覆铜陶瓷基板制造技术

此处提供的覆铜陶瓷基板包括：氮化物陶瓷基板；第一钝化层，包括掺杂其他金属的氧化铝或氧化硅，其他金属是钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合，且铝或硅与其他金属的重量比例介于60:40至99.5:0.5之间；以及第一铜层，其中第一钝化层位于氮化物陶瓷基板的上表面与第一铜层之间。

【技术实现步骤摘要】
覆铜陶瓷基板
本揭露关于覆铜陶瓷基板与其形成方法。
技术介绍
随着电动车市场的兴起，其中用于控制马达引擎电压电流的输出的IGBT功率模块需求增加，也随着更佳的加速表现，功率模块所需的电压、电流也越来越高(>1200V、>800A)，其中一种用于封装IGBT晶片的覆铜陶瓷基板的技术也越来越重要，此覆铜陶瓷基板需能承受高电压、高电流，且需兼具高结构强度、高导热率、高热循环可靠度等特性。此覆铜陶瓷基板的结构为一陶瓷基板，上下接合厚度大于0.1mm的铜箔，中间的陶瓷基板的常见材料为氧化铝(Al2O3)、氧化锆增韧氧化铝(ZTA)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)等材料，其中AlN陶瓷具有最佳的导热性(热传导系数达到180W/m·K，氧化铝热传导系数为30W/m·K)，热膨胀系数与硅(Si)、锗(Ge)等晶片材料接近等优点。另外，Si3N4陶瓷兼具强度与热传导特性是具备高度可热循环可靠度的陶瓷基板材料。覆铜陶瓷基板的制作方式常见的方法为直接覆铜接合技术(DirectBondedCopperMethod)，此方法利用表面处理的铜箔覆盖于陶瓷基板上，于惰性气氛中加热至1050℃～1080℃之间，使铜箔表面的氧化铜接合至陶瓷基板。当使用氮化铝作为陶瓷基板时，需额外氧化处理氮化铝陶瓷基板的表面以形成安定的惰性保护层。然而氧化铜与惰性保护层会发生反应产生气体，即在铜箔与陶瓷基板的界面处形成气泡。气泡会降低铜箔与陶瓷基板的结合强度、热传导及可靠度。综上所述，目前亟需新的覆铜陶瓷基板以解决上述问题。
技术实现思路
本揭露一实施例提供的覆铜陶瓷基板，包括：氮化物陶瓷基板；第一钝化层，包括掺杂其他金属的氧化铝或氧化硅，其他金属是钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合，且铝或硅与其他金属的重量比例介于60:40至99.5:0.5之间；以及第一铜层，其中第一钝化层位于氮化物陶瓷基板的上表面与第一铜层之间。在一实施例中，氮化物陶瓷基板包括氮化铝陶瓷基板或氮化硅陶瓷基板。在一实施例中，氮化物陶瓷基板的厚度介于0.3毫米至1毫米之间。在一实施例中，第一钝化层的厚度介于1至5微米之间。在一实施例中，第一钝化层的厚度介于1至2微米之间。在一实施例中，第一铜层的厚度介于0.1毫米至0.3毫米之间。在一实施例中，上述覆铜陶瓷基板还包括：第二钝化层，包括掺杂其他金属的氧化铝或氧化硅，其他金属是钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合，且铝或硅与其他金属的重量比例介于60:40至99.5:0.5之间；以及第二铜层，其中第二钝化层位于氮化物陶瓷基板的下表面与第二铜层之间。在一实施例中，第二钝化层的厚度介于1至5微米之间。在一实施例中，第二钝化层的厚度介于1至2微米之间。在一实施例中，第二铜层的厚度介于0.1毫米至0.3毫米之间。附图说明图1至图3是一实施例中，形成覆铜陶瓷基板的方法的示意图；图4是一实施例中，覆铜陶瓷基板的示意图。【符号说明】11氮化物陶瓷基板13前驱物层15钝化层17铜箔具体实施方式在一实施例中，提供氮化物如氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)的氮化物陶瓷基板11，并清洁氮化物陶瓷基板11的表面，在一实施例中，氮化物陶瓷基板11的厚度介于0.3m毫米至1毫米之间。若氮化物陶瓷基板11的厚度过小，则基板强度无法抵抗铜箔因接合后所引入的热应力而导致基板破裂。若氮化物陶瓷基板11的厚度过大，则界面热阻太大，垂直于基板侧的热传导不佳，造成无法有效将IGBT晶片的热导出而降低产品特性。举例来说，可碱洗氮化物陶瓷基板11，再以去离子水中和基板表面。接着使氮化物陶瓷基板11的表面干燥，再形成含钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合的前驱物层13于氮化物陶瓷基板11的上表面与下表面上，如图1所示。举例来说，上述前驱物层13的形成方法可为沉积、铺粉、印刷、喷涂、或涂布。接着加热上表面与下表面具有前驱物层13的氮化物陶瓷基板11到1000℃至1300℃之间并维持0.1小时至6小时，使前驱物层13转换成钝化层15，如图2所示。在一实施例中，上述加热前驱物层13的步骤的环境的氧浓度介于100ppm至1％之间。若氧浓度过低，则钝化元素无法产生钝化的效果。若氧浓度过高，则钝化层厚度过大。