[发明专利]具有光滑镀层的金属化陶瓷基片及其制造方法

说明书

本发明涉及氮化铝陶瓷，它广泛用作具有高热导率和合适散热性质的电子材料，如基片，包括IC基片和包封材料。更具体地说，本发明涉及一种金属化的氮化铝陶瓷基片，在基片上装有电子元件，如ICs、晶体管、二极管、三极管，本发明还涉及一种制造这种金属化陶瓷基片的方法。

最近，为了满足高速、高输出操作以及用于多功能的增大的集成密度，半导体装置、例如半导体集成电路的性能已经得到了明显提高。这导致了从这些半导体装置中散发热量的急剧增大。为了实现有效的散热，需要安装这种半导体装置的陶瓷基片具有高的热导率。通常用作这类半导体装置的基片为氧化铝，它的热导率相对较低，约为17W/m·k，而且热膨胀系数比作为半导体元件材料的硅要大。热膨胀系数的差别导致氧化铝基片与硅之间焊接较弱。在这种伴有氧化铝的情况下，使用的一种引人注目的材料是氮化铝(AlN)，它具有高的热导率，约180W/m·k，以及与硅相接近的热膨胀系数。在日本专利公开No.3-193686中，AlN作为金属化的烧结体，用来与半导体元件以及装配元件包括铅框架或密封环焊在一起。

尽管预先形成的金属化层与AlN烧结体有足够的粘结强度，但是它的焊料润湿性差。

焊料润湿性差会引起以下几个问题。当通过金属化层将半导体元件装在AlN烧结体上时，差的焊料润湿性会降低由半导体元件向烧AlN结体的传热效率，因而降低由AlN烧结体释放的热量，导致半导体元件的严重升温。结果，难以实现半导体元件的正常操作。另一个问题例如是，当通过金属化层将密封环焊接在一个AlN烧结体上时，差的焊料润湿性很容易在焊料层形成泄漏通道，因而降低了其气密性。

一种用来改进焊料润湿性的常用技术是在金属化层上面形成一层足够厚的镀层，例如5μm。然而，这会增加镀覆的费用，会导致粗糙的镀层以及镀层上焊料点的形成，因此降低了装在基片上的ICs的散热性能。

日本专利公开No.5-238857中公开了一种方法，它通过向金属化料浆中加入极其昂贵的氢化钛来使基片达到足够的粘结强度和合适的焊料润湿性。但是，这种方法明显增加了制造成本。

因此，本发明的一个目的是提供一种金属化的陶瓷基片，它具有光滑的镀层和足够的粘结强度，以及优良的焊料润湿性，其中在上述常规方法中遇到的问题都得以克服。

本发明的另一个目的是提供一种制造这种金属化陶瓷基片的方法，它不需要昂贵的金属化工艺。

从上述来看，本发明人经过深入研究发现，通过在陶瓷基片上形成一层光滑的金属化层以及在金属化层上形成一层具有最小表面粗糙度的光滑镀层，得到一种既有优良的焊料润湿性，又有足够的粘结强度的陶瓷基片。在这一发现的基础上，已经开发了本发明的金属化陶瓷基片及其生产方法。

为了实现上述目的，提供了一种带有光滑镀层的金属化陶瓷基片，它包括：

包括氮化铝作为主要组分的陶瓷基片；

在上述陶瓷基片的至少一个面上形成的金属化层，该层包括至少一种选自由钨和钼组成的一组中的金属作为主要组分；以及

在金属化层上形成的镀层，它包括镍作为主要组分，

其中镍镀层的厚度不大于2μm，表面粗糙度不大于2μm(指日本工业标准(JIS)中的中线平均粗糙度(Ra))。

本发明的另一方面中，在上述金属化陶瓷基片中的镀层可以由第一镀层和第二镀层构成，其中第一镀层形成在金属化层上，包括钨作为主要组分，第二镀层形成在第一镀层之上，包括金作为主要组分。在这种情况下，要求第一镀层和第二镀层的厚度分别不大于2μm和1μm，第二层的表面粗糙度(Ra)不大于2μm。

本发明还涉及一种生产这种带有光滑镀层的金属化陶瓷基片的方法。

第一种基片是通过下面的制造方法获得的：

将包含至少一种选自由钨和钼组成的一组中的金属作为主要组分的金属化料浆涂敷在陶瓷基片素坯(即未烧结的陶瓷基片)的至少一个面上，该陶瓷基片包括氮化铝作主要组分；

将一块表面粗糙度(Ra)不超过0.7μm的板放在陶瓷基片素坯涂敷了金属化料浆的那个面上，在压力下将涂敷了金属化料浆的面压平；

在一种非氧化性气氛下烧结陶瓷基片；和

在陶瓷基片的金属化层上形成一层包含镍作为主要组分的镀层，该镀层的厚度不超过2μm，表面粗糙度(Ra)不超过2μm。