提高氮化鋁陶瓷基片厚膜附著力的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了提高氮化鋁陶瓷基片厚膜附著力的方法，包括：(1)在高真空環(huán)境中對氮化鋁陶瓷基片進行加熱烘烤，加熱和抽真空同步進行，將水汽完全揮發(fā)和抽掉；(2)在高真空環(huán)境下，用磁控濺射工藝或電子束蒸發(fā)工藝，在氮化鋁陶瓷基片的正面利用金屬掩模選擇性地形成一層耐高溫、高熔點復合金屬薄膜，在氮化鋁陶瓷基片的背面整體形成一層耐高溫、高熔點復合金屬薄膜；(3)在已形成復合金屬薄膜的氮化鋁陶瓷基片正面進行厚膜導帶、厚膜阻帶的絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)和調(diào)阻，進行常規(guī)混合集成，即得到附著力較高的氮化鋁陶瓷基片。用本法生產(chǎn)的器件廣泛應用于航天、航空、船舶、電子、通訊、醫(yī)療設備、工業(yè)控制等領(lǐng)域，特別適用于高可靠裝備系統(tǒng)領(lǐng)域。
【專利說明】提高氮化鋁陶瓷基片厚膜附著力的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及混合集成電路，具體來說，涉及功率厚膜混合集成電路，更進一步來說，涉及氮化鋁陶瓷基片成膜【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]原有的功率厚膜混合集成電路集成技術(shù)，由于氮化鋁陶瓷基片(AlN)具有極高的熱導率，無毒、耐腐蝕、耐高溫，熱化學穩(wěn)定性好等特點，用于集成大功率元器件。但考慮成本問題，人們改用熱導率次之的氧化鋁(Al2O3)陶瓷基片(AlN的導熱率是Al2O3的2~3倍)集成中小功率元器件。具體方法是:在氧化鋁陶瓷基片、氮化鋁陶瓷基片上進行厚膜導帶、厚膜阻帶的印刷和燒結(jié)，將小功率電阻、小功率半導體芯片、小功率片式元器件集成在氧化鋁陶瓷基片上，將大功率電阻、大功率半導體芯片、大功率片式元器件集成在氮化鋁陶瓷基片上，再采用鍵合絲(金絲或硅鋁絲)進行芯片與基片的引線鍵合，基片和管腳的引線鍵合，基片和基片的引線鍵合，完成整個電器連接，最后在特定的氣氛中將管基和管帽進行密封而成。這種做法存在以下問題:由于氮化鋁在大氣中易吸潮、水解，和濕空氣、水或含水液體接觸產(chǎn)生熱和氮并迅速分解，在室溫下也能和水緩慢地進行反應，而被水解，滲透進入氮化鋁中的水汽很難烘烤揮發(fā)，導致在氮化鋁陶瓷基片上印刷和燒結(jié)的厚膜附著力不易提高，一致性和均勻性差。用于大功率的粗鍵合絲進行鍵合時，由于鍵合拉力較大，容易導致鍵合鍵合拉力不足，甚至造成鍵合區(qū)厚膜脫落，降低鍵合系統(tǒng)的可靠性，另一方面，由于氮化鋁陶瓷基片上印刷和燒結(jié)的厚膜附著力不良，導致氮化鋁陶瓷基片與管基底座之間的附著力不良，影響熱傳遞效率 ，嚴重時導致基片脫落，綜合上述兩個方面，對功率厚膜混合集成電路的可靠性產(chǎn)生一定的影響。
[0003]中國專利數(shù)據(jù)庫中涉及氮化鋁鋁陶瓷基片的專利以及專利申請件有:981251293號《一種用流延法制造高熱導率集成電路氮化鋁陶瓷基片的方法》、011420286號《一種制備氮化鋁陶瓷基片的方法》、2010105317202號《采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法》、2004100161442號《水基流延法制備高熱導率氮化鋁陶瓷基片的方法》、2005100730503號《采用粉末冶金工藝制備高導熱氮化鋁陶瓷基片的方法》、2008101426970號《一種高導熱率氮化鋁陶瓷基片的制作方法》、2013107411448號《采用復合粉末粒型制備氮化鋁陶瓷基片的方法》、2013107411433號《添加三元復合燒結(jié)劑制備高導熱氮化鋁陶瓷基片的方法》、2013107421399號《一種改性氮化鋁陶瓷基片及其生產(chǎn)方法》和2013107411452號《LED用低成本氮化鋁陶瓷基片的生產(chǎn)方法》。迄今為止，尚無提高氮化鋁陶瓷基片厚膜附著力的相關(guān)申請件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種提高氮化鋁陶瓷基片厚膜附著力的方法，使氮化鋁陶瓷基片吸附的水汽充分揮發(fā)掉；提高氮化鋁陶瓷基片鍵合區(qū)金屬膜的附著力；提高氮化鋁陶瓷基片與管基底座之間的附著力。
