【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體基板制備，具體為一種高可靠性氮化硅amb基板的界面結(jié)構(gòu)及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著第三代寬禁帶半導(dǎo)體的快速發(fā)展，電力電子器件向高輸出功率和高功率密度的方向發(fā)展，對(duì)用于功率模塊封裝的陶瓷基板材料提出更高的性能要求。氮化硅amb基板以其高強(qiáng)度、高韌性、高熱導(dǎo)率、高可靠性等優(yōu)異的綜合熱力學(xué)性能，成為最具潛力的絕緣性散熱基板材料。
2、氮化硅陶瓷和銅之間的熱膨脹系數(shù)差異會(huì)導(dǎo)致承受熱循環(huán)時(shí)，在銅和陶瓷界面產(chǎn)生較大的應(yīng)力，使陶瓷開(kāi)裂或銅層剝離，進(jìn)而導(dǎo)致模塊失效。目前高可靠性氮化硅amb基板的銅-瓷連接方法主要為活性金屬釬焊技術(shù)，其中銀基焊膏因其優(yōu)異的浸潤(rùn)效果，接頭強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好等特點(diǎn)應(yīng)用廣泛，但其存在高成本、銀電遷移風(fēng)險(xiǎn)和重金屬污染問(wèn)題。專利cn111403347b公布了一種預(yù)制成型的無(wú)銀焊片，通過(guò)對(duì)釬焊界面各層的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了十分均勻的界面結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的溫度可靠性，但預(yù)制成型焊片也帶來(lái)了對(duì)于焊片的制備和成型工藝復(fù)雜的問(wèn)題。目前，使用無(wú)銀焊膏工藝制備的氮化硅amb基板尚未有高可靠性報(bào)道，高可靠性低成本無(wú)銀焊膏技術(shù)有待開(kāi)發(fā)。
3、綜上，為了解決上述問(wèn)題，提供一種具有優(yōu)異界面結(jié)構(gòu)的高可靠性氮化硅amb基板具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種高可靠性氮化硅amb基板的界面結(jié)構(gòu)及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、一種高可靠性氮化硅amb基板
4、s1：將金屬粉末和有機(jī)載體混合，攪拌，得到無(wú)銀焊膏；
5、s2：將無(wú)銀焊膏印刷于氮化硅陶瓷兩面，再在印有焊膏的陶瓷兩面外側(cè)疊放銅片，裝夾，得到銅-焊膏-氮化硅陶瓷-焊膏-銅的疊層；
6、s3：將s2中得到的疊層進(jìn)行真空釬焊，銅片與氮化硅陶瓷之間形成界面結(jié)構(gòu)，得到高可靠性氮化硅amb基板。
7、其中，通過(guò)調(diào)控?zé)o銀焊膏的元素組成和釬焊工藝，對(duì)釬焊界面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有效減少無(wú)銀焊膏焊接后的殘余應(yīng)力，提高覆銅板的溫度可靠性。
8、較為優(yōu)化地，所述無(wú)銀焊膏包括以下原料：按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，80～90份金屬粉末、10～20份有機(jī)載體。
9、較為優(yōu)化地，所述金屬粉末包括以下原料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：15～40％活性金屬、10～30％降熔金屬，其余為銅。
10、較為優(yōu)化地，所述活性金屬包括鋯、鈦、鉿、鉻、釩中的一種或多種；所述降熔金屬包括錫、銦中的一種。
11、較為優(yōu)化地，所述有機(jī)載體包括以下原料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：13～15％乙基纖維素、2～4％丙烯酸樹(shù)脂、2～4％氫化蓖麻油、2～6％聚酰胺蠟、2～5％鄰苯二甲酸二辛脂、4～7％鄰苯二甲酸二丁酯，其余為溶劑。
12、較為優(yōu)化地，所述溶劑包括質(zhì)量比為1:1的丁基卡必醇和醇酯十二。
13、較為優(yōu)化地，所述真空釬焊的過(guò)程中：溫度為800～1000℃，保溫時(shí)間為20～90min，爐內(nèi)真空度＜0.01pa。
14、較為優(yōu)化地，一種高可靠性氮化硅amb基板的界面結(jié)構(gòu)，所述界面結(jié)構(gòu)包括緩沖層和反應(yīng)層；所述緩沖層接觸銅、所述反應(yīng)層接觸氮化硅陶瓷；所述反應(yīng)層的厚度為0.1～1μm；所述緩沖層的厚度為3～20μm。
15、其中，釬焊后的高可靠性氮化硅amb基板中，自外而內(nèi)分別為銅層、緩沖層、反應(yīng)層、氮化硅陶瓷、反應(yīng)層、緩沖層、銅層，正反兩面界面結(jié)構(gòu)相同。
16、其中，所述反應(yīng)層為活性元素與氮化硅陶瓷的氮化物層，所述緩沖層由針狀合金層和銅層交錯(cuò)形成，緩沖層內(nèi)主要為含有銅、活性金屬和降熔金屬。所述緩沖層中的活性金屬含量為40～70wt％，銅含量為10～40wt％，降熔金屬含量為0.5～5wt％，硅3～15wt％，硅來(lái)源于反應(yīng)過(guò)程中的氮化硅瓷片。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果如下：
