[发明专利]一种孪生对靶磁控溅射制备覆铜陶瓷基板的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子封装技术领域，具体地，涉及一种孪生对靶磁控溅射制备覆铜陶瓷基板的装置及方法。

背景技术

在功率电子领域，典型功率电路应用主要包括功率半导体模块、DC/DC变换器、光镇流器、电机驱动控制器、汽车控制系统等。各种功率电路的额定电流值不等，变化幅度可以从数安培到数百安培乃至数千安培，这就造成了各类功率电路功能要求的千差万别。现代微电子封装几乎都在基板上进行或与基板相关。随着新型高密度封装形式的出现，电子封装的许多功能，如电气连接、物理保护、应力缓和、散热防潮、尺寸过渡、规格化和标准化等正逐步部分或全部由基板来承担。基板在散热过程中起到了最重要的作用，如果基板的散热性能不好，就会导致电路板上的元器件过热，从而使整机可靠性下降，甚至失效。除了承担热耗散外，基板还必须具有与Si、GaAs相匹配的热膨胀系数（CTE）以减小芯片与基板之间的热应力，较好的电绝缘性和较低的介电常数以便适用于高频电路，减小时间延迟。在此背景下，一直处于主导地位的PCB基板显然不能满足上述要求，特别在散热要求上，必须选用热导率高的基板材料，于是陶瓷基板就进入首选行列。

在实用的陶瓷基板材料中，氧化铝价格较低，从机械强度、绝缘性、导热性、耐热性、耐热冲击性、化学稳定性等方面考虑，其作为基板材料综合性能好，加工技术亦优于其他材料，美国LaminaCeramics、德国Curmilk等公司已将陶瓷基板应用于大功率LED芯片封装。源于陶瓷基板高热导率的高散热性能，为大功率电子器件，例如LED阵列，的封装提供了解决方案。

目前在工业上实现金属和陶瓷键合的方法主要有厚膜法及钼锰法。厚膜法是将贵重金属的细粒通过压接在一起而组成，再由熔融的玻璃粘附到陶瓷上，因此厚膜的导电性能比金属铜差。钼锰法工艺较成熟，钼锰浆料中的一些金属颗粒被湿氢中的水分氧化，作为活化剂的锰被氧化成氧化锰，一部分扩散到陶瓷的内表面与陶瓷中的某些氧化物形成玻璃相，一部分形成中间层，在陶瓷和金属化层相互扩散实现陶瓷和金属化层良好的附着力。但是这种方法所形成的中间层较厚，热阻较大，在大功率电路、功率模块等领域中不利于迅速散热，而且通过钼锰法形成的金属层厚度往往很薄，小于25μm，这就限制了大功率模块组件的耐浪涌能力。近年来出现的氧化铝直接敷铜（DBC）基板综合了铜与氧化铝陶瓷的优异性能，而应用于大功率器件中。DBC基板的敷接原理是在敷接过程前或过程中在铜与陶瓷之间引入适量的氧元素，在1065°C~1083°C范围内，铜与氧形成Cu-O共晶液。DBC技术利用该共晶液，一方面与陶瓷化学反应生成中间相（CuAlO₂或CuAl₂O₄），另一方面浸润铜箔实现氧化铝陶瓷基板与铜板的结合。为了改善厚膜制程张网问题、多层叠压烧结后收缩比例问题以及制程高温问题等，近来发展出薄膜陶瓷基板作为LED晶粒的散热基板。薄膜陶瓷基板是采用PVD(PhysicalVaporDeposition)方法在经碱性溶液活化处理的空白陶瓷基板上(例如氧化铝或氮化铝)溅镀多层贵金属钛(Ti)/钼(Mo)或镍(Ni)/银(Ag)/铜(Cu)之后，采用黄光显影技术成形线路和使用电镀或化学镀方法增厚线路，最后经过去膜、蚀刻成形线路。但存在如下问题：

1）因采用了贵金属而导致原材料成本增加；2）CVD通常还需要高温，如800°C~1000°C；3）从烧结的空白陶瓷基片表面微观结构来看，其存在明显的尖锐突起和盆地状的凹孔，而在10^-3~10^-6torr的真空PVD过程中，原子或分子的名义自由程有相当长，因此，难以在空白陶瓷片表面形成连续的均匀的薄膜种子层，即使随后采用电镀等方式增厚金属层，亦导致金属薄膜与空白陶瓷基片附着力差；4）因金属与陶瓷材料本征性质差异大，例如热膨胀系数相差很大，引起金属层与空白陶瓷片间的附着力难以满足高功率散热基板的要求，如金属层与空白陶瓷基片键合力大于500kg/cm²，热循环次数高于5万次。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种孪生对靶磁控溅射制备覆铜陶瓷基板的装置及方法，所述方法过渡层及金属层与陶瓷基板附着力强，原料成本及生产成本低，且制备方法保护环境，可有效减少环境污染。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：