專利名稱：基于納米銀焊膏連接芯片的dbc基板表面處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接敷銅(DBC)基板的表面處理工藝，具體的說(shuō)，是涉及一種基于納米銀焊膏連接芯片的DBC基板表面處理工藝。
背景技術(shù)：
在大功率絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊中，DBC基板為芯片提供點(diǎn)連接、熱擴(kuò)散、機(jī)械支撐等功能。器件連接的傳統(tǒng)工藝是通過(guò)導(dǎo)電膠或焊料，將芯片的終端與DBC基板連接，另一端用細(xì)鋁線連接。但傳統(tǒng)導(dǎo)電膠或焊料存在使用壽命短、熔點(diǎn)低、散熱性差等缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致大功率芯片與DBC基板連接點(diǎn)的工作溫度不能超過(guò)150°C，使大功率IGBT模塊在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。新型低溫?zé)Y(jié)的納米銀焊膏，主要成份為金屬銀，銀的眾多優(yōu)點(diǎn)如熔點(diǎn)高、良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和釬焊性等，使得這種新型封裝材料能夠?qū)崿F(xiàn)大功率、高溫電子器件的連接。大功率IGBT模塊使用納米銀焊膏作為芯片與DBC基板的連接材料時(shí)，需要先在 DBC基板表面鍍一層銀，并且要求銀鍍層足夠致密，防止DBC的銅擴(kuò)散到銀鍍層的表面，才能實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的連接。能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的傳統(tǒng)鍍銀工藝采用氰化物，但是，氰化物對(duì)環(huán)境的危害很大；而采用無(wú)氰電鍍銀配方時(shí)，鍍銀層不夠致密，DBC基板表面的金屬銅會(huì)滲出鍍銀層表面，影響納米銀焊膏連接芯片與DBC基板的結(jié)合強(qiáng)度。因此，需要采取某種表面處理工藝，既可以防止DBC基板表面銅滲出鍍銀層表面，又可以保證使用納米銀焊膏連接芯片與 DBC基板之間的結(jié)合強(qiáng)度，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問(wèn)題，提供一種基于納米銀焊膏連接芯片的DBC基板表面處理工藝，能夠保證DBC基板使用納米銀焊膏在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，DBC基板表面的金屬銅不會(huì)擴(kuò)散至銀鍍層表面；納米銀焊膏在燒結(jié)后，納米銀焊膏與DBC基板的結(jié)合強(qiáng)度好；此外，也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)—種基于納米銀焊膏連接芯片的DBC基板表面處理工藝，該方法按照以下步驟進(jìn)行a.對(duì)DBC基板表面進(jìn)行清洗預(yù)處理；b.對(duì)預(yù)處理后的DBC基板采用電化學(xué)方法進(jìn)行電鍍鎳處理，所述鎳電鍍液由以下配方組成硫酸鎳250 350g/L、氯化鎳40 50g/L、硼酸；35 45g/L，于50 60°C溫度下保持15 25mA/cm2的陰極電流密度5 lOmin，陰極和陽(yáng)極面積比為1 1，電鍍過(guò)程中對(duì)鎳電鍍液進(jìn)行攪拌；C.對(duì)電鍍鎳后的DBC基板表面采用磁控濺射法做鍍銀處理(1)對(duì)電鍍鎳后DBC基板使用流水清洗；(2)用無(wú)水乙醇進(jìn)行超聲波清洗DBC基板；
3