18、(1)通過(guò)添加降熔金屬并結(jié)合特定的燒結(jié)工藝，調(diào)控了釬焊的界面結(jié)構(gòu)，將硬脆的氮化物反應(yīng)層厚度減薄到0.1～1μm，這極大減少了釬焊的殘余應(yīng)力，顯著提高界面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。
19、(2)在釬焊過(guò)程中，絕大多數(shù)的降熔金屬在升溫及保溫過(guò)程中從金屬熔體擴(kuò)散至銅中，避免在釬焊界面生成銅銦或銅錫等硬脆化合物。釬焊完成后，緩沖層內(nèi)形成了針狀合金層和銅層交錯(cuò)的特殊組織結(jié)構(gòu)。針狀合金層穿插“釘扎”在銅層的這一特殊界面結(jié)構(gòu)顯著提高了緩沖層對(duì)應(yīng)力的緩沖能力。
20、(3)本專利技術(shù)使用不含銀的焊膏連接氮化硅瓷片和銅片，避免了使用過(guò)程中的銀遷移問(wèn)題并顯著降低成本。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述無(wú)銀焊膏包括以下原料：按重量份數(shù)計(jì)，80～90份金屬粉末、10～20份有機(jī)載體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述金屬粉末包括以下原料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：15～40％活性金屬、10～30％降熔金屬，其余為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述活性金屬包括鋯、鈦、鉿、鉻、釩中的一種或多種；所述降熔金屬包括錫、銦中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述有機(jī)載體包括以下原料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：13～15％乙基纖維素、2～4％丙烯酸樹(shù)脂、2～4％氫化蓖麻油、2～6％聚酰胺蠟、2～5％鄰苯二甲酸二辛脂、4～7％鄰苯二甲酸二丁酯，其余為溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高可靠性氮化硅AMB基板的
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述真空釬焊的過(guò)程中：溫度為800～1000℃，保溫時(shí)間為20～90min，爐內(nèi)真空度＜0.01Pa。
8.一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)，其特征在于：由權(quán)利權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法制備得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高可靠性氮化硅AMB基板的界面結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述界面結(jié)構(gòu)包括緩沖層和反應(yīng)層；所述緩沖層接觸銅、所述反應(yīng)層接觸氮化硅陶瓷；所述反應(yīng)層的厚度為0.1～1μm；所述緩沖層的厚度為3～20μm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高可靠性氮化硅amb基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性氮化硅amb基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述無(wú)銀焊膏包括以下原料：按重量份數(shù)計(jì)，80～90份金屬粉末、10～20份有機(jī)載體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性氮化硅amb基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述金屬粉末包括以下原料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：15～40％活性金屬、10～30％降熔金屬，其余為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高可靠性氮化硅amb基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述活性金屬包括鋯、鈦、鉿、鉻、釩中的一種或多種；所述降熔金屬包括錫、銦中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠性氮化硅amb基板的界面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述有機(jī)載體包括以下原料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：13～15％乙基纖維素、2～4％丙烯酸樹(shù)脂、2～4％氫化...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王斌，竇正旭，唐冬梅，賀磊，孫泉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇富樂(lè)華功率半導(dǎo)體研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。