[发明专利]一种高功率半导体器件散热用单晶碳化硅金属化复合陶瓷片

权利要求书

1.一种高功率半导体器件散热用单晶碳化硅金属化复合陶瓷片，包括以下步骤，步骤一，基体处理；步骤二，沉积打底层；步骤三，沉积蓄热层；步骤四，沉积功能层；步骤五，沉积扩散阻挡层；步骤六，沉积焊接层；其特征在于：

其中上述步骤一中，根据实际需求将基体为单晶碳化硅的陶瓷片基体进行研磨与抛光，一般厚度为0.2-0.5mm；然后将研磨抛光后的单晶碳化硅基体做前清理处理，依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗并吹干；

其中上述步骤二中，采用磁控溅射技术，在单晶碳化硅基体上沉积打底层，打底层材料为钛或者铬，沉积厚度为0.05um-0.2um；

其中上述步骤三中，采用磁控溅射技术，在单晶碳化硅基体上沉积蓄热层，蓄热层材料为铜，沉积厚度为3um-80um；

其中上述步骤四中，采用磁控溅射技术，在单晶碳化硅基体上沉积功能层，功能层材料为镍和金，先在铜层上沉积镍层，厚度约为0.1um-3um；再在镍层上沉积金层，厚度为0.1um-1um；

其中上述步骤五中，采用磁控溅射技术，在单晶碳化硅基体上沉积扩散阻挡层，扩散阻挡层材料为铂，厚度为0.1-0.9um；

其中上述步骤六中，采用磁控溅射技术，在单晶碳化硅基体上沉积焊接层，焊接层材料为金锡合金，一般为Au20Sn80合金，厚度为4-8um。

2.根据权利要求1所述的一种高功率半导体器件散热用单晶碳化硅金属化复合陶瓷片，其特征在于：所述步骤二中钛和铬都是和陶瓷结合力较强的金属，而其他金属化层与陶瓷直接结合力较弱，钛和铬很好地提高了金属化层与单晶碳化硅基体的结合力。

3.根据权利要求1所述的一种高功率半导体器件散热用单晶碳化硅金属化复合陶瓷片，其特征在于：所述步骤三中沉积的铜层厚度主要取决于通过电流的大小和热应力，通过电流越大，所需铜层厚度越厚；而铜层的热膨胀系数远大于基体单晶碳化硅，在使用过程中若加工温度过高或温度循环较为剧烈，则需调整铜层的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种高功率半导体器件散热用单晶碳化硅金属化复合陶瓷片，其特征在于：所述步骤四中镍层和金层作为功能层，其致密度高、结合强度高、导热效能优异；而且能够提高工件的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、承载性、抗热氧化性。

5.根据权利要求1所述的一种高功率半导体器件散热用单晶碳化硅金属化复合陶瓷片，其特征在于：所述步骤五中扩散阻挡层铂防止在高温环境下，尤其是在进行焊接时，每层物质之间由于热而产生扩散。

6.根据权利要求1所述的一种高功率半导体器件散热用单晶碳化硅金属化复合陶瓷片，其特征在于：所述步骤一中所述基体采用单晶碳化硅的陶瓷片基体，单晶碳化硅在热学、化学方面非常稳定，机械强度优异，耐辐射线方面强，而且与多晶碳化硅相比具有高的绝缘击穿电压、高的热导率的物性。

7.根据权利要求1所述的一种高功率半导体器件散热用单晶碳化硅金属化复合陶瓷片，其特征在于：所述步骤六中焊接材料金锡合金熔点低、致密度好、导热率高，无需助焊剂，可直接实现封装材料良好的倒装焊接。