专利名称：一种芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法。
背景技术：
氮化铝陶瓷基片具有优良的热传导性，可靠的电绝缘性，低的介电常数和介电损耗，热膨胀系数与硅半导 体元件相匹配，高电阻率，良好的机械性能和耐腐蚀性能等优点，从而成为新一代大规模集成电路，半导体模块电路及大功率光电器件的理想散热和封装材料。在微电子器件制造工艺中，考虑到由于芯片在工作中会产生大量的热，其结构通常需要有一个良好的散热通道，通常是采用钎料合金把芯片钎焊在管壳上来建立该通道。常见的钎料有两种。即Sn-Pb系合金钎料和Au合金钎料。金基钎料比锡基或铅基焊料具有较优良的热导率，此外，在功率半导体器件中，钎接头抗热疲劳特性是人们关注的问题，同高铅焊料相比，金基焊料具有较高的抗热疲劳性能。热沉，在工业上是指一种散热装置。目前在大功率光电器件的各种关键技术中，散热问题的解决是一个极其关键的技术。以LED来说，LED的散热已经越来越为人们所重视，目前LED的光电转换效率大约为30%左右，其余部分的电能全都转化为热能。而LED本身的热容量很小，这种热能如果不能够尽快传导到外界中去，将会使LED产生很高的结温，从而影响LED的使用寿命及发光效率，甚至会使得LED的光谱移动，色温升高，热应力增高等一系列问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于半导体芯片散热需求，且封装热传导率是现有产品的20到100倍以上的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法。本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的一种芯片级可焊氧化铝或氮化铝陶瓷热沉的制备方法，步骤为A、清洗烘干氧化铝或氮化铝陶瓷基片；B、将步骤A所得到的产品蒸发沉积Ti/Pt/Au过镀层；C、将步骤B所得的产品进行光刻处理，所述的光刻处理包括印刷光刻胶、前烘、曝光、显影、清洗、后烘过程，所述的光刻胶的厚度是2
20;D、将步骤C所得的产品进行金锡合金层的镀膜，所述的金锡合金的质量比为I :9至9 :1，所述金锡合金层的厚度是2 Sum ;E、将步骤D所得的产品进行共晶热处理和去光刻胶处理；F、将步骤E得到的产品进行切割分离，即可得芯片级可焊陶瓷热沉。进一步在上述芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法中，所述步骤A的清洗烘干是指将陶瓷基片放入洗液中浸润5± I分钟后再用水冲洗干净后，最后在纯水中超声清洗2± I遍，自然干燥或烘干。所述步骤B蒸发沉积Ti/Pt/Au过镀层，Ti层的厚度为0. 05 0. 5 y m，Pt的厚度为0. I 0. 7 ii m，Au的厚度为0. 2 -0. 8 ii m,所述步骤B蒸发沉积Ti/Pt/Au过镀层使用的设备是电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统。所述步骤C印刷光刻胶是指采用丝网印刷的方式将光刻胶印刷到基片上，前烘温度为70 150 ',时间为5 20min ;显影的时间为20 200s ;清洗的时间为20 200s ;后烘的温度为70 150°C，时间为5 30s。所述步骤E共晶热处理的温度采用的是250 330°C，时间为3 lOmin。所述步骤E去光刻胶是采用的重量百分浓度为I 10%的氢氧化钠水溶液或螯合物等，水浴90 100°C，加热2 6min。所述步骤F切割设备的选择为工件移动，砂轮轴旋转但其位置固定的切割机，选用厚度为0. Imm的软刀进行切割，刀片转速1000(T35000rpm，切割水流0. 4-1. 2mL/s，切割底膜厚度0. 06±0. 01mm，进刀速度1 5mm/s，进刀高度0. 05^0. 2mm。与现有技术相比，本发明的的陶瓷基片上蒸发沉积Ti/Pt/Au过镀层和金锡合金层的镀膜。该小尺寸热沉(热沉是指散热装置或散热设备)，适用于半导体芯片有散热需求的封装。在0. 10到Imm厚度，直径150mm或150*150mm的氧化铝或氮化铝基片上制造几千到万粒产品。采用光刻工艺，精确的控制了热沉的图形和线性，最小线宽可以做到10um。本发明准确控制Au-Sn合金的比例和百分比，在镀膜过程中，利用膜厚控制仪，能够精确的测量金属层的厚度，精确度能够达到5nm，通过我们的膜厚的精 准测量，从而保证了产品的材料比例质量。本发明的所有工艺流程都在洁净间内进行的，本发明的热处理是在真空或氮气氛中进行。减少杂质和污染，提高了产品的性能和热传导率。本发明借鉴了半导体的硅片的切割的工艺，在可以在标准的陶瓷基片上设计图形，任意切割，提高了产品的产率。本发明的热沉热传导率是现有产品的20到100倍以上。
