[发明专利]一种铜/氮化铝陶瓷复合导热基板的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学领域，特别是一种铜/氮化铝陶瓷复合导热基板的制作方法。

背景技术

随着电子行业的发展，单位电子器件功率的不断升高，其对电路基板散热的要求相应提高，适合做散热基板的材料有金属基板、陶瓷金属化基板、金属基复合材料等；相比于金属基板，陶瓷本身具有电阻高、绝缘性能好，导热率高，化学稳定性好，热稳定性优良，熔点高、可在高温下使用等优点，特别是氮化铝陶瓷基板由于其高的热导率、无毒等特点点，被公认为是最有发展前景的散热基板材料。

目前适合于封装应用的氮化铝陶瓷基板工艺有：薄膜法、厚膜法、直接敷铜法等，薄膜法附着能力差、成本也较高且不易在贯穿孔内壁实现金属化的缺点；厚膜法虽然在一定程度上解决了上述问题，但是依然无法满足贯穿孔内壁金属化的要求，这是因为氮化铝基板表面布满了许多贯穿孔，这些贯穿孔在金属化时，常常因为形成气孔或气泡使得基板的表面和孔壁不能够完全的导通，造成孔内金属化层与陶瓷基板的结合力差、大功率电流通过性差的问题。

传统的AlN（氮化铝）表面金属化是通过直接敷铜技术(Direct bonding Copper, DBC)在AlN表面敷接导电铜层，在DBC基板的应用中，德国Schulz Harder J.等提出采用双面DBC基板导电通道技术可以使陶瓷基板的上下电路相连(Schulz Harder J. Advantages and new development of DBC (Direct Bond Copper) substrates. Adv. Microelectron, 2005; 32 (6) : 8～12)，其所提出的通道技术是由内置金属小球、单面冲压通道成型、内置金属焊盘并进行冲压和双面冲压通道成型四种方式，这些通道构造方式成本高、工艺复杂，而且通道都需要占用较大空间，且上层铜箔容易变形导致铜箔不平整；因此如何解决贯穿孔氮化铝陶瓷基板制备困难，实现氮化铝陶瓷基板贯穿孔内壁金属化，一直是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

针对上述问题，提供一种铜/氮化铝陶瓷复合导热基板的制作方法，以实现解决贯穿孔氮化铝陶瓷基板制备困难，孔内金属化层与陶瓷基板的结合力差、大功率电流通过性差的技术难题，本发明是这样实现的：

一种铜/氮化铝陶瓷复合导热基板的制作方法，包括以下步骤：

（1）根据实际需要，利用激光在氮化铝基板表面打出贯穿孔；

（2）在氮化铝基板双面涂敷铜系电子浆料，于1000℃-1100℃空气气氛中烧结45min，形成厚度为5-50μm的铜氧化物层，为基板的电连接做处理；

（3）将经过预氧化处理的铜柱填充于氮化铝基板的贯穿孔中，所述铜柱直径小于贯穿孔直径0.05~0.1mm；

（4）在800℃-900℃还原气氛下对氮化铝基板和铜柱进行整体还原烧结30min；

（5）在氮化铝基板双面涂敷锡银铜钎料在真空钎焊炉中250℃条件下进行钎焊；

（6）对氮化铝基板双面进行机械研磨和抛光处理，增加基板的平整度；

（7）对氮化铝陶瓷基板双面进行镀铜处理，在氮化铝陶瓷基板双面形成均匀的铜层，即获得铜/氮化铝陶瓷复合导热基板。

优选的，本发明中，步骤3中所述经过预氧化处理的铜柱是指：将铜柱在350℃空气下预氧化30min，使铜柱表面形成均匀的氧化膜。

优选的，本发明中，步骤4所述还原气氛是由N₂和H₂构成，其中H₂占混合气体体积百分比5~20%。

优选的，本发明中，步骤5中钎焊时间为30min。

优选的，本发明中，步骤7所述镀铜处理是指化学镀铜或磁控溅射镀铜处理铜层厚度为20-200μm。

优选的，本发明中，步骤2所述铜系电子浆料为氧化亚铜水系电子浆料，步骤5所述锡银铜钎料为无铅锡银铜锡膏。

本发明利用铜系电子浆料氧化后和陶瓷间发生化学反应，实现铜氧化物在陶瓷基板的沉积；预氧化后的铜柱和基板表面的铜氧化物层的在还原气氛下被还原成铜，且由于铜原子的热扩散实现陶瓷基板和填充铜柱的连接，实现贯穿孔填铜氮化铝基板整体金属化，再通过钎焊工艺增强铜柱和基板的连接，最后经过磨削和直接镀铜实现实现基板的最终金属化。