本发明专利技术具体涉及一种ＩＧＢＴ模块用低热阻陶瓷覆铜板的制作工艺。其特征在于包括如下步骤：１）陶瓷基片清洗活化，并在陶瓷基片的表面采用ＰＶＤ工艺沉积一层１～２μｍ的铜膜；２）铜箔清洗活化，并在铜箔表面采用ＣＶＤ工艺交替沉积０．１μｍ厚的氧化亚铜和０．１μｍ厚的铜，沉积的氧化亚铜和铜的厚度为０．５～１０μｍ；３）将铜箔预压成型，使铜箔沿宽度方向成弧形后与陶瓷基片一起放置在键合炉内进行高温键合，键合温度为１０６０～１０７６℃４）键合后的覆铜板冷却。使用本发明专利技术制作的覆铜板相对现有技术的电路板具有超薄、强度高、空洞率低、导热效率高、热阻低的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术具体涉及一种IGBT模块用低热阻陶瓷覆铜板的制作工艺。
技术介绍
IGBT模块在电力控制中比其他电力电子器件所表现出的优异的控制性能和节能 效果得到了人们的公认。目前已经广泛应用在轧钢自动控制、电动机车牵引、航空航天控制 系统、金属高频热处理领域，由于IGBT模块较之其他功率器件(如晶闸管、MOS管等)压降 较高，功耗较大，所以需要一种导热性能好的电路板。目前常用的电路板是采用如下工艺制 作的高温键合时把铜箔平放在陶瓷基片上，进入高温环境后，在温度的影响下，铜箔变软， 铜箔会慢慢贴合在陶瓷基片上，实现键合。采用上述工艺有个缺点，就是铜箔在高温下虽然 能变软，但是还会不可避免的存在不完全平整的情况，铜箔和陶瓷基片之间的缝隙厚度是 不一样，再加上受铜箔表面氧化层在出现液相时对陶瓷的湿润角太大，液相层很难完全填 充铜箔和陶瓷之间的空隙，这样就形成了空洞，空洞是影响电路板导热效率和热阻的重要 因素，直接关系到电路板的品质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术IGBT模块用电路板由于工艺的缺陷，导致空洞 率高、导热效率差、热阻高的缺陷，提供一种空洞率低、导热效率高、热阻低的IGBT模块用 低热阻陶瓷覆铜板。本专利技术是通过如下技术方案来实现的即一种IGBT模块用低热阻陶瓷覆铜板的制作工艺，其特征在于包括如下步骤1)陶瓷基片清洗活化，并在陶瓷基片的表面采用PVD工艺沉积一层1 2 μ m的铜膜。陶瓷基片清洗活化采用现有技术，一般步骤为除油脂、超声清洗、活化、烘干，活化 时用的活化液采用氢氟酸、铬酸和硫酸按一定比例混合而成。PVD是英文Physical Vapor D印osition(物理气相沉积)的缩写，是指在真空条 件下，采用低电压、大电流的电弧放电计数，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气 体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应物沉积在工件上。相对于化学 气相沉积法，采用PVD工艺可以提高生产效率降低生产成本。2)铜箔清洗活化，并在铜箔表面采用CVD工艺交替沉积0. 1 μ m厚的氧化亚铜和 0. Iym厚的铜，沉积的氧化亚铜和铜的厚度为0. 5 10 μ m ；铜箔清洗活化采用现有技术，一般采用水基环保清洗液进行清洗，然后利用5 10%的盐酸溶液进行活化，再用含有1 2%有机抗氧剂溶液对表面进行处理，烘干备用。CVD是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，是指两种或两种 上的气态原材料导入一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料， 沉积到晶片表面上。采用CVD可以沉积大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合金材料。3)将铜箔预压成型，使铜箔沿宽度方向成弧形后与陶瓷基片一起放置在键合炉内进行高温键合，键合温度为1070 1130°C4)键合后的覆铜板冷却。作为本专利技术的一种优选方式键合后的覆铜板冷却时采用了热阶梯循环法进行冷 却并消除应力，其步骤如下1) 10分钟时间从键合温度降温至500°C ；2) 2分钟时间从500°C升温至700°C ；3) 8分钟时间从700°C降温至200°C ；4) 2分钟时间从200°C升温至300°C ；5)8分钟时间从300°C降温至60摄氏度(°C )以下后自然冷却。采用上述方法冷却的覆铜板消除应力效果好，弯曲率< 0. lmm/50mm。