【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接材料处理，尤其涉及一种碳化硅封装热沉的制备方法。
技术介绍
1、通常半导体芯片的尺寸很小，工作时热流密度极高，如果不能及时散热，会使结点温度升高，将极大地影响参数特性，可靠性以及使用寿命等，甚至彻底损坏芯片。热沉是半导体芯片热量传递时的容器，属于散热技术的关键核心部件，热沉的散热能力决定了器件的性能和寿命。
2、随着半导体芯片的功率越来越高，热耗散功率越来越大，对于芯片封装的热沉的散热能力的要求也越来越高，从最初的氧化铝基板，热导率为30w/(m•k)左右，到高热导的氮化铝，氮化铝基板的理论最高热导率为300w/w/(m•k)，目前国内厂家氮化铝热导率最高能达到230w/(m•k)。单晶碳化硅衬底的理论热导率大于390w/(m·k)，远远高于氮化铝，但是由于无论是半绝缘碳化硅衬底还是导电型单晶碳化硅衬底，绝缘特性都不能满足应用要求，测试结果电阻率最高能达1.0×106ω·cm，远远达不到氮化铝的1.0×1010ω·cm以上。单晶碳化硅衬底的热沉在封装应用中因为正负极无法完全隔离，会有漏电的现象发生，会降低芯片的性能，比如功率，效率，而且影响芯片的长期可靠性。
3、cn112151479a公开了一种器件用热沉、半导体器件及器件用热沉的制备方法，所述器件用热沉包括：单晶碳化硅层、第一过渡层、第一金属堆叠层、第二过渡层和第二金属堆叠层，单晶碳化硅层具有两个相对设置的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面均为毛面；第一过渡层设于第一表面上；第一金属堆叠层设于第一过渡层上；第二过渡层设于第二表面上
4、cn113990857a公开了一种封装结构及其制备方法，所述封装结构包括：第一散热结构、第一电极、第二电极、第三电极、第四电极以及连接结构，其中：所述第一散热结构，设置在芯片背面；所述第一电极，其上表面与所述芯片的第一引出端耦接，其下表面与所述第三电极的上表面耦接；所述第二电极，其上表面与所述芯片的第二引出端耦接，其下表面与所述第四电极的上表面耦接；所述第三电极与所述第四电极的下表面均与pcb板连接；所述连接结构，连接所述第一散热结构与所述第一电极，且与所述芯片无接触。上述方案可以提高芯片的散热性能。
5、cn104498766a公开了一种热膨胀系数可调的cu热沉及其制备方法，解决了现有技术中金属热沉热膨胀系数大，大部分陶瓷热沉导热系数差，而具有低膨胀、高导热特性的陶瓷热沉又价格昂贵难于加工的问题。该热沉由20-80vol.%的cu和20-80vol.%的陶瓷颗粒组成，其中，陶瓷颗粒为tib2、tic、zrb2或者zrc。所述cu热沉可以通过调节其陶瓷颗粒含量使其热膨胀系数在5.91×10-6/k到13.44×10-6/k范围内可调，进而使其与半导体激光器芯片热膨胀系数匹配，降低焊接的内应力，提高半导体激光器的可靠性和使用寿命，适用于半导体激光器芯片散热与封装。
6、但是上述芯片封装结构的热导率仍较低且生产成本较高，不适合在市场中批量应用。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种碳化硅封装热沉的制备方法，使用氮化铝绝缘薄膜镀层来实现单晶碳化硅衬底的高绝缘特性，进而实现碳化硅封装热沉既有高的热导率又有较高的绝缘性，大大提高碳化硅封装热沉在高功率半导体芯片封装中的竞争力。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种碳化硅封装热沉的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、（1）在碳化硅单晶衬底的正反面制备厚度为2000~20000a的氮化铝薄膜；
5、（2）在氮化铝薄膜上制备金属种子层；
6、（3）在金属种子层上依次电镀第一铜层、镍层和金层后，蒸发制备铂层；
7、（4）在铂层上采用双电子枪同时蒸发金和锡制备金锡焊料层，得到所述碳化硅封装热沉。
8、本专利技术所述的碳化硅封装热沉的制备方法通过在碳化硅单晶衬底的正反面制备氮化铝薄膜，实现了单晶碳化硅衬底的绝缘特性，使得碳化硅封装热沉既有高的热导率又有高绝缘特性。本专利技术所述氮化铝薄膜的厚度为2000~20000a，保证氮化铝薄膜实现优异的绝缘效果的同时没有过多的牺牲碳化硅优异的热导率特性。当氮化铝薄膜的厚度较薄，会导致单晶碳化硅衬底的绝缘特性较差；当氮化铝薄膜的厚度较厚，会牺牲单晶碳化硅的热导率，而且如果氮化铝薄膜的厚度太厚会导致薄膜内应力过大，对于后面的金属化工艺十分不利。
9、本专利技术所述氮化铝薄膜的厚度为2000~20000a，例如可以是2000a、3000a、4000a、5000a、6000a、7000a、8000a、10000a、15000a或20000a等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10、优选地，步骤（1）所述制备氮化铝薄膜的方法包括离子辅助反应磁控溅射。
11、优选地，所述制备氮化铝薄膜的工艺条件：真空度高于2.0×10-6tor，例如可以是1.0×10-6tor、8.0×10-7tor、5.0×10-7tor或1.0×10-7tor等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、本专利技术优选制备氮化铝薄膜的真空度高于2.0×10-6tor，当真空度较低时，腔体内的杂质气体比较多，当等离子体启动时，就会生成其它物质，无法保证氮化铝薄膜的纯度，从而无法保证其优异的绝缘特性。而且真空度较低会导致氮化铝薄膜的致密性不太理想，最终制备得到的碳化硅封装热沉无法达到工艺要求。
13、温度：50~200℃，例如可以是50℃、55℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14、本专利技术优选制备氮化铝薄膜的温度：50~200℃，首先在预真空室将碳化硅衬底片进行100~200℃，1~2小时的预烘烤，为了去除衬底片表面的水汽，以便制备的薄膜具有更好的附着力。把烘烤完成的衬底片传送到真空腔体内，腔体内的真空度高于2.0×10-6tor，腔体内工艺温度设置为：50~200℃，在具有一定的温度下进行薄膜生长工艺也会提升薄膜的附着力和膜层致密性，提升了氮化铝薄膜与碳化硅衬底界面的结合力以及氮化铝薄膜的绝缘性，而且在合适的工艺温度下生长氮化铝薄膜，可以降低薄膜内热应力对于后期金属化工艺有好处。
15、离子源功率：700w，氩气流量：20~50sccm，例如可以是20sccm、25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45sccm或50sccm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16、氮气流量：20~50sccm，例如可以是20sccm、25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45scc本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳化硅封装热沉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述氮化铝薄膜的制备方法包括离子辅助反应磁控溅射。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述金属种子层包括在氮化铝薄膜上依次设置的钛层和第二铜层；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述第一铜层的厚度为35~80μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述镍层的厚度为1~5μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述金层的厚度为1~3μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述双电子枪同时蒸发金和锡中第一电子枪蒸发金，第二电子枪蒸发锡。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述金锡焊料层中金的重量占比为70~80wt%。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述金锡焊料层的厚度为3~6μm。
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...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅封装热沉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述氮化铝薄膜的制备方法包括离子辅助反应磁控溅射。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述金属种子层包括在氮化铝薄膜上依次设置的钛层和第二铜层；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述第一铜层的厚度为35~80μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述镍层的厚度为1~5μm。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓霞，李军，王勇，
申请(专利权)人：天津正新光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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