[发明专利]一种AlN陶瓷与Cu的新型连接方法

说明书

本发明公开了一种AlN陶瓷与Cu的新型连接方法，在AlN陶瓷表面丝网印刷一层CuO浆料，烧结成膜制得CuO层，在还原性气氛长时间保温，CuO还原为Cu制得种子层，利用Ag作中间层，将带有种子层的AlN与Cu在真空炉中焊接实现AlN陶瓷与Cu的新型连接。本发明属于微电子封装领域，采用成本较低的CuO与Ag，降低了焊接温度，利用CuO与AlN发生的反应生成了可靠的连接层，用Ag和Cu之间形成的固溶体和共晶组织，在焊缝组织中不生成任何硬而脆的化合物，提高了接头的连接强度，同时采用多步工艺的方式，有效的解决了排胶过程中容易产生孔洞等缺陷；加工条件简单，对于加工环境，设备等要求低，有利于批量生产。

技术领域

本发明属于微电子封装领域，具体是指一种AlN陶瓷与Cu的新型连接方法。

背景技术

在如今电子信息技术飞速发展的时代，陶瓷与金属复合材料，即具有陶瓷的强度高、绝缘性好、导热和耐热性能优良、热膨胀系数小、化学稳定性好等优点，同时又由于其上敷接有金属材料而能够实现电气互连，从而被广泛应用于大功率器件封装用基板材料。陶瓷与金属的物化性质相差很大，因此两者的互连存在很大的问题。目前常见应用于陶瓷与金属互连的方法有直接敷金属法、活性金属钎焊法、厚膜金属化法、化学镀金属化法和薄膜金属化法，通过以上互连方法将Al₂O₃，AlN，Si₃N₄等陶瓷与金属Cu，Ag，Al等金属连接起来，但是采用上述方法制备的复合材料不能同时满足材料在工艺，成本，强度，可靠性方面的要求。

发明内容

为解决上述现有技术难题，本发明提供了一种AlN陶瓷与Cu的新型连接方法，采用技术方案如下：在AlN陶瓷表面丝网印刷一层CuO浆料，烧结成膜制得CuO层，在还原性气氛长时间保温，CuO还原为Cu制得种子层，利用Ag作中间层，将带有种子层的AlN与Cu在真空炉中焊接。

进一步地，所述CuO浆料由质量占比86％的CuO及质量占比14％的有机载体组成。

进一步地，所述CuO为纳米级CuO粉，CuO粉形貌为近球形。

进一步地，所述有机载体为松油醇-乙基纤维素体系的有机混合物，其组成成分包括溶剂、增稠剂、触变剂和表面活性剂，所述溶剂为松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯，所述增稠剂为乙基纤维素，所述触变剂为蓖麻油，所述表面活性剂为聚乙二醇、三乙醇胺中的一种。

进一步地，所述有机载体为松油醇-乙基纤维素体系的有机混合物包括如下重量份的组分：松油醇62份，邻苯二甲酸二丁酯5份，二乙二醇丁醚醋酸酯22份，蓖麻油4份，三乙醇胺2份，乙基纤维素5份。

进一步地，所述还原性气氛为体积占比20％的H₂和80％的N₂的混合气体。

进一步地，所述中间层为纯度为99.99％，厚度为20μm的片状Ag。

所述一种AlN陶瓷与Cu的新型连接方法，具体包括如下步骤：

1)制备有机载体

将乙基纤维素加入到松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯的混合溶剂中，加热到90℃水浴搅拌，待其全部溶解后加入蓖麻油和三乙醇胺，继续加热搅拌1～2h，制得均匀的有机载体；

2)制备CuO浆料

首先用烧杯称取质量占比86％的CuO粉末和质量占比为14％的有机载体放入恒温磁力搅拌水浴锅中，在30℃环境下，恒温搅拌2h，使得CuO粉末充分分散到有机载体中；

3)丝网印刷CuO浆料

将丝网清洗干净后，调节网板距离印刷台的高度，打开机械泵，以45°角移动刮板，将CuO浆料印刷在AlN陶瓷板上，先放置在空气中流平10min，后放入60℃烘干箱中，烘干30min；