一种IGBT封装用陶瓷基板的制备方法技术

本发明专利技术公开一种IGBT封装用陶瓷基板的制备方法，步骤包括清洗、真空溅镀、图形转移、电镀、退膜、刻蚀、砂带整平等。由于采用低温工艺，因此设备和工艺条件较易控制；由于采用真空溅镀钛层的方式进行陶瓷表面金属化，故陶瓷基板各层之间的接触热阻较小、结合力较高；由于采用图形转移和电镀的方式在陶瓷基板的表面形成导电线路，并结合砂带打磨整平线路，因此基板的铜线路结构更为精细平整，铜线路厚度也可根据需要进行调整；本发明专利技术制备方法重复性好、成本较低，产品线路结构较为精细、图形精度较高、散热性能较好，可实现IGBT芯片的直接焊接，产品在功率半导体器件封装领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种IGBT封装用陶瓷基板的制备方法，步骤包括清洗、真空溅镀、图形转移、电镀、退膜、刻蚀、砂带整平等。由于采用低温工艺，因此设备和工艺条件较易控制；由于采用真空溅镀钛层的方式进行陶瓷表面金属化，故陶瓷基板各层之间的接触热阻较小、结合力较高；由于采用图形转移和电镀的方式在陶瓷基板的表面形成导电线路，并结合砂带打磨整平线路，因此基板的铜线路结构更为精细平整，铜线路厚度也可根据需要进行调整；本专利技术制备方法重复性好、成本较低，产品线路结构较为精细、图形精度较高、散热性能较好，可实现IGBT芯片的直接焊接，产品在功率半导体器件封装领域具有广阔的应用前景。【专利说明】一种IGBT封装用陶瓷基板的制备方法
本专利技术涉及陶瓷基板制备领域技术，尤其是指一种IGBT封装用陶瓷基板的制备方法。
技术介绍
绝缘棚.双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)是由双极型三极管和MOS场效应晶体管所构成的复合功率半导体器件。由于具备开关速度快、电流容量大、输入阻抗高、导通压降低、驱动功率小、控制线路简单等一系列优点，IGBT被广泛应用于变频家电、电动汽车、高速铁路、智能电网、太阳能和风能发电等诸多领域，对实现节能降耗、缓解当今日益严重的能源危机和环境问题起着不可或缺的作用。IGBT的模块化，即将多个IGBT芯片及相应的续流二极管封装在同一个模块当中，是获得高频、高压、大电流的IGBT产品的主要手段。然而，随着IGBT模块内部电路结构的复杂化和紧凑化以及工作电流增大所带来的耗散功率的增加，使得IGBT模块所遇到的大发热量的问题更为突出，这对在模块封装过程中起到支撑IGBT芯片和电气绝缘作用的基板材料提出了更高的散热性能要求。目前，用于封装IGBT的基板主要为采用直接覆铜(DBC)工艺制备的陶瓷基板。当选用氧化铝陶瓷材料时，该种基板的导热系数为20-25 WX (mXK)—I导热性能优良；基板表面还可以根据需要刻蚀出各种图案，作为芯片焊接衬底及主电极和控制电极的焊接支架。采用该种基板的另一个重要考虑是DBC陶瓷板的表面金属层厚度较大(约在100-600μπι范围内)，载流能力较强。然而，在DBC陶瓷基板的制备过程中，需要的温度较高(约为1065°C)，铜箔在高温条件下容易发生翘曲，陶瓷基片和铜箔的导热系数差异可能会导致高温下陶瓷基片表面产生裂纹;铜箔或陶瓷基片的表面处理过程中往往会生成的不连续的氧化层，致使铜箔和陶瓷板之间的过渡层(铜氧共晶层)存在着微气孔，这些微气孔会增加陶瓷基板与铜箔之间的传热阻力、降低基板各层之间的结合强度、削弱基板的抗热冲击能力。此外，DBC基板表面线路的制作采用的是化学腐蚀工艺，这使得表面图形的线宽不能小于ΙΟΟμπι，难以满足对线路精准度要求较高的IGBT模块的封装要求。因此，开发出一种散热能力较强、制备工艺条件较易控制、图形精度较高的IGBT封装用陶瓷基板，将能进一步提高IGBT在高电压、大电流应用领域的封装水平。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种IGBT封装用陶瓷基板的制备方法，其能有效解决现有陶瓷基板存在的结合强度较低、过渡层热阻较大、生产设备和工艺条件控制要求过高、图形精准度较差等问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下之技术方案: 一种IGBT封装用陶瓷基板的制备方法，包括有以下步骤: (I)清洗:对陶瓷基片进行超声波清洗和烘干，以去除陶瓷基片表面的杂质； (2)真空溅镀:采用真空磁控溅镀的方式在经过清洗后的陶瓷基片表面上依次形成一钛层和一铜层，该铜层覆盖于钛层的表面上； (3)图形转移:在铜层的表面上贴干膜，然后利用光掩膜对陶瓷基片的表面进行曝光，再经过显影处理，以获得线路图案； (4)电镀:在线路图案上进行电镀铜而形成铜线路； (5)退膜:去除残留在铜层表面上的干膜； (6)蚀刻:采用蚀刻的方式去除陶瓷基片表面除了铜线路以外的钛层和铜层，以获得具备精细结构的铜线路； (7)砂带整平:采用砂带打磨的方式对铜线路进行打磨，使铜线路的表面平整、厚度均匀。