(3)吹干；(4)將吹干后的DBC基板放入超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備中，并對(duì)超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備抽真空；(5)使用離子槍對(duì)吹干備用的DBC基板的表面進(jìn)行離子清洗，束流為4 6ml，放電電壓為40 60V，燈絲電流約為7 8A，加速電壓約為80 120V，束流電壓約為400 600V，清洗時(shí)間3 5min ；(6)對(duì)離子清洗后的DBC基板表面進(jìn)行磁控濺射銀，氬氣流量為25 35ml，起輝時(shí)氣壓為1 3Pa，磁控濺射銀時(shí)壓強(qiáng)維持在0. 2 0. 4Pa，直流濺射功率為(0. 1 0. 2) AX (0. 1 0. 3)KV，濺射時(shí)間 15 20min。其中，所述步驟(a)的清洗預(yù)處理，按照如下步驟進(jìn)行(1)對(duì)DBC基板使用10%氫氧化鈉溶液清洗20 40s ；( 流水清洗干凈；(3)使用稀硝酸溶液對(duì)DBC基板進(jìn)行鈍化處理；G)DBC基板表面露出銅晶粒后，流水清洗干凈；(5)對(duì)DBC基板使用稀鹽酸溶液清洗20 40s ；(6)流水清洗干凈；(7)用去離子水清洗；(8)用濾紙吸去DBC基板表面的去離子水。本發(fā)明的有益效果是(—)本發(fā)明中的電鍍鎳處理形成比較致密的鎳層，鎳層作為銀層和銅之間過(guò)渡層，能有效阻止在高溫下銅向鎳層的擴(kuò)散，從而阻止了銅向銀層的擴(kuò)散，有效保護(hù)了銀鍍層，因此鎳層主要起隔離作用，電鍍鎳后磁控濺射銀的DBC基板使用納米銀焊膏在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，DBC基板表面的金屬銅不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，即不會(huì)滲出銀鍍層表面。( 二)電鍍鎳層后，采用電鍍方法鍍銀膜的結(jié)合強(qiáng)度低，無(wú)法滿足高結(jié)合強(qiáng)度的要求。本發(fā)明采用磁控濺射方法鍍銀，可以在真空腔內(nèi)使用離子槍對(duì)表面進(jìn)行清洗，而后直接鍍膜，有效阻止了表面污染，因此納米銀焊膏在燒結(jié)后，納米銀焊膏與電鍍鎳后磁控濺射銀的DBC基板的結(jié)合強(qiáng)度好，結(jié)合力更高。(三)本發(fā)明的工藝步驟中避免了采用氰化物，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響，綠色環(huán)保。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中工藝步驟的基本原理如下(一)為阻止銅原子的遷移在DBC基板表面電鍍過(guò)渡層鎳，電鍍鎳是借助外界直流電的作用，在溶液中進(jìn)行電解反應(yīng)，從而在基板表面沉積上一層鎳金屬的過(guò)程。采用NiSO4 作電解質(zhì)溶液，DBC基板接電源陰極，純鎳板接電源陽(yáng)極，通電后，金屬鎳以離子狀態(tài)進(jìn)入鍍液，并不斷向陰極遷移，最后在陰極上得到電子還原為金屬鎳，逐漸形成金屬鎳鍍層。(二)因?yàn)殒嚺c銀不能互溶，電鍍鎳層后采用電鍍方法鍍銀層的結(jié)合強(qiáng)度低。在真空腔內(nèi)使用離子槍對(duì)電鍍鎳層表面進(jìn)行離子清洗后磁控濺射銀，不僅防止了鍍鎳層表面的污染，還使鎳與銀形成了共價(jià)鍵，從而提高了結(jié)合強(qiáng)度，形成良好的銀鍍層。
下面通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述實(shí)施例1DBC基板的清洗預(yù)處理。對(duì)DBC基板使用10%氫氧化鈉溶液清洗30s，流水清洗干凈；使用25%的稀硝酸溶液對(duì)DBC基板進(jìn)行鈍化處理，DBC基板表面露出銅晶粒后，流水清洗干凈；對(duì)DBC基板使用10%稀鹽酸溶液清洗30s，流水清洗干凈，用去離子水清洗；用濾紙吸去DBC基板表面的去離子水。DBC基板的電鍍鎳工藝。鎳電鍍液配方為硫酸鎳250g/L、氯化鎳40g/L、硼酸35g/ L，于50°C溫度下保持20mA/cm2的陰極電流密度7min，陰極和陽(yáng)極面積比為1 1，電鍍鎳所用儀器為電化學(xué)工作站，電鍍鎳過(guò)程中使用加熱磁力攪拌器進(jìn)行加熱及攪拌。