[发明专利]一种氮化铝陶瓷金属化基板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝陶瓷金属化基板，包括AlN陶瓷衬底、离子注入Ti层、磁控溅射Ti、W、Mo、Cu层，所述离子注入Ti层位于AlN衬底的表面以及一定深度位置，所述磁控溅射Ti、W、Mo、Cu层在离子注入Ti层之上。本发明还公开了一种氮化铝陶瓷金属化基板的制备方法。本发明通过结合高能离子注入工艺和磁控溅射工艺经热处理获得AlN陶瓷金属化基板。本发明通过高能离子注入Ti离子到衬底的内表层和磁控溅射在表面的Ti金属层经退火热处理与陶瓷基板相互扩散结合，有效的提高了金属膜层和衬底的结合力；通过多层金属薄膜的过渡有效缓解了陶瓷与金属层之间因热膨胀系数不一致而导致的热失配问题。

技术领域

本发明涉及陶瓷金属化基板，尤其涉及一种氮化铝陶瓷金属化基板及其制备方法。

背景技术

当今信息技术日新月异，电子元器件日趋向着大功率、多功能、高密度的方向发展，集成电路从亚微米技术进入到深亚微米，甚至纳米领域，这都导致集成电路单位体积内所产生的热量大幅增加。如果这些热量不通过集成电路板迅速散发出去，集成电路将很难正常工作，甚至被烧坏，据计算在基准温度(100℃)以上，工作温度每升高25℃，电路的失效率就会增加5～6倍。因此集成电路需要一种导热良好的基板和封装材料，电子基板及封装材料适应电子元器件性能的先决条件就是具有良好的导热性能。氮化铝陶瓷具有高热导率、高绝缘性，低介电常数、低介电损耗等优良的物理性能，其膨胀系数介电性能分别与Si和氧化铝陶瓷接近，这些特性使其广泛用于微电子和功率器件。由于AlN基板的使用，封装时就可以不加散热板和缓冲层，从而大大简化了封装结构。要实现AlN基片在集成电路的广泛应用就必须对基片进行金属化处理，这也是AlN用于电子封装的关键工艺之一。但是AlN陶瓷和金属润湿性差，较难结合的特性严重阻碍了其在电子封装领域的应用，因此探索AlN陶瓷基板的金属化工艺成为使其得到广泛应用的必要途径。

由于A1N系强共价键化合物，与金属反应能力低，润湿性差，金属化存在一定的困难，近年来随着研究的不断深入，A1N陶瓷金属化亦取得了一定的成效，但在实际应用中仍存在许多问题，主要表现在金属化层综合性能不高而且不稳定，即金属化层粘结强度和其它电、热性能不能同时满足高性能电力、电子器件的要求，直接影响了A1N陶瓷的应用，并且严重影响电力、电子元器件的稳定性和可靠性。

目前AlN陶瓷表面金属化方法有很多，主要有：厚膜金属化、薄膜金属化、共烧金属化、化学镀铜金属化和直接敷铜(DBC)金属化等，根据电路和器件封装的需要可以选择合适的金属化技术，无论采用哪种方法，金属化要求总原则是一致的，即金属化层综合性能好，它不仅要求金属化层与基板有牢固的附着强度和优良的密封性，而且还要求金属/陶瓷界面保持高的导热率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氮化铝陶瓷金属化基板及其制备方法，通过高能离子注入和磁控溅射工艺，获得AlN陶瓷金属化基板。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种AlN陶瓷金属化基板，包括AlN陶瓷衬底，在氮化铝陶瓷衬底表面采用高能离子注入工艺注入金属离子Ti层，在离子注入Ti层上采用磁控溅射法进行沉积Ti膜层，然后在真空管式炉中进行退火处理，将经退火的样品采用磁控溅射法依次在Ti膜层表面沉积W、Mo、Cu金属层然后进行退火处理获得陶瓷金属化基板。

一种氮化铝陶瓷金属化基板的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗氮化铝陶瓷衬底；

(2)采用高能离子注入工艺在衬底表面注入Ti金属离子，金属离子源为纯度99.99％的钛靶，工作气压为6～9×10^-4Pa，注入电压为50～80kv，注入剂量为7.8×10¹⁷ions/cm²～8.2×10¹⁹ions/cm²；