具有光滑镀层的金属化陶瓷基片及其制造方法技术

一种带有光滑镀层的金属化陶瓷基片，包括：含氮化铝作主要组分的陶瓷基片／形成在上述陶瓷基片至少一个面上的钨和／或钼基的金属化层；和形成在金属化层上的，厚度不超过２μｍ，表面粗糙度（Ｒａ）不超过２μｍ的镍基镀层。另一种方案中，镀层由第一层镍基镀层和第二层金基镀层构成，它们的厚度分别不超过２μｍ和１μｍ，第二镀层的表面粗糙度不超过２μｍ。这些金属化陶瓷基片是这样制备的；在Ａ１Ｎ陶瓷基片素坯上少敷Ｗ和／或Ｍｏ的金属化料浆，压平、烧结，并形成上述的一层或多层镀层。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氮化铝陶瓷，它广泛用作具有高热导率和合适散热性质的电子材料，如基片，包括IC基片和包封材料。更具体地说，本专利技术涉及一种金属化的氮化铝陶瓷基片，在基片上装有电子元件，如ICs、晶体管、二极管、三极管，本专利技术还涉及一种制造这种金属化陶瓷基片的方法。最近，为了满足高速、高输出操作以及用于多功能的增大的集成密度，半导体装置、例如半导体集成电路的性能已经得到了明显提高。这导致了从这些半导体装置中散发热量的急剧增大。为了实现有效的散热，需要安装这种半导体装置的陶瓷基片具有高的热导率。通常用作这类半导体装置的基片为氧化铝，它的热导率相对较低，约为17W/m·k，而且热膨胀系数比作为半导体元件材料的硅要大。热膨胀系数的差别导致氧化铝基片与硅之间焊接较弱。在这种伴有氧化铝的情况下，使用的一种引人注目的材料是氮化铝(AlN)，它具有高的热导率，约180W/m·k，以及与硅相接近的热膨胀系数。在日本专利公开No.3-193686中，AlN作为金属化的烧结体，用来与半导体元件以及装配元件包括铅框架或密封环焊在一起。尽管预先形成的金属化层与AlN烧结体有足够的粘结强度，但是它的焊料润湿性差。焊料润湿性差会引起以下几个问题。当通过金属化层将半导体元件装在AlN烧结体上时，差的焊料润湿性会降低由半导体元件向AlN烧结体的传热效率，因而降低由AlN烧结体释放的热量，导致半导体元件的严重升温。结果，难以实现半导体元件的正常操作。另一个问题例如是，当通过金属化层将密封环焊接在一个AlN烧结体上时，差的焊料润湿性很容易在焊料层形成泄漏通道，因而降低了其气密性。一种用来改进焊料润湿性的常用技术是在金属化层上面形成一层足够厚的镀层，例如5μm。然而，这会增加镀覆的费用，会导致粗糙的镀层以及镀层上焊料点的形成，因此降低了装在基片上的ICs的散热性能。日本专利公开No.5-238857中公开了一种方法，它通过向金属化料浆中加入极其昂贵的氢化钛来使基片达到足够的粘结强度和合适的焊料润湿性。但是，这种方法明显增加了制造成本。因此，本专利技术的一个目的是提供一种金属化的陶瓷基片，它具有光滑的镀层和足够的粘结强度，以及优良的焊料润湿性，其中在上述常规方法中遇到的问题都得以克服。本专利技术的另一个目的是提供一种制造这种金属化陶瓷基片的方法，它不需要昂贵的金属化工艺。从上述来看，本专利技术人经过深入研究发现，通过在陶瓷基片上形成一层光滑的金属化层以及在金属化层上形成一层具有最小表面粗糙度的光滑镀层，得到一种既有优良的焊料润湿性，又有足够的粘结强度的陶瓷基片。在这一发现的基础上，已经开发了本专利技术的金属化陶瓷基片及其生产方法。为了实现上述目的，提供了一种带有光滑镀层的金属化陶瓷基片，它包括包括氮化铝作为主要组分的陶瓷基片；在上述陶瓷基片的至少一个面上形成的金属化层，该层包括至少一种选自由钨和钼组成的一组中的金属作为主要组分；以及在金属化层上形成的镀层，它包括镍作为主要组分，其中镍镀层的厚度不大于2μm，表面粗糙度不大于2μm(指日本工业标准(JIS)中的中线平均粗糙度(Ra))。本专利技术的另一方面中，在上述金属化陶瓷基片中的镀层可以由第一镀层和第二镀层构成，其中第一镀层形成在金属化层上，包括钨作为主要组分，第二镀层形成在第一镀层之上，包括金作为主要组分。在这种情况下，要求第一镀层和第二镀层的厚度分别不大于2μm和1μm，第二层的表面粗糙度(Ra)不大于2μm。本专利技术还涉及一种生产这种带有光滑镀层的金属化陶瓷基片的方法。