DBC基板的磁控濺射銀工藝，所使用設(shè)備為超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備。 對(duì)鍍鎳后DBC基板使用流水清洗，無(wú)水乙醇超聲波清洗，吹干后，放入超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備中；設(shè)備抽真空后，使用離子槍對(duì)鍍鎳后DBC基板的表面進(jìn)行離子清洗，具體工藝參數(shù)束流為5ml左右，放電電壓為50V，燈絲電流約為7. 5A，加速電壓約為100V，束流電壓約為500V，清洗時(shí)間-in ；對(duì)鍍鎳后DBC基板的表面進(jìn)行磁控濺射銀，具體工藝參數(shù)氬氣流量約為30ml，起輝時(shí)氣壓約為2Pa，磁控濺射銀時(shí)壓強(qiáng)維持在0. 3 左右，直流濺射功率為0. IAX0. 2KV，濺射時(shí)間15min。實(shí)施例2DBC基板的清洗預(yù)處理。對(duì)DBC基板使用10%氫氧化鈉溶液清洗20s，流水清洗干凈；使用25%的稀硝酸溶液對(duì)DBC基板進(jìn)行鈍化處理，DBC基板表面露出銅晶粒后，流水清洗干凈；對(duì)DBC基板使用10%稀鹽酸溶液清洗20s，流水清洗干凈，用去離子水清洗；用濾紙吸去DBC基板表面的去離子水。DBC基板的電鍍鎳工藝。鎳電鍍液配方為硫酸鎳300g/L、氯化鎳45g/L、硼酸40g/ L，于56°C溫度下保持15mA/cm2的陰極電流密度5min，陰極和陽(yáng)極面積比為1 1，電鍍鎳所用儀器為電化學(xué)工作站，電鍍鎳過(guò)程中使用加熱磁力攪拌器進(jìn)行加熱及攪拌。DBC基板的磁控濺射銀工藝，所使用設(shè)備為超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備。 對(duì)鍍鎳后DBC基板使用流水清洗，無(wú)水乙醇超聲波清洗，吹干后，放入超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備中；設(shè)備抽真空后，使用離子槍對(duì)鍍鎳后DBC基板的表面進(jìn)行離子清洗，具體工藝參數(shù)束流為細(xì)1左右，放電電壓為40V，燈絲電流約為7A，加速電壓約為80V，束流電壓約為400V，清洗時(shí)間;3min ；對(duì)鍍鎳后DBC基板的表面進(jìn)行磁控濺射銀，具體工藝參數(shù) 氬氣流量約為25ml，起輝時(shí)氣壓約為lPa，磁控濺射銀時(shí)壓強(qiáng)維持在0. 2Pa左右，直流濺射功率為0. 2AX0. 1KV，濺射時(shí)間18min。實(shí)施例3DBC基板的清洗預(yù)處理。對(duì)DBC基板使用10%氫氧化鈉溶液清洗40s，流水清洗干凈；使用25%的稀硝酸溶液對(duì)DBC基板進(jìn)行鈍化處理，DBC基板表面露出銅晶粒后，流水清洗干凈；對(duì)DBC基板使用10%稀鹽酸溶液清洗40s，流水清洗干凈，用去離子水清洗；用濾紙吸去DBC基板表面的去離子水。DBC基板的電鍍鎳工藝。鎳電鍍液配方為硫酸鎳350g/L、氯化鎳50g/L、硼酸45g/ L，于60°C溫度下保持25mA/cm2的陰極電流密度lOmin，陰極和陽(yáng)極面積比為1:1，電鍍鎳所用儀器為電化學(xué)工作站，電鍍鎳過(guò)程中使用加熱磁力攪拌器進(jìn)行加熱及攪拌。
DBC基板的磁控濺射銀工藝，所使用設(shè)備為超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備。 對(duì)鍍鎳后DBC基板使用流水清洗，無(wú)水乙醇超聲波清洗，吹干后，放入超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備中；設(shè)備抽真空后，使用離子槍對(duì)鍍鎳后DBC基板的表面進(jìn)行離子清洗，具體工藝參數(shù)束流為6ml左右，放電電壓為60V，燈絲電流約為8A，加速電壓約為120V，束流電壓約為600V，清洗時(shí)間5min ；對(duì)鍍鎳后DBC基板的表面進(jìn)行磁控濺射銀，具體工藝參數(shù) 氬氣流量約為35ml，起輝時(shí)氣壓約為3Pa，磁控濺射銀時(shí)壓強(qiáng)維持在0. 