图I是本发明的产品表面放大1000倍的图。
具体实施例方式本发明的主旨是利用金锡合金热传导率高，可焊性好的特点，在氧化铝或氮化铝陶瓷基片上镀上金锡合金层的镀膜，使得这种陶瓷热沉广泛适用于半导体芯片的散热。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，材料中各个原材料的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。
实施例I载体的选择与清洗
选用闻纯度的氧化招和氣化招基片载体，基片的厚度为0. 2 I. Omm,基片的尺寸为
40mmX 40mm-200mmX 200mm,陶瓷基片经过清洗溶液浸润5_30分钟,再用丙酮,酒精进行
水浴5到30分钟，水浴过程中可以适当加温至40-80°C左右，最后用去离子水超声波清洗，氮气吹干，得到洁净的载体材料。2载体的镀覆过渡层及金层
利用电子束镀膜设备，在洁净的载体表面镀上过渡层及金层，镀膜时本底真空为5.0X10-4 -5. 0X10-3Pa，载体温度50_250°C，载物台转速10_40rpm，镀膜完成后，过渡层的选择为Ti/Mo/Pt/Ag/Cu/Au，过渡层可以增强金锡合金与基片载体的结合力。3载体表面的图形化
除印刷光刻胶外，还采用了旋转涂覆光刻胶的方式进行光刻胶的图形化，该方案与印刷光刻胶的方式有较大的不同。在纯金层表面可以用旋转涂覆的方法涂覆一层光刻胶，选用的光刻胶为负性光刻胶，该光刻胶经过曝光处理后会形成一定的图形，光刻胶的粘度为100-450 cps，选用的涂胶显影机为真空自动涂胶显影机，采用的旋转涂胶的工艺如下采用旋转涂覆光刻胶采用的方式是匀胶旋转涂胶室温，(10-30seC)。前烘90°C X (10 30min),热风烘箱曝光436nm波长的G-线曝光机，lOsec。显影显影剂23°C X60sec,超声波震荡浸泡。漂洗23°C X60sec,超声波震荡浸泡。后烘120°C X (10-30min),去胶硫酸双氧水、浓硫酸或等离子去胶，浸泡10_30min。光刻胶的厚度为7_20um厚。光刻板的设计采用菲林底片的 4镀覆金锡合金层
与镀覆纯金层的工艺一样，在已经制作好图形化的载体表面，采用电子束及电阻复合镀膜设备直接镀覆金锡合金层，合金层镀覆完成后，其表面平整，均匀，呈现暗金色。5剥离光刻胶及其它
采用剥离法，用光刻胶专用的脱膜剂把载体表面的光刻 胶剥离掉，并清洗干净，最后经过切割分离，并清洗，得到具有一定图案的，可耐焊接性能高，结合力，热导率非常高的一个热沉样品。6 切割
本发明借鉴了半导体的硅片的切割的工艺，在可以在标准的陶瓷基片上设计图形，任意切割，提闻了广品的广率。切割设备的选择为工件移动，砂轮轴旋转、但其位置固定的切割机，将切割基片粘连在切割底膜上，切割刀片告诉旋转，用水对刀片进行冷却，移动切割底膜，进行半自动切害I]，同时在摄像头下进行控制和观测，保证切割的完成。选用厚度为0. Imm的软刀进行切割。切割的参数如下
刀片转速1000(T35000rpm 切割水流0. 4-1. 2mL/s 切割底膜厚度0. 06mm±0. Olmm 进刀速度l 5mm/s 进刀高度0. 05 0. 2mm
经过上述步骤的样品的表面样貌采用采用最大放大倍数为1000倍的金相显微镜对样品的表面形貌进行观察，如图I所示，通过显微镜所拍的照片可以看出，样品表面的金锡合金层分布均匀，没有孔洞，颗粒状突起等缺陷。热导率的测试试验将上述热沉进行了氮化铝的芯片的热导率测试，测试结果如下表I所述单位W/m k (热导率=扩散系数*材料比热容*材料密度)。
权利要求