第一种基片是通过下面的制造方法获得的将包含至少一种选自由钨和钼组成的一组中的金属作为主要组分的金属化料浆涂敷在陶瓷基片素坯(即未烧结的陶瓷基片)的至少一个面上，该陶瓷基片包括氮化铝作主要组分；将一块表面粗糙度(Ra)不超过0.7μm的板放在陶瓷基片素坯涂敷了金属化料浆的那个面上，在压力下将涂敷了金属化料浆的面压平；在一种非氧化性气氛下烧结陶瓷基片；和在陶瓷基片的金属化层上形成一层包含镍作为主要组分的镀层，该镀层的厚度不超过2μm，表面粗糙度(Ra)不超过2μm。在制造上述第二种类型的金属化陶瓷基片时，如前所述那样，将上述的钨和/或钼基金属化料浆涂敷在陶瓷基片素坯的至少一个面上，压平并烧结。此后，在基片的金属化层上形成包括镍作为主要组分的第一镀层，其厚度不超过2μm，再在第一镀层之上形成包括金作为主要组分的第二镀层，该层的厚度不度1μm，其表面粗糙度(Ra)不超过2μm。根据本专利技术，通过下面的方法来制造前述具有光滑镀层的金属化陶瓷基片，该方法包括在含氮化铝作为主要组分的陶瓷基片素坯的至少一个面上涂敷一种金属化料浆以形成一层金属化层，其中的金属化料浆包括至少一种选自由钨和钼组成的一组中的金属作为主要组分；将一块表面粗糙度(Ra)不超过0.7μm的板放在涂敷了金属化料浆的面上；在压力下将陶瓷基片涂敷了金属化料浆的那一面压平；在一种非氧化性气氛下烧结带有光滑金属化层的陶瓷基片；在氮化铝的金属化层那一面上形成一层镍基镀层，这层镍基镀层厚度不超过2μm，表面粗糙度(Ra)也不超过2μm。如果需要，可以在镍基镀层上形成一层厚度不超过1μm，表面粗糙度(Ra)不超过2μm的金基镀层。本专利技术方法的必要特征为(1)用于本专利技术的陶瓷基片素坯具有足够低的硬度，优选地，其洛氏硬度不超过100HRS，(2)在涂敷有金属化料浆的表面进行压平操作；(3)本专利技术所用的金属化料浆加有少量的玻璃；(4)在基片上形成的镀层足够薄。更详细地说，可用任何已知的方法将金属化料浆涂敷在陶瓷基片素坯上，如网板印刷或旋涂法。然后在涂敷了金属化料浆的表面上进行压平处理，使涂敷金属化料浆层的表面的粗糙度被陶瓷基片素坯的塑性形变所弥补。因为玻璃可能会增加金属化层的表面粗糙度，所以限制其向金属化料浆的添加量，并且降低镀层的厚度以减小其粗糙度，由此可以在一个平整的金属化面上形成光滑的镀层。当压平处理的条件，金属化料浆中的玻璃含量，以及烧结条件得以优化时，得到的带有光滑镀层的金属化的氮化铝陶瓷基片的粘结强度进一步提高，并有优良的焊料润湿性。用来压平涂敷了金属化料浆面的平板的表面粗糙度应该不超过0.7μm。如果表面粗糙度大于该上限，导致涂敷了金属化料浆的面压平不充分，因此难以得到具有光滑镀层的金属化氮化铝基片。压平用的板的材料可以包括金属，树脂，橡胶和陶瓷。树脂和橡胶在压平工艺的温度范围内最好具有不低于50HRS的洛氏硬度。压平处理的优选条件是在不低于15℃的温度下，向涂有金属化料浆的面施加不小于15kg/cm2的压力。低于上述下限的温度和压力会导致金属化料浆的较差的塑性流动，及涂有金属化料浆面的压平不充分，因此导致难以得到具有光滑镀层的金属化氮化铝基片。本专利技术中，在用来制造金属化氮化铝基片的方法中所用的金属化料浆包括至少一种选自由钨和钼组成的一组中的金属作为主要组分。金属化料浆中的玻璃组分优选地不超过15重量份(相对于100重量份的钨粉和钼粉的总量)。即使金属化基片在烧结之前得到压平，在烧结期间玻璃组分的熔化和扩散，使得一度压平的金属化表面在烧结以后又变得粗糙。超过上述极限的玻璃含量导致金属化层的粗糙度明显加大，由此难以获得具有光滑镀层的金属化氮化铝基片。金属化料浆中的玻璃组分优选地含有至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有光滑镀层的金属化陶瓷基片，所述金属化陶瓷基片包括：含氮化铝作为主要组分的陶瓷基片；在上述陶瓷基片的至少一个面上形成的金属化层，它包括至少一种选自由钨和钼组成的一组中的金属作为主要组分；和形成在上述金属化层之上的镀层，它包括镍作为主要组分，所说镍镀层厚度不超过２μｍ，表面粗糙度（Ｒａ）不超过２μｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：下田浩平，仲田博彦，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]