4Pa左右，直流濺射功率為0. 2AX0. 3KV，濺射時(shí)間20min。盡管上面結(jié)合對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于納米銀焊膏連接芯片的DBC基板表面處理工藝，其特征在于，該工藝按照以下步驟進(jìn)行a.對(duì)DBC基板表面進(jìn)行清洗預(yù)處理；b.對(duì)預(yù)處理后的DBC基板采用電化學(xué)方法進(jìn)行電鍍鎳處理，所述鎳電鍍液由以下配方組成硫酸鎳250 350g/L、氯化鎳40 50g/L、硼酸35 45g/L，于50 60°C溫度下保持15 25mA/cm2的陰極電流密度5 lOmin，陰極和陽(yáng)極面積比為1 1，電鍍過(guò)程中對(duì)鎳電鍍液進(jìn)行攪拌；c.對(duì)電鍍鎳后的DBC基板表面采用磁控濺射法做鍍銀處理(1)對(duì)電鍍鎳后DBC基板使用流水清洗；(2)用無(wú)水乙醇進(jìn)行超聲波清洗DBC基板；(3)吹干；(4)將吹干后的DBC基板放入超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備中，并對(duì)超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設(shè)備抽真空；(5)使用離子槍對(duì)吹干備用的DBC基板的表面進(jìn)行離子清洗，束流為4 6ml，放電電壓為40 60V，燈絲電流約為7 8A，加速電壓約為80 120V，束流電壓約為400 600V， 清洗時(shí)間3 5min ；(6)對(duì)離子清洗后的DBC基板表面進(jìn)行磁控濺射銀，氬氣流量為25 35ml，起輝時(shí)氣壓為1 3Pa，磁控濺射銀時(shí)壓強(qiáng)維持在0. 2 0. 4Pa,直流濺射功率為(0. 1 0. 2) AX (0. 1 0. 3)KV，濺射時(shí)間 15 20min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米銀焊膏連接芯片的DBC基板表面處理工藝，其特征在于，所述步驟(a)的清洗預(yù)處理，按照如下步驟進(jìn)行(1)對(duì)DBC基板使用10%氫氧化鈉溶液清洗20 40s；(2)流水清洗干凈；(3)使用稀硝酸溶液對(duì)DBC基板進(jìn)行鈍化處理；(4)DBC基板表面露出銅晶粒后，流水清洗干凈；(5)對(duì)DBC基板使用稀鹽酸溶液清洗20 40s；(6)流水清洗干凈；(7)用去離子水清洗；(8)用濾紙吸去DBC基板表面的去離子水。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于納米銀焊膏連接芯片的DBC基板表面處理工藝，該工藝首先對(duì)DBC基板表面進(jìn)行清洗預(yù)處理；然后對(duì)預(yù)處理后的DBC基板進(jìn)行電鍍鎳處理；最后，徹底清洗后，在鍍鎳的DBC基板表面采用磁控濺射法做鍍銀處理。本發(fā)明具有如下有益效果(1)電鍍鎳后磁控濺射銀的DBC基板使用納米銀焊膏在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，DBC基板表面的金屬銅不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，即不會(huì)滲出銀鍍層表面；(2)納米銀焊膏在燒結(jié)后，納米銀焊膏與電鍍鎳后磁控濺射銀的DBC基板結(jié)合強(qiáng)度好；(3)綠色環(huán)保，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。
文檔編號(hào)C23C14/16GK102560488SQ20121002333
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月2日
發(fā)明者徐連勇, 荊洪陽(yáng), 陸國(guó)權(quán), 陳露, 韓永典 申請(qǐng)人:天津大學(xué)