[发明专利]一种提高覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性的方法

说明书

本发明涉及一种提高覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性的方法，包括如下步骤：A极冷处理阶段：将图形化工艺后的覆铜陶瓷基板产品，除杂后置于‑55℃～‑75℃温度环境下2min‑3min；B缓慢升温阶段：升温速率为0.4～0.8℃/min，升温至20℃±5℃，用时2‑3h，使得覆铜陶瓷基板产品温度提升；C，室温处理阶段：将覆铜陶瓷基板产品置于20℃±5℃温度环境下2min‑3min；D，将步骤C中的产品再依次置于步骤A、B、C环境中，循环操作3‑10次。本发明中的提高覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性的方法操作简单、适用性广，通过实验对比，通过本发明方法处理后的覆铜陶瓷基板抗冷热冲击性能提高50％。同时，本发明的处理方法还可与现有工艺适配，复合增强覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体基板制备技术领域，涉及一种覆铜陶瓷基板性能提高方法，具体涉及一种提高覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性的方法。

背景技术

小型化的高压大功率模块是半导体器件重要发展方向之一，在半导体器件设计中，随着尺寸减小，芯片功率密度急剧增加，对模块散热封装可靠性提出了新的要求。陶瓷覆铜基板是电力电子领域功率模块最为优良的封装材料，因陶瓷覆铜板高导热的特性，可以将芯片的热量快速散发到外界，一般用作芯片的衬板。

在陶瓷金属化最重要的两种生产工艺中，直接覆铜陶瓷基板(DCB)是由利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上；活性金属钎焊陶瓷基板(AMB)是利用钎焊料将陶瓷板和金属铜箔烧结在一起。相比直接覆铜陶瓷基板，活性金属钎焊陶瓷基板具有更高的可靠性。

铜瓷热膨胀系数的显著差异致使AMB覆铜陶瓷基板在热应力作用下，焊料结合层陶瓷侧易产生微裂纹，金属侧易产生翘曲，最终裂纹扩展，基板开裂失效。因AMB工艺的特性，目前多采用对焊料或者陶瓷表面进行改性以减少烧结后焊料结合层空洞和孔隙以及设置蚀刻台阶来增强覆铜陶瓷基板的冷热冲击可靠性，但无法解决陶瓷金属化后残余热应力大，热应力集中分布等问题，故增强是有限的，且半导体行业对陶瓷基板冷热冲击可靠性要求越来越高。

因此，提出一种新的提高覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性的方法非常必要。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种提高覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性的方法，包括低温处理和常温处理两道循环处理工序，与现有工艺适配可复合增强覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实施：

本发明提供的提高覆铜陶瓷基板冷热冲击可靠性的方法，在图形化工艺后进行，包括如下步骤：A，极冷处理阶段：将图形化工艺后的覆铜陶瓷基板产品，清洗表面脏污和杂质后置于-55℃～-75℃温度环境下2min-3min；B，缓慢升温阶段：升温速率为0.4～0.8℃/min，升温至20℃±5℃，用时2-3h，使得经过极冷处理的覆铜陶瓷基板产品温度提升至20℃±5℃；C，室温处理阶段：将覆铜陶瓷基板产品置于20℃±5℃温度环境下2min-3min；D，将步骤C中的产品再依次置于步骤A、B、C所述的环境中，循环操作3-10次。

步骤A中的极冷处理阶段，理论上处理温度更低，效果更好，但实际操作上，环境温度设置低于-75℃成本较高，并且温度过低施以快速降温会导致铜层产生的拉应力过大，可能直接使焊料结合层产生裂缝，这于增强覆铜板冷热循环可靠性是不利的；-55℃为极冷处理阶段的最高极限温度，若处理温度进一步升高，处理效果会下降，难以达到同样的效果。

处理时间上，2-3min是产品达到环境温度合适的时间，通过实验确定。处理时间过短，效果不佳；处理时间过长，产品性能增益程度有限，且耗时过长也导致效率降低。

步骤B中，常温是易于达到和易于控制的温度，有助于增强实际可操作性。另外，通过缓慢升温阶段的处理。

步骤D中，循环次数过多，对于产品性能增益程度有限，也会导致效率降低。