本专利技术为了减少铜箔和陶瓷基片之间的空洞率，在键合过程中，氧化铝陶瓷基板 表面的铜膜和无氧紫铜箔层上沉积的氧化亚铜在高温下形成Cu-Cu2O共晶液相，Cu-Cu2O共 晶液相相对于陶瓷基片的湿润角小，Cu-Cu2O共晶液相同时湿润陶瓷基板和铜箔，完全填充 它们之间的间隙，配合铜箔预压成型工艺，使铜箔在陶瓷基板表面的键合过程始终呈线形 区域复合，这样对于排出气泡非常有效，大大减少了空洞。作为本专利技术的优选方案所述陶瓷基片可以是公知的各种材质的陶瓷基板，如Al2O3陶瓷、BeO陶瓷、AlN陶 瓷，只要符合所要求的电器性能指标即可，本专利技术优先选用氧化铝含量为75 99%的氧化 铝陶瓷基片，氧化铝陶瓷具有商业化程度高、价格低、绝缘性好、强度高的优点，氧化铝陶瓷 基片的厚度为0. 19 1. 0mm。使陶瓷基片在厚度超薄的情况下仍能保持较强的强度。所述铜箔为无氧紫铜箔，厚度为0. 1 0. 3mm。键合炉为链带式氮气保护共晶键合炉，键合周期为5 10分钟。使用本专利技术制作的覆铜板相对现有技术的电路板具有超薄、强度高、空洞率低、导 热效率高、热阻低的优点。经测试比较，使用10*7mm的IGBT芯片，使用的软件是IcePack， 测量到最低值的覆铜板热阻是0. 19K/W，普通的0. 635基板的热阻是0. 31K/W，热阻降低，效 果显著。使用本专利技术工艺制作的覆铜板的参数如下<table>table see original document page 4</column></row><table><table>table see original document page 5</column></row><table>具体实施例方式实施例1本实施例工艺步骤如下1)陶瓷基片清洗活化选取厚度为0. 19mm的氧化铝陶瓷基片，清洗活化后采用 PVD工艺沉积一层1 μ m的铜膜备用；陶瓷基片清洗活化采用现有技术，一般步骤为除油脂、超声清洗、活化、烘干，活化 时用的活化液采用氢氟酸、铬酸和硫酸按一定比例混合而成。2)选取厚度为0. Imm的无氧紫铜箔，清洗活化后在铜箔表面采用CVD工艺交替沉 积0. 1 μ m厚的氧化亚铜、铜，沉积层的厚度为0. 5 μ m ；铜箔清洗活化采用现有技术，一般采用水基环保清洗液进行清洗，然后利用5 10%的盐酸溶液进行活化，再用含有1 2%有机抗氧剂溶液对表面进行处理，烘干备用。3)将铜箔预压成型，使铜箔沿宽度方向成弧形后与陶瓷基片一起放置在键合炉内 进行高温键合，高温区键合温度为1070°C，键合时间5分钟，高温区通入纯氮气或氮氧混合气。4)键合完毕后的覆铜板通过传送带输送到冷却区，通如纯氮气，采用“冷_热阶梯 循环”法冷却并消除应力，具体步骤如下1) 10分钟时间从1070°C降温至500°C ；2) 2分钟时间从500°C升温至700°C ；3) 8分钟时间从700°C降温至200°C ；4) 2分钟时间从200°C升温至300°C ；5)8分钟时间从300°C降温至60°C以下后自然冷却。经测试比较，使用10*7mm的IGBT芯片，使用的软件是IcePack，测量到最低值的覆 铜板热阻是0. 19K/W，普通的0. 635基板的热阻是0. 31K/W，热阻降低，效果显著。实施例2本实施例工艺步骤如下1)陶瓷基片清洗活化选取厚度为0. 5mm的氧化铝陶瓷基片，清洗活化后采用PVD 工艺沉积一层1. 5 μ m的铜膜备用；陶瓷基片清洗活化采用现有技术，一般步骤为除油脂、超声清洗、活化、烘干，活化 时用的活化液采用氢氟酸、铬酸和硫酸按一定比例混合而成。2)选取厚度为0. 2mm的无氧紫铜箔，清洗活化后在铜箔表面采用CVD工艺交替沉积0. 1 μ m厚的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＩＧＢＴ模块用低热阻陶瓷覆铜板的制作工艺，其特征在于包括如下步骤：１）陶瓷基片清洗活化，并在陶瓷基片的表面采用ＰＶＤ工艺沉积一层１～２μｍ的铜膜；２）铜箔清洗活化，并在铜箔表面采用ＣＶＤ工艺交替沉积０．１μｍ厚的氧化亚铜和０．１μｍ厚的铜，沉积的氧化亚铜和铜的厚度为０．５～１０μｍ；３）将铜箔预压成型，使铜箔沿宽度方向成弧形后与陶瓷基片一起放置在键合炉内进行高温键合，键合温度为１０６０～１０７６℃４）键合后的覆铜板冷却。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，孙桂铖，
申请(专利权)人：淄博市临淄银河高技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]
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