一种氮化铝基板及其制备方法技术

一种氮化铝基板及其制备方法，属于半导体的散热技术领域。氮化铝基板包括氮化铝陶瓷板，且氮化铝陶瓷板的化学成分含有金属钼和氮化铝，金属钼与氮化铝的体积之比的比值为3

【技术实现步骤摘要】
一种氮化铝基板及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体的散热
，具体而言，涉及一种氮化铝基板及其制备方法。

技术介绍

[0002]光模块是进行光电和电光转换的光电子器件。光模块的发送端把电信号转换为光信号，接收端把光信号转换为电信号。光模块应用于数据通信领域，发展至今，光纤已取代电通信成为全球最重要的有线通信方式。
[0003]由于大数据、区块链、云计算、物联网、人工智能、5G的兴起，使得数据流量迅猛增长，数据流量的增加对光模块的传输速率提出了更高要求，使得光模块速率由初期的1.25Gb/s发展到2.5Gb/s，再到10Gb/s、40Gb/s、100Gb/s、单波长100Gt/s、400Gb/s乃至1T/s。高速率使得光模块中的激光芯片、数据转换芯片等单元的功率增加，产热量也显著增加，因此高速率的光模块对散热也提出了更严格的要求。
[0004]当前，光模块中最为常用的散热基板是纯铜基板，利用纯铜的高散热特性以维持光模块器件在适当的温度工作区间。但是，在利用纯铜散热基板对光模块器件中的芯片等进行散热时，光模块等器件的寿命和传输性能较低。