作为一种优选方案，所述陶瓷基片的主要成分为具有高导热系数的氧化铝和氮化招O作为一种优选方案，所述步骤(2)中真空溅镀形成的钛层厚度为0.05-0.3μπι，铜层的厚度为0.5-2.Ομπι。作为一种优选方案，进一步包括以下步骤: (8)镀镍:在前述陶瓷基片和铜线路的表面镀上镍层； (9)镀金/银:在前述镍层的表面镀上一层金层或者银层。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知: 本专利技术由于制作过程在低温条件下进行(300°C以下)，避免了高温对陶瓷基片和铜箔产生的不利影响，设备和工艺条件易于控制；由于采用真空磁控溅镀的方式在陶瓷基片表面形成合适厚度的钛层，实现陶瓷表面的金属化，因此陶瓷基片和铜箔之间不存在因前处理效果不佳引起的空洞现象，保证了铜箔和陶瓷基片之间的较小的接触热阻以及基板各层之间较强的结合力；由于采用图形转移和电镀的方式形成导电线路，并结合砂带打磨的方式对导电线路进行后加工，获得线宽为较小(可低至ΙΟμπι)的电路图形，故铜线路结构更加精细平整；由于采用常温电镀的方式形成铜层或铜线路，因此可通过调整电镀时间获得不同厚度的铜层或铜线路，铜层或铜线路厚度范围为10_600μπι，可选择的厚度范围较宽，表面铜层厚度较小的陶瓷基板还可用于集电极电流较小的中小功率IGBT的封装。此外，相比于采用传统方法制备正面和背面铜层厚度差异较大的IGBT封装用陶瓷基板，本专利技术制备方法避免了高温条件下由各层热膨胀系数的不匹配和厚度差异引起的层间剪切力，大大降低了该种陶瓷基板产品的制备难度。本专利技术制备方法重复性较好、成本较低，产品线路结构较为精细，图形精度较高、散热性能较好，可实现IGBT芯片的直接焊接，产品在功率半导体器件封装领域具有广阔的应用前景。为更清楚地阐述本专利技术的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本专利技术进行详细说明。【附图说明】图1为本专利技术之较佳实施例的工艺流程图； 图2为本专利技术之较佳实施例中制作过程的第一状态示意图； 图3为本专利技术之较佳实施例中制作过程的第二状态示意图； 图4为本专利技术之较佳实施例中制作过程的第三状态示意图； 图5为本专利技术之较佳实施例中制作过程的第四状态示意图； 图6为本专利技术之较佳实施例中制作过程的第五状态示意图； 图7为本专利技术之较佳实施例中制作过程的第六状态示意图。附图标识说明: 10、陶瓷基片20、铜线路 201、铜层30、钛层 40、干膜50、光掩膜 60、镍层70、金层或银层。【具体实施方式】请参照图7所示，其显示出了本专利技术之较佳实施例1GBT封装用陶瓷基板的具体结构，包括有陶瓷基片10以及设置在陶瓷基片10上的铜线路20。该陶瓷基片10的主要成分是具有高导热系数的氧化铝(Al2O3)或者氮化铝(AlN)，符合功率半导体器件封装的散热性要求。该铜线路20与陶瓷基片10之间设置有钛层30，该钛层将铜线路20与陶瓷基片10粘结在一起，该钛层厚度为0.05-0.3μπι;该铜线路20的表面镀有镍层60，该镍层60的表面镀有金层或银层70。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT封装用陶瓷基板的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：（1）清洗：对陶瓷基片进行超声波清洗和烘干，以去除陶瓷基片表面的杂质；（2）真空溅镀：采用真空磁控溅镀的方式在经过清洗后的陶瓷基片表面上依次形成一钛层和一铜层，该铜层覆盖于钛层的表面上；（3）图形转移：在铜层的表面上贴干膜，然后利用光掩膜对陶瓷基片的表面进行曝光，再经过显影处理，以获得线路图案；（4）电镀：在线路图案上进行电镀铜而形成铜线路；（5）退膜：去除残留在铜层表面上的干膜；（6）蚀刻：采用蚀刻的方式去除陶瓷基片表面除了铜线路以外的钛层和铜层，以获得具备精细结构的铜线路；（7）砂带整平：采用砂带打磨的方式对铜线路进行打磨，使铜线路的表面平整、厚度均匀。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴朝晖，康为，
申请(专利权)人：东莞市凯昶德电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44