一种带有梯度结构的陶瓷基板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带有梯度结构的陶瓷基板，包括陶瓷基板、2种以上不同热膨胀系数的金属薄膜，所述金属薄膜按照热膨胀系数从小到大的顺序方式依次附着在所述陶瓷基板正、反面，所述相邻的金属薄膜的热膨胀系数的差值范围为3~4，靠近陶瓷基板的金属薄膜的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数的差值也为3~4，通过逐步的改善陶瓷基板与金属薄膜之间热膨胀系数的差异，有效降低各层接触面之间的应力，防止陶瓷基板产生裂纹或裂痕，降低元器件失效的风险，提高产品的可靠性及稳定性。提高产品的可靠性及稳定性。提高产品的可靠性及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种带有梯度结构的陶瓷基板


[0001]本专利技术属于半导体器件封装
，具体涉及一种带有梯度结构的陶瓷基板。

技术介绍

[0002]目前在DPC陶瓷基板生产过程中，需要在陶瓷片表面进行金属化操作，而基板的结构决定于二者需要紧密结合，其最主要因素就是金属与陶瓷间形成足够的结合强度。在陶瓷基板行业常使用的陶瓷基本上均是共价化合物，其本身润湿性差也不易与金属发生反应。另外一般金属的膨胀系数较大，陶瓷的膨胀系数较小，在实际应用中器件工作时发热，多次热循环之后因材料间膨胀系数差别大会产生较大的应力，导致金属与陶瓷间的结合力度降低，造成产品失效。
[0003]现阶段的陶瓷金属化技术虽能满足常规半导体封装应用，但随着5G通信的快速发展，对产品的散热耐热要求越来越严格，大功率器件在使用中热循环使得器件封装的陶瓷衬底材料要求越来越严格，而这其中正是需要提高金属与陶瓷之间的结合力。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
中的问题，本技术提供一种带有梯度结构的陶瓷基板，利用不同金属类的膨胀系数、镀膜顺序及镀膜厚度，并结合热处理方式改善金属材料与陶瓷材料之间热膨胀系数的差异，缓解因界面热膨胀系数差异较大产生的应力，提高金属与陶瓷之间的结合强度。
[0005]本技术是通过以下方式实现的：
[0006]一种带有梯度结构的陶瓷基板，包括陶瓷基板、2种以上不同热膨胀系数的金属薄膜，所述金属薄膜按照热膨胀系数从小到大的顺序方式依次附着在所述陶瓷基板正、反面。
[0007]优选的，所述相邻的金属薄膜的热膨胀系数的差值范围为3~4，靠近陶瓷基板的金属薄膜的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数的差值为3~4。
[0008]优选的，附着在所述陶瓷基板正面的金属薄膜层数范围为2~4层，附着在所述陶瓷基板反面的金属薄膜层数范围为2~4层。
[0009]优选的，所述金属薄膜的材质为钛、镍、铬、钨、钼、铜中的一种或者两种以上的组合。
[0010]优选的，所述不同热膨胀系数的金属薄膜分为5层依次附着所述陶瓷基板上，靠近所述陶瓷基板正、反面的第一层金属薄膜厚度范围为30~400nm,附着在所述第一层金属薄膜的第二层金属薄膜厚度范围为50~500nm,附着在所述第二层金属薄膜的第三层金属薄膜厚度范围为100~600nm，附着所述第三层金属薄膜的第四层金属薄膜厚度范围为300~1000nm，附着在所述第四层金属薄膜的第五层金属薄膜厚度范围为30~500nm。
[0011]优选的，所述不同热膨胀系数的金属薄膜分为4层依次附着所述陶瓷基板上，靠近所述陶瓷基板正、反面的第一层金属薄膜厚度范围为50~500nm,附着在所述第一层金属薄膜的第二层金属薄膜厚度范围为100~600nm,附着在所述第二层金属薄膜的第三层金属薄
膜厚度范围为300~1000nm，附着在所述第三层金属薄膜的第四层金属薄膜厚度范围为30~500nm。
[0012]优选的，所述陶瓷基板材质为氮化铝、氧化铝，氮化硅，碳化硅，氮化镓，氧化铍，钛酸钡等。
[0013]优选的，所述不同热膨胀系数的金属薄膜除最外层金属薄膜外，均通过磁控溅射方式依次附着在所述陶瓷基板正、反面。
[0014]优选的，所述最外面一层的金属薄膜表面还电镀了一层铜的线路焊盘。
[0015]本技术与现有技术溅射钛、铜相比，根据相邻金属薄膜的热膨胀系数梯度差值，按照热膨胀系数从小到大的顺序方式依次溅射在陶瓷基板上，有效降低实际应用中陶瓷基板与金属薄膜之间热膨胀系数的差异，从而减少连接界面之间的应力，在大功率器件的高热量工作环境下，能有效防止陶瓷基板产生裂纹或裂痕，降低元器件失效的风险，提高产品的可靠性及稳定性。
附图说明
[0016]图1是本技术一种带有梯度结构的陶瓷基板较佳实施例一结构示意图。
[0017]图2是本技术一种带有梯度结构的陶瓷基板较佳实施例二结构示意图。