经上述步骤后，形成于氮化物陶瓷基板11的上表面与下表面上的钝化层15包括掺杂钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合的氧化铝(当氮化物陶瓷基板11为氮化铝时)或氧化硅(当氮化物陶瓷基板11为氮化硅时)，且掺杂元素对应前驱物层13的组成。在钝化层15中，铝或硅与其他掺杂金属(如钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合)的重量比例介于60:40至99.5:0.5。若其他掺杂元素的比例过低，则无掺杂元素的效果。若其他掺杂元素的比例过高，则无法形成钝化层以提供接合。在一实施例中，钝化层15的厚度介于1微米至5微米之间。在另一实施例中，钝化层15的厚度介于1微米至2微米之间。若钝化层15的厚度过小，则无法有效帮助铜箔贴合至氮化物陶瓷基板11。若钝化层15的厚度过大，则贴合强度会下降。接着预氧化铜箔17的表面，以形成预氧化面于铜箔17的上表面与下表面上。在一实施例中，铜箔17的厚度介于0.1毫米至0.3毫米之间。接着在惰性气氛(低氧气浓度，比如20ppm)中将上表面与下表面具有钝化层15的氮化物陶瓷基板11置于两片预氧化处理后的铜箔17之间，并加热到1050℃至1080℃，使铜箔17经由钝化层15接合至氮化物陶瓷基板11，如图3所示。至此即得覆铜的陶瓷基板，其具有优异的铜箔拉力值(较不易分层)。由X光穿透相片可知，与纯氧化铝的钝化层相较，掺杂钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合的氧化铝或氧化硅的钝化层15在接合后的气泡大小与数目均大幅下降。在另一实施例中，可只在氮化物陶瓷基板11的一侧上形成钝化层15与铜箔17，如图4所示。上述覆铜陶瓷基板可作为高功率模块中的电路板，以承载高电压与高电流的IGBT晶片。上述高功率模块可用于电动车、风力发电机、发电厂、或类似设备。为让本揭露的上述内容和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：[实施例]比较例1取无氧铜的铜箔裁切成4.25吋×4.25吋×0.3mm的尺寸，并以#2500砂带抛光铜箔的上表面与下表面，以超音波清洁后在大气下加热至250℃并维持30分钟，以预氧化铜箔表面。此处理后的铜箔保存于真空下备用。购自Kyocera的氧化铝基板，其尺寸为4.25吋×4.25吋×0.635mm，且表面粗糙度为0.6微米至0.8微米。将氧化铝基板置入5％的NaOH并超音波振荡3分钟以碱洗氧化铝基板，再将氧化铝基板置入去离子水并超音波振荡3分钟以中和碱洗后的氧化铝表面。接着旋转氧化铝基板除水，并将氧化铝基板加热至120℃并维持1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种覆铜陶瓷基板，其特征在于，包括：/n一氮化物陶瓷基板；/n一第一钝化层，包括掺杂其他金属的氧化铝或氧化硅，其他金属是钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合，且铝或硅与其他金属的重量比例介于60:40至99.5:0.5之间；以及/n一第一铜层，/n其中该第一钝化层位于该氮化物陶瓷基板的上表面与该第一铜层之间。/n

【技术特征摘要】
20191126 TW 1081428981.一种覆铜陶瓷基板，其特征在于，包括：
一氮化物陶瓷基板；
一第一钝化层，包括掺杂其他金属的氧化铝或氧化硅，其他金属是钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、或上述的组合，且铝或硅与其他金属的重量比例介于60:40至99.5:0.5之间；以及
一第一铜层，
其中该第一钝化层位于该氮化物陶瓷基板的上表面与该第一铜层之间。


2.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板，其特征在于，该氮化物陶瓷基板包括氮化铝陶瓷基板或氮化硅陶瓷基板。


3.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板，其特征在于，该氮化物陶瓷基板的厚度介于0.3毫米至1毫米之间。


4.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板，其特征在于，该第一钝化层的厚度介于1微米至5微米之间。


5.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷基板，其特征在于，该第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄凯翔，许建强，许建中，邱国创，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71