1.一种芯片级可焊氧化铝或氮化铝陶瓷热沉的制备方法，步骤为 A、清洗烘干氧化铝或氮化铝陶瓷基片； B、将步骤A所得到的产品蒸发沉积Ti/Pt/Au过镀层； C、将步骤B所得的产品进行光刻处理，所述的光刻处理包括印刷光刻胶、前烘、曝光、显影、清洗、后烘过程，所述的光刻胶的厚度是2 20 μ m ; D、将步骤C所得的产品进行金锡合金层的镀膜，所述的金锡合金的质量比为I:9至9 :I，所述金锡合金层的厚度是2 8 μ m ; E、将步骤D所得的产品进行共晶热处理和去光刻胶处理； F、将步骤E得到的产品进行切割分离，即可得芯片级可焊陶瓷热沉。
2.根据权利要求I所述的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法，其特征在于所述步骤A的清洗烘干是指将陶瓷基片放入洗液中浸润5± I分钟后再用水冲洗干净后，最后在纯水中超声清洗2± I遍，自然干燥或烘干。
3.根据权利要求I所述的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法，其特征在于所述步骤B蒸发沉积Ti/Pt/Au过镀层，Ti层的厚度为O. 05 O. 5 μ m, Pt的厚度为O. I O. 7 μ m, Au的厚度为O. 2 -O. 8μπι0
4.根据权利要求3所述的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法，其特征在于所述步骤B蒸发沉积Ti/Pt/Au过镀层使用的设备是电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统。
5.根据权利要求I所述的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法，其特征在于所述步骤C印刷光刻胶是指采用丝网印刷的方式将光刻胶印刷到基片上，前烘温度为70 150tC，时间为5 20min ;显影的时间为20 200s ;清洗的时间为20 200s ;后烘的温度为70 150°C，时间为5 30s。
6.根据权利要求I所述的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法，其特征在于所述步骤E共晶热处理的温度采用的是250 330°C，时间为3 lOmin。
7.根据权利要求6所述的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法，其特征在于所述步骤E去光刻胶是采用的重量百分浓度为I 10%的氢氧化钠水溶液或螯合物等，水浴90 100。。，加热 2 6min。
8.根据权利要求7所述的芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法，其特征在于所述步骤F切割设备的选择为工件移动，砂轮轴旋转但其位置固定的切割机，选用厚度为O. Imm的软刀进行切割，刀片转速1000(T35000rpm，切割水流0. 4-1. 2mL/s,切割底膜厚度O.06±0. Olmm,进刀速度I 5mm/s,进刀高度0. 05 O. 2mm。
全文摘要
本发明公开了一种芯片级可焊陶瓷热沉的制备方法，步骤为A、清洗烘干氧化铝或氮化铝陶瓷基片；B、将步骤A所得到的产品蒸发沉积Ti/Pt/Au过镀层；C、将步骤B所得的产品进行光刻处理，所述的光刻处理包括印刷光刻胶、前烘、曝光、显影、清洗、后烘过程，所述的光刻胶的厚度是2～20μm；D、将步骤C所得的产品进行金锡合金层的镀膜，所述的金锡合金的质量比为19至91，所述金锡合金层的厚度是2～8μm；E、将步骤D所得的产品进行共晶热处理和去光刻胶处理;F、将步骤E得到的产品进行切割分离，即可得芯片级可焊陶瓷热沉。该陶瓷热沉适用于半导体芯片散热需求，且封装热传导率是现有产品的20到100倍。
文档编号H01L21/48GK102623356SQ20111045769
公开日2012年8月1日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者付振晓, 李旭杰, 杨丙文, 沓世我, 王建明, 陈国政 申请人:广东风华高新科技股份有限公司