半导体功率器件模块基板，其特征在于，该模块基板主要由以下质量百分比的原料制成：碳化硅粉末：90.0wt％～99.9wt％；纯金属粉末：0.03wt％～0.3wt％；表面具有钝化层的铝粉末：0.07wt％～9.7wt％；所述钝化层为氧化铝。由于碳化硅本身具有较好的热传导性，通过将碳化硅粉末作为主体原料，能够使模块基板具有较好的热传导性能，同时，又由于其在耐热性方面的优异性，能够保证模块基板在使用过程中的耐疲劳性能。但是，由于碳化硅粉末不具有粘结性，若单纯以碳化硅粉末为原料很难加工成板状的模块基板。为了解决该问题，本专利技术人经过长期的研究，通过在碳化硅粉末主体原料中加入少量的金属粉末，能够起到粘合碳化硅颗粒，使碳化硅颗粒与颗粒之间能够很好的粘合为一体，从而更容易加工成板状的模块基板。又由于金属粉末本身具有导电性，考虑到模块基板的电阻性和绝缘性能，通过加入表面具有钝化层的铝粉末来进行改善。由于铝粉末表面具有钝化层，其成分是氧化铝，而氧化铝本身属于陶瓷相，不导电。因此，在实现有效粘合碳化硅颗粒的同时减少了导电性，保证具有高电阻率和良好的绝缘性。另一方面，加入的表面具有钝化层的铝粉末，能够使模块基板具有一定的热膨胀吸收性，使基板在机械性能上比较柔软而无屈服现象，从而能够使热膨胀系数不同的芯片与模块基板制成模块后，到达疲劳破损的时间得到延长，达到高耐疲劳的效果，也延长了使用寿命。在上述半导体功率器件模块基板中，作为优选，所述表面具有钝化层的铝粉末的质量百分数为5.0wt％～8.0wt％。既能够使基板具有足够的热膨胀吸收性，提高耐疲劳性能；通过将原料铝粉末进行钝化后作为原料，目的是为了提高基板的绝缘性，减少基板的导电性能。具体来说，通过添加该表面具有钝化层的粉末，在厚度方向上的每个颗粒之间均相当于有多重的氧化铝钝化层，也就是说，使其具有多重的高电阻率的阻挡作用，从而达到保持绝缘性的效果。在上述半导体功率器件模块基板中，作为优选，所述钝化的铝粉末表面钝化层的厚度≥1μm。目的是为了提高其电绝缘性能，获得更高的电阻率。但另一方面，由于在加工过程中是将纯的铝粉末加入到钝化液中进行钝化处理，在铝粉末的表面形成钝化层后，内部就基本上不会渗透，不会使铝粉末整体都被钝化，也就是说，其内部还是纯铝。这种表面具有钝化层的铝粉末的结构，有利于在后续的加工过程中，使每颗铝粉末之间相互嵌入，融为一体后，使铝粉末的内部能够相连在一起，而表面的钝化层也能够相连在一起，这样的好处是既能够获得高电阻率和良好的绝缘性，又能够使内部具有更好导热性的铝连为一体，提高了基板整体的热传导性能，从而达到高散热性的效果。作为进一步的优选，所述钝化的铝粉末表面钝化层的厚度为3μm～10μm。在上述半导体功率器件模块基板中，作为优选，所述表面具有钝化层的铝粉末纯度为90％以上，最好使纯度在99％以上。采用较高纯度的铝粉末目的是为了在其表面形成更纯的氧化铝钝化层，从而达到减少导电性，提高电阻率的效果。在上述半导体功率器件模块基板中，作为优选，所述表面具有钝化层的铝粉末平均粒径为5μm～30μm。对粒径的控制，本质上是为了减少粉末颗粒间的间隙，使模块基板中具有钝化层的铝粉末的分布更加均匀，也就是相当于使具有电绝缘特性的氧化铝钝化层分布更加均匀，使其在整体的电阻率和绝缘性方面均具有良好的表现。在上述半导体功率器件模块基板中，作为优选，所述碳化硅粉末的纯度≥90％。碳化硅本身是不导电的材料，但是实际使用的碳化硅粉末中会存在一定的杂质，这些杂质会导致碳化硅产生一定的导电性。因此，控制碳化硅纯度的目的是为了更好地提高模块基板的电阻率和绝缘性能。作为进一步的优选，所述碳化硅粉末的纯度≥99％。在上述半导体功率器件模块基板中，作为优选，所述纯金属粉选自纯铝粉末和/或纯铜粉末。纯金属粉加入的目的主要是为了能够使碳化硅颗粒之间有效的粘连融合成一体，形成板状结构，采用通常的纯金属粉均是能够达到该效果。而由于纯铝粉末和纯铜粉末价格相对便宜，尤其是铝粉末不仅价格便宜，且其本身的热传导性也非常好，有利于提高基板的散热性能。在上述半导体功率器件模块基板中，作为优选，所述模块基板的表面经过钝化处理形成钝化层。由于模块基板在加工的过程中表面可能会带有纯的金属粉末或者由于具有钝化膜的铝粉在加工过程中表面的钝化膜破裂而使导电性的铝粉暴露在表面，影响产品的良率。因此，通过使模块基板的表面形成钝化层，有利于提高产品的成品率，降低产品的不良率，且能够更好的保证绝缘性和电阻率性能。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案得以实现的：一种半导体功率器件模块基板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将90.0wt％～99.9wt％碳化硅粉末、0.03wt％～0.3wt％的纯金属粉末和0.07wt％～9.7wt％表面具有钝化层的铝粉末原料加入到加压模具内，然后进行轧制成型，得到相应的模块基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体功率器件模块基板，其特征在于，该模块基板主要由以下质量百分比的原料制成：碳化硅粉末：90.0wt％～99.9wt％；纯金属粉末：0.03wt％～0.3wt％；表面具有钝化层的铝粉末：0.07wt％～9.7wt％；所述钝化层为氧化铝。

【技术特征摘要】
1.一种半导体功率器件模块基板，其特征在于，该模块基板主要由以下质量百分比的原料制成：碳化硅粉末：90.0wt％～99.9wt％；纯金属粉末：0.03wt％～0.3wt％；表面具有钝化层的铝粉末：0.07wt％～9.7wt％；所述钝化层为氧化铝。2.根据权利要求1所述半导体元器件的模块基板，其特征在于，所述表面具有钝化层的铝粉末的质量百分比为5.0wt％～8.0wt％。3.根据权利要求1所述半导体功率器件模块基板，其特征在于，所述钝化的铝粉末表面钝化层的厚度≥1μm。4.根据权利要求1或2或3所述半导体功率器件模块基板，其特征在于，所述表面具有钝化层的铝粉末纯度为90％以上。5.根据权利要求1或2或3所述半导体功率器件模块基板，所述表面具有钝化层的铝粉末平均粒径为5μm～30μm。6.根据权利要求1或2或3所述半导体功率器件模块基板，其特征在于，所述碳化硅粉末的纯度≥90％。7.根据权利要求1或2或3所述半导体功率器件模块基板，其特征在于，所述纯金属粉选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：星野政宏，张乐年，王婉，
申请(专利权)人：台州市一能科技有限公司，张乐年，
类型：发明
国别省市：浙江,33