[发明专利]基于纳米银焊膏连接芯片的DBC基板表面处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接敷铜(DBC)基板的表面处理工艺，具体的说，是涉及一种基于纳米银焊膏连接芯片的DBC基板表面处理工艺。

背景技术

在大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块中，DBC基板为芯片提供点连接、热扩散、机械支撑等功能。器件连接的传统工艺是通过导电胶或焊料，将芯片的终端与DBC基板连接，另一端用细铝线连接。但传统导电胶或焊料存在使用寿命短、熔点低、散热性差等缺点，从而导致大功率芯片与DBC基板连接点的工作温度不能超过150℃，使大功率IGBT模块在实际应用中受到了限制。

新型低温烧结的纳米银焊膏，主要成份为金属银，银的众多优点如熔点高、良好的导电、导热性和钎焊性等，使得这种新型封装材料能够实现大功率、高温电子器件的连接。

大功率IGBT模块使用纳米银焊膏作为芯片与DBC基板的连接材料时，需要先在DBC基板表面镀一层银，并且要求银镀层足够致密，防止DBC的铜扩散到银镀层的表面，才能实现高强度的连接。能够实现该功能的传统镀银工艺采用氰化物，但是，氰化物对环境的危害很大；而采用无氰电镀银配方时，镀银层不够致密，DBC基板表面的金属铜会渗出镀银层表面，影响纳米银焊膏连接芯片与DBC基板的结合强度。因此，需要采取某种表面处理工艺，既可以防止DBC基板表面铜渗出镀银层表面，又可以保证使用纳米银焊膏连接芯片与DBC基板之间的结合强度，而且不会对环境产生不良的影响。

发明内容

本发明要解决的是现有技术所存在的上述问题，提供一种基于纳米银焊膏连接芯片的DBC基板表面处理工艺，能够保证DBC基板使用纳米银焊膏在高温烧结时，DBC基板表面的金属铜不会扩散至银镀层表面；纳米银焊膏在烧结后，纳米银焊膏与DBC基板的结合强度好；此外，也不会对环境产生不良影响。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种基于纳米银焊膏连接芯片的DBC基板表面处理工艺，该方法按照以下步骤进行：

a.对DBC基板表面进行清洗预处理；

b.对预处理后的DBC基板采用电化学方法进行电镀镍处理，所述镍电镀液由以下配方组成：硫酸镍250～350g/L、氯化镍40～50g/L、硼酸35～45g/L，于50～60℃温度下保持15～25mA/cm²的阴极电流密度5～10min，阴极和阳极面积比为1∶1，电镀过程中对镍电镀液进行搅拌；

c.对电镀镍后的DBC基板表面采用磁控溅射法做镀银处理：

(1)对电镀镍后DBC基板使用流水清洗；

(2)用无水乙醇进行超声波清洗DBC基板；

(3)吹干；

(4)将吹干后的DBC基板放入超高真空磁控与离子束清洗镀膜设备中，并对超高真空磁控与离子束清洗镀膜设备抽真空；

(5)使用离子枪对吹干备用的DBC基板的表面进行离子清洗，束流为4～6ml，放电电压为40～60V，灯丝电流约为7～8A，加速电压约为80～120V，束流电压约为400～600V，清洗时间3～5min；

(6)对离子清洗后的DBC基板表面进行磁控溅射银，氩气流量为25～35ml，起辉时气压为1～3Pa，磁控溅射银时压强维持在0.2～0.4Pa，直流溅射功率为(0.1～0.2)A×(0.1～0.3)KV，溅射时间15～20min。

其中，所述步骤(a)的清洗预处理，按照如下步骤进行：

(1)对DBC基板使用10％氢氧化钠溶液清洗20～40s；

(2)流水清洗干净；

(3)使用稀硝酸溶液对DBC基板进行钝化处理；

(4)DBC基板表面露出铜晶粒后，流水清洗干净；

(5)对DBC基板使用稀盐酸溶液清洗20～40s；

(6)流水清洗干净；

(7)用去离子水清洗；

(8)用滤纸吸去DBC基板表面的去离子水。

本发明的有益效果是：

(一)本发明中的电镀镍处理形成比较致密的镍层，镍层作为银层和铜之间过渡层，能有效阻止在高温下铜向镍层的扩散，从而阻止了铜向银层的扩散，有效保护了银镀层，因此镍层主要起隔离作用，电镀镍后磁控溅射银的DBC基板使用纳米银焊膏在高温烧结时，DBC基板表面的金属铜不会发生氧化反应，即不会渗出银镀层表面。