[0005]為實現(xiàn)上述的發(fā)明目標，發(fā)明人根據(jù)氮化鋁吸潮的原理，提供的方法是:
(1)在高真空環(huán)境中，對氮化鋁陶瓷基片進行加熱烘烤，利用加熱和抽真空同步進行的辦法，將水汽完全揮發(fā)和抽掉；
(2)然后在高真空環(huán)境下，采用磁控濺射工藝或電子束蒸發(fā)工藝，在磁控濺射真空鍍膜設備或電子束蒸發(fā)真空鍍膜設備中，直接在氮化鋁陶瓷基片的正面利用金屬掩模選擇性地形成一層耐高溫、高熔點復合金屬薄膜，在氮化鋁陶瓷基片的背面整體形成一層耐高溫、高熔點復合金屬薄膜；
(3)再在已濺射或蒸發(fā)復合金屬薄膜的氮化鋁陶瓷基片正面進行厚膜導帶、厚膜阻帶的絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)和調(diào)阻，進行常規(guī)混合集成，即得到提高了基片與管基底座之間附著力的氮化鋁陶瓷基片。
[0006]上述方法的第(I)步中，所述高真空環(huán)境的真空度在LOXKT4Pa以上；所述加熱烘烤的加熱方式是真空鍍膜設備自帶的加熱裝置，加熱溫度控制在200°C~400°C。
[0007]上述方法的第(2)步中，所述高真空環(huán)境的真空度在1.0X10_4Pa以上；所述耐高溫、高熔點復合金屬薄膜是熔點在1000°c以上的多層復合金屬薄膜。
[0008]本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點:①氮化鋁陶瓷基片與表面金屬膜致密接觸，附著力強；②氮化鋁陶瓷基片表面金屬膜與鍵合絲之間形成高可靠性鍵合；③氮化鋁陶瓷基片與管基底座之間形成高可靠性粘貼；④提高大功率芯片、陶瓷基片、管基底座之間的熱傳遞效率；⑤提聞功率厚I旲混合集成電路的可罪性。
[0009]用本發(fā)明方法生產(chǎn)的器件廣泛應用于航天、航空、船舶、電子、通訊、醫(yī)療設備、工業(yè)控制等領(lǐng)域，特別適用于高可靠裝備系統(tǒng)領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景和應用空間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為原有集成技術(shù)示意圖；圖2為原有氮化鋁陶瓷基片成膜結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的氮化鋁陶瓷基片成膜結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的集成技術(shù)示意圖；圖5為原有氮化鋁成膜基片生產(chǎn)工藝流程圖；圖6為本發(fā)明的氮化鋁成膜基片生產(chǎn)工藝流程圖。
[0011]圖中，I為管基(包括管腳和底座)，2為管腳，3為底座，4為金屬厚膜，5為鍵合絲，6為片式元器件，7為氧化鋁陶瓷基片，8為小功率芯片，9為厚膜阻帶，10為金屬厚膜導帶/鍵合區(qū)，11為大功率芯片，12為氮化鋁陶瓷基片，13為管腳鍵合端面，14為金屬薄膜。

【具體實施方式】
[0012]通過下列實施例詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】:
實施例1:發(fā)明前的工藝流程如圖5所示，按以下工序操作:
(O陶瓷基片、金漿料、釕系電阻漿料的準備；