技术实现思路

[0005]基于上述的不足，本申请提供了一种氮化铝基板及其制备方法，以部分或全部地改善相关技术中半导体器件的散热问题。
[0006]本申请是这样实现的：
[0007]在第一方面，本申请的示例提供了一种氮化铝基板的制备方法，包括：
[0008]获得混合粉体；混合粉体包含氮化铝粉和添加剂，添加剂含有金属钼粉；金属钼粉与氮化铝粉的体积之比的比值为3
‑
8％。
[0009]成型步骤：将混合粉体进行预压，获得生坯；在惰性气氛下，对生坯进行烧结。
[0010]在上述实现过程中，向氮化铝粉中加入3
‑
8％vol的Mo形成混合粉体，并对混合粉体进行预压后再惰性气氛下对生坯进行烧结，可以获得氮化铝基板。由于向氮化铝粉中加入有3
‑
8％vol的Mo，因此可以在保证烧结后获得的氮化铝基板的散热性能的前提下，使氮化铝基板的热膨胀系数降低，以便于利用氮化铝基板对器件中的硅芯片等进行散热，并减小氮化铝基板与硅芯片等之间的热应力，提高硅芯片及器件的耐用性和传输性能。
[0011]结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施方式中，制备方法还包括金属化步骤：
[0012]在成型步骤中烧结获得的氮化铝陶瓷片的表面，沉积形成活性金属层；再在活性金属层的表面电镀铜层；
[0013]可选的，活性金属层中的活性金属为Ni、NiCr、Ti和TiW中的一种。
[0014]在上述实现过程中，在氮化铝基板的表面电镀铜层，铜层具有良好的导电性，可以
在利用氮化铝基板对半导体器件进行散热的同时，还能便于根据需要进行电力线路的设置。在电镀铜层与氮化铝陶瓷板之间先沉积一层活性金属层，可以改善铜与氮化铝陶瓷板直接结合的结合强度低的问题，增强氮化铝陶瓷基板的结构稳定性和散热性。
[0015]结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实施方式中，成型步骤中，在惰性气氛下，对生坯进行热压烧结；热压烧结的温度为1750
‑
1850℃，压力不低于25MPa；
[0016]可选的，热压烧结温度为1750℃，压力为40Mpa。
[0017]在上述实现过程中，对生坯进行热压烧结，可以在提高氮化铝陶瓷板的致密度的同时，还能降低烧结温度。在一方面，降低烧结温度，可以减小在高温烧结过程中，氮化铝晶体产生氧缺陷而影响氮化铝陶瓷的导散热性能的几率；在另一方面，降低烧结温度，可以减小氮化铝基板的制备成本。
[0018]结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实施方式中，在成型步骤中，在氮气气氛下，对生坯进行烧结。
[0019]在上述实现过程中，在氮气气氛下对生坯进行烧结，氮气中的氮元素可以补偿生坯在高温烧结过程中烧损的氮元素。
[0020]结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实施方式中，添加剂含有金属钼粉和氧化物烧结助剂；添加剂中，金属钼粉的质量含量不低于80％；
[0021]可选的，氧化物烧结助剂为CaO和/或SiO2；
[0022]可选的，混合粉体包括与氮化铝粉的体积之比的比值为5％
‑
6％的Mo、0.4％
‑
0.6％的CaO和0.2％
‑
0.6％的SiO2。
[0023]在上述实现过程中，添加适量CaO和SiO2的氧化物烧结助剂，烧结助剂可以降低氮化铝粉末的致密化烧结温度，提高氮化铝陶瓷板的密度。并且，添加0.4％
‑
0.6％的CaO和0.2％
‑
0.6％的SiO2，可以在不增加氮化铝基板的膨胀性的同时，还能提高氮化铝陶瓷基板的散热性。
[0024]结合第一方面，在第一方面的第五种可能的实施方式中，混合粉体的制备方法包括：
[0025]利用去离子水作为湿磨介质，将氮化铝粉末和添加剂的混合物，以100
‑
200r/min的转速湿磨2
‑
3h，烘干。
[0026]在上述实现过程中，以去离子水作为湿磨介质，对氮化铝粉末和添加剂以200r/min的转速湿磨2
‑
3h，可以使氮化铝粉末和添加剂分散更加均匀，以进一步降低后续烧结获得的氮化铝陶瓷片的热膨胀系数。并且，与乙醇等湿磨介质相比，以去离子水作为湿磨介质，可以避免引入新的杂质影响氮化铝陶瓷片的热膨胀系数和散热性。
[0027]结合第一方面，在第一方面的第六种可能的实施方式中，混合粉体的粒径为2
‑
80μm。
[0028]在上述实现过程中，选用粒径为2
‑
80μm的混合粉体，可以便于在后续烧结后获得更加致密和成分均匀的氮化铝陶瓷片，提高氮化铝陶瓷基板的散热性和降低热膨胀性。
[0029]在第二方面，本申请的示例提供一种氮化铝基板，氮化铝基板根据第一方面提供的氮化铝基板的制备方法制得。
[0030]在第三方面，本申请的示例提供一种氮化铝基板，氮化铝基板包括氮化铝陶瓷板；氮化铝陶瓷板的化学成分含有金属钼和氮化铝；金属钼与氮化铝的体积之比的比值为3
‑
8％；氮化铝陶瓷板的热膨胀系数不高于3.4ppm/℃，热传导系数大于150W/mk；
[0031]可选的，氮化铝陶瓷板的化学成分含有与氮化铝的体积之比的比值为5％
‑
6％的Mo、0.4％
‑
0.6％的CaO和0.2％
‑
0.6％的SiO2。
[0032]在上述实现过程中，氮化铝陶瓷板的化学成分含有3
‑
8vol％的金属钼，可以在保证氮化铝陶瓷板的热传到系数大于150W/mk的同时，使氮化铝陶瓷板的热膨胀系数不高于3.4ppm/℃，以便于利用氮化铝陶瓷基板对芯片等进行散热。在利用本示例提供的氮化铝基板进行散热时，还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝基板的制备方法，其特征在于，包括：获得混合粉体；所述混合粉体包含氮化铝粉和添加剂；所述添加剂含有金属钼粉；所述金属钼粉与所述氮化铝粉的体积之比的比值为3
‑
8％；以及成型步骤：将所述混合粉体进行预压，获得生坯；在惰性气氛下，对所述生坯进行烧结。2.根据权利要求1所述的氮化铝基板的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括金属化步骤：在所述成型步骤中烧结获得的氮化铝陶瓷片的表面，沉积形成活性金属层；再在所述活性金属层的表面电镀铜层；可选的，所述活性金属层中的活性金属为Ni、NiCr、Ti和TiW中的一种。3.根据权利要求1所述的氮化铝基板的制备方法，其特征在于，所述成型步骤中，在惰性气氛下，对所述生坯进行热压烧结；热压烧结的温度为1750
‑
1850℃，压力不低于25MPa；可选的，热压烧结的温度为1750℃，压力为40Mpa。4.根据权利要求1所述的氮化铝基板的制备方法，其特征在于，在所述成型步骤中，在氮气气氛下，对所述生坯进行烧结。5.根据权利要求1所述的氮化铝基板的制备方法，其特征在于，所述添加剂含有所述金属钼粉和氧化物烧结助剂；所述添加剂中，所述金属钼粉的质量含量不低于80％；可选的，所述氧化物烧结助剂为CaO和/或SiO2；可选的，所述混合粉体包括与所述氮化铝粉的体积之比的比值为5％
‑
6％的Mo、0.4％
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0.6％的C...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洪宇，谭飞虎，陈玉鹏，熊子龙，薛文卓，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：