[0018]附图标记
[0019]1‑
氮化铝陶瓷片、21
‑
钛钨合金靶材、22
‑
钛靶材、23
‑
铜钛合金靶材、24
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铜靶材、3
‑
铜、4
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氧化铝陶瓷片。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本技术作进一步描述。
[0021]如图1所示，实施例一：
[0022]一种带有梯度结构的陶瓷基板，包括陶瓷基板和5层金属薄膜。
[0023]所诉陶瓷基板为热膨胀系数系数4.5的氮化铝陶瓷片1，将122*122*0.38mm氮化铝陶瓷片1打孔后进行超声清洗活化75min，再置于高精密烘箱中150℃烘烤2小时。
[0024]将所诉烘烤后的氮化铝陶瓷片1放入磁控溅射镀膜机中，将磁控溅射镀膜机温度设定为320℃，真空度为0.68Pa，溅射功率设定为220W，分别按热膨胀系数从小到大的顺序溅射3层金属薄膜。溅射在所述氮化铝陶瓷片1正、反面的第一层金属薄膜采用热膨胀系数为7.5的钛钨合金靶材21（钛为85%；钨为15%），厚度为400nm；溅射在所述第一层金属薄膜钛钨合金靶材21外侧的第二层金属薄膜采用热膨胀系数为10.8、99.9%钛靶材22，厚度为210nm；溅射在所述第二层金属薄膜钛靶材22外侧的第三层金属薄膜采用热膨胀系数为14.2铜钛合金靶材23（铜为70%;钛为30%），厚度为200nm。
[0025]再将磁控溅射镀膜机温度设定为350℃，真空度为0.80Pa，溅射功率设定为230W，在所述第三层金属薄膜铜钛合金靶材23外侧，溅射第四层金属薄膜，所述第四层金属薄膜采用99.9%的铜靶材24，热膨胀系数为17.5，厚度为550nm；
[0026]然后将溅射了金属薄膜后的氮化铝陶瓷片1，置于高精密烘箱真空150℃烘烤1小时，释放应力；
[0027]利用电镀工艺，将热膨胀系数为17.5的铜3按照相应的电路图形设计，电镀在已烘
烤后的溅射了4层金属薄膜后的氮化铝陶瓷片1上，再置于八温区的回流焊机，链速75mm/min，充分释放应力。
[0028]实施例二：
[0029]如图2所示，一种带有梯度结构的陶瓷基板，包括陶瓷基板和4层金属薄膜。
[0030]所诉陶瓷基板为热膨胀系数系数7.5的氧化铝陶瓷片4，将127*127*0.51mm氧化铝陶瓷片4打孔后进行超声清洗活化80min，再置于高精密烘箱中150℃烘烤2小时。
[0031]将所诉烘烤后的氧化铝陶瓷片4放入磁控溅射镀膜机中，将磁控溅射镀膜机温度设定为320℃，真空度为0.68Pa，溅射功率设定为220W，分别按热膨胀系数从小到大的顺序溅射溅射2层金属薄膜。溅射在所述氧化铝陶瓷片4正、反面的第一层金属薄膜采用99.9%的钛靶材22，热膨胀系数为10.8，厚度为350nm；溅射在所述第一层金属薄膜钛靶材22外侧的第二层金属薄膜采用热膨胀系数为14.2铜钛合金靶材23（铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有梯度结构的陶瓷基板，其特征在于，包括陶瓷基板、2种以上不同热膨胀系数的金属薄膜，所述金属薄膜按照热膨胀系数从小到大的顺序方式依次附着在所述陶瓷基板正、反面。2.根据权利要求1所述的一种带有梯度结构的陶瓷基板，其特征在于，所述相邻的金属薄膜的热膨胀系数的差值范围为3~4，靠近陶瓷基板的金属薄膜的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数的差值为3~4。3.根据权利要求1或2所述的一种带有梯度结构的陶瓷基板，其特征在于，附着在所述陶瓷基板正面的金属薄膜层数范围为2~4层，附着在所述陶瓷基板反面的金属薄膜层数范围为2
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4层。4.根据权利要求1所述的一种带有梯度结构的陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷基板材质为氮化铝、氧化铝，氮化硅，碳化硅，氮化镓，氧化铍，钛酸钡的一种。5.根据权利要求1所述的一种带有梯度结构的陶瓷基板，其特征在于，所述不同热膨胀系数的金属薄膜分为5层依次附着所述陶瓷基板上，靠近所述陶瓷基板正、反...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，
申请(专利权)人：南昌光谷光电工业研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：