(2)基片清洗與烘干、管殼清洗與烘干；
(3)厚膜導體漿料的印刷，150°C下烘干1min；
(4)電阻衆(zhòng)料的印刷，150°C下烘干1min；
(5)850°C下燒結(jié)lOmin，總時間35min后成膜；
(6)用激光調(diào)阻法調(diào)整電阻；
(7)參數(shù)及功能測試；(8)劃片分離；
(9)包裝入庫；
得到的氮化鋁陶瓷基片如圖1和2所示。
[0013]實施例2:本發(fā)明方法的工藝流程如圖6所示，按以下工序操作:
(1)金屬掩模制作:要求金屬掩模的圖形與導帶圖形一致，誤差在10μm以內(nèi)；
(2)夾具定位與固定；
(3)高真空環(huán)境中燒烤，溫度350°C±10°C，真空度1.5X10_5Pa，時間60min以上；
(4)高真空環(huán)境中利用金屬掩膜選擇性濺射或蒸發(fā)金屬薄膜，溫度250°C±10°C，真空度1.5 X 10_5Pa，底層鉻厚度0.5~1.0 μ m，第二層為鎳鉻合金，厚度1.5~2.0 μ m。
[0014](5)高真空環(huán)境中對陶瓷基片的另一面(背面)整體性濺射或蒸發(fā)金屬薄膜，溫度250°C ±10°C，真空度1.5 X 10_5Pa，底層鉻厚度0.5~1.0 μ m，第二層為鎳鉻合金，厚度
1.5 ~2.0 μ m0
[0015](6)穩(wěn)固性烘烤:溫度40(TC ±1(TC，99.99 %以上的高氮環(huán)境，時間180~210min ；
(7)對厚膜導帶印刷工藝進行調(diào)整，增加精確套準與定位工藝，套準精度在20 μ m以內(nèi)。
[0016](8)厚膜導體衆(zhòng)料的印刷，150°C下烘干1min ；
(9)電阻漿料的印刷，150°C下烘干1min；
(10)850°C下燒結(jié)lOmin，總時間35min后成膜；
(11)用激光調(diào)阻法調(diào)整電阻；
(12)參數(shù)及功能測試；
(13)劃片分離；
(14)包裝入庫；
本發(fā)明的集成技術(shù)如圖4所示，得到如圖3的氮化鋁陶瓷基片。
【權(quán)利要求】
1.一種提高氮化鋁陶瓷基片厚膜附著力的方法，其特征包括: (1)在高真空環(huán)境中，對氮化鋁陶瓷基片進行加熱烘烤，利用加熱和抽真空同步進行的辦法，將水汽完全揮發(fā)和抽掉； (2)然后在高真空環(huán)境下，采用磁控濺射工藝或電子束蒸發(fā)工藝，在磁控濺射真空鍍膜設備或電子束蒸發(fā)真空鍍膜設備中，直接在氮化鋁陶瓷基片的正面利用金屬掩模選擇性地形成一層耐高溫、高熔點復合金屬薄膜，在氮化鋁陶瓷基片的背面整體形成一層耐高溫、高熔點復合金屬薄膜； (3)再在已濺射或蒸發(fā)復合金屬薄膜的氮化鋁陶瓷基片正面進行厚膜導帶、厚膜阻帶的絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)和調(diào)阻，進行常規(guī)混合集成，即得到提高了基片與管基底座之間附著力的氮化鋁陶瓷基片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第(I)步中，所述高真空環(huán)境的真空度在LOXlO-4Pa以上；所述加熱烘烤的加熱方式是真空鍍膜設備自帶的加熱裝置，加熱溫度控制在 200°C~400°C。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第(2)步中，所述高真空環(huán)境的真空度在LOXlO-4Pa以上；所述耐高溫、高熔點復合金屬薄膜是熔點在1000°C以上的多層復合金屬薄膜 。
【文檔編號】C04B41/89GK104072206SQ201410304879
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】楊成剛, 劉學林, 蘇貴東, 張玉剛, 沈金晶 申請人:貴州振華風光半導體有限公司