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
技術領域：
本發明涉及一種直接敷銅(DBC)基板的表面處理工藝，具體的說，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：
在大功率絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊中，DBC基板為芯片提供點連接、熱擴散、機械支撐等功能。器件連接的傳統工藝是通過導電膠或焊料，將芯片的終端與DBC基板連接，另一端用細鋁線連接。但傳統導電膠或焊料存在使用壽命短、熔點低、散熱性差等缺點，從而導致大功率芯片與DBC基板連接點的工作溫度不能超過150°C，使大功率IGBT模塊在實際應用中受到了限制。新型低溫燒結的納米銀焊膏，主要成份為金屬銀，銀的眾多優點如熔點高、良好的導電、導熱性和釬焊性等，使得這種新型封裝材料能夠實現大功率、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，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的銅擴散到銀鍍層的表面，才能實現高強度的連接。能夠實現該功能的傳統鍍銀工藝采用氰化物，但是，氰化物對環境的危害很大；而采用無氰電鍍銀配方時，鍍銀層不夠致密，DBC基板表面的金屬銅會滲出鍍銀層表面，影響納米銀焊膏連接芯片與DBC基板的結合強度。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基板之間的結合強度，而且不會對環境產生不良的影響。
發明內容
本發明要解決的是現有技術所存在的上述問題，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燒結時，DBC基板表面的金屬銅不會擴散至銀鍍層表面；納米銀焊膏在燒結后，納米銀焊膏與DBC基板的結合強度好；此外，也不會對環境產生不良影響。為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現—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行a.對DBC基板表面進行清洗預處理；b.對預處理后的DBC基板采用電化學方法進行電鍍鎳處理，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，陰極和陽極面積比為1 1，電鍍過程中對鎳電鍍液進行攪拌；C.對電鍍鎳后的DBC基板表面采用磁控濺射法做鍍銀處理(1)對電鍍鎳后DBC基板使用流水清洗；(2)用無水乙醇進行超聲波清洗DBC基板；
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(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備中，并對超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設備抽真空；(5)使用離子槍對吹干備用的DBC基板的表面進行離子清洗，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，清洗時間3 5min ；(6)對離子清洗后的DBC基板表面進行磁控濺射銀，氬氣流量為25 35ml，起輝時氣壓為1 3Pa，磁控濺射銀時壓強維持在0. 2 0. 4Pa，直流濺射功率為(0. 1 0. 2) AX (0. 1 0. 3)KV，濺射時間 15 20min。其中，所述步驟(a)的清洗預處理，按照如下步驟進行(1)對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DBC基板進行鈍化處理；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。本發明的有益效果是(—)本發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渡層，能有效阻止在高溫下銅向鎳層的擴散，從而阻止了銅向銀層的擴散，有效保護了銀鍍層，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燒結時，DBC基板表面的金屬銅不會發生氧化反應，即不會滲出銀鍍層表面。( 二)電鍍鎳層后，采用電鍍方法鍍銀膜的結合強度低，無法滿足高結合強度的要求。本發明采用磁控濺射方法鍍銀，可以在真空腔內使用離子槍對表面進行清洗，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后，納米銀焊膏與電鍍鎳后磁控濺射銀的DBC基板的結合強度好，結合力更高。(三)本發明的工藝步驟中避免了采用氰化物，因此不會對環境產生不良影響，綠色環保。
具體實施例方式本發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基板表面電鍍過渡層鎳，電鍍鎳是借助外界直流電的作用，在溶液中進行電解反應，從而在基板表面沉積上一層鎳金屬的過程。采用NiSO4 作電解質溶液，DBC基板接電源陰極，純鎳板接電源陽極，通電后，金屬鎳以離子狀態進入鍍液，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)因為鎳與銀不能互溶，電鍍鎳層后采用電鍍方法鍍銀層的結合強度低。在真空腔內使用離子槍對電鍍鎳層表面進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鍵，從而提高了結合強度，形成良好的銀鍍層。
下面通過具體的實施例對本發明作進一步的詳細描述實施例1DBC基板的清洗預處理。對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DBC基板進行鈍化處理，DBC基板表面露出銅晶粒后，流水清洗干凈；對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，陰極和陽極面積比為1 1，電鍍鎳所用儀器為電化學工作站，電鍍鎳過程中使用加熱磁力攪拌器進行加熱及攪拌。DBC基板的磁控濺射銀工藝，所使用設備為超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設備。 對鍍鎳后DBC基板使用流水清洗，無水乙醇超聲波清洗，吹干后，放入超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設備中；設備抽真空后，使用離子槍對鍍鎳后DBC基板的表面進行離子清洗，具體工藝參數束流為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，清洗時間-in ；對鍍鎳后DBC基板的表面進行磁控濺射銀，具體工藝參數氬氣流量約為30ml，起輝時氣壓約為2Pa，磁控濺射銀時壓強維持在0. 3 左右，直流濺射功率為0. IAX0. 2KV，濺射時間15min。實施例2DBC基板的清洗預處理。對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DBC基板進行鈍化處理，DBC基板表面露出銅晶粒后，流水清洗干凈；對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，陰極和陽極面積比為1 1，電鍍鎳所用儀器為電化學工作站，電鍍鎳過程中使用加熱磁力攪拌器進行加熱及攪拌。DBC基板的磁控濺射銀工藝，所使用設備為超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設備。 對鍍鎳后DBC基板使用流水清洗，無水乙醇超聲波清洗，吹干后，放入超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設備中；設備抽真空后，使用離子槍對鍍鎳后DBC基板的表面進行離子清洗，具體工藝參數束流為細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，清洗時間;3min ；對鍍鎳后DBC基板的表面進行磁控濺射銀，具體工藝參數 氬氣流量約為25ml，起輝時氣壓約為lPa，磁控濺射銀時壓強維持在0. 2Pa左右，直流濺射功率為0. 2AX0. 1KV，濺射時間18min。實施例3DBC基板的清洗預處理。對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DBC基板進行鈍化處理，DBC基板表面露出銅晶粒后，流水清洗干凈；對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，陰極和陽極面積比為1:1，電鍍鎳所用儀器為電化學工作站，電鍍鎳過程中使用加熱磁力攪拌器進行加熱及攪拌。
DBC基板的磁控濺射銀工藝，所使用設備為超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設備。 對鍍鎳后DBC基板使用流水清洗，無水乙醇超聲波清洗，吹干后，放入超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設備中；設備抽真空后，使用離子槍對鍍鎳后DBC基板的表面進行離子清洗，具體工藝參數束流為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，清洗時間5min ；對鍍鎳后DBC基板的表面進行磁控濺射銀，具體工藝參數 氬氣流量約為35ml，起輝時氣壓約為3Pa，磁控濺射銀時壓強維持在0. 4Pa左右，直流濺射功率為0. 2AX0. 3KV，濺射時間20min。盡管上面結合對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
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行a.對DBC基板表面進行清洗預處理；b.對預處理后的DBC基板采用電化學方法進行電鍍鎳處理，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，陰極和陽極面積比為1 1，電鍍過程中對鎳電鍍液進行攪拌；c.對電鍍鎳后的DBC基板表面采用磁控濺射法做鍍銀處理(1)對電鍍鎳后DBC基板使用流水清洗；(2)用無水乙醇進行超聲波清洗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備中，并對超高真空磁控與離子束清洗鍍膜設備抽真空；(5)使用離子槍對吹干備用的DBC基板的表面進行離子清洗，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， 清洗時間3 5min ；(6)對離子清洗后的DBC基板表面進行磁控濺射銀，氬氣流量為25 35ml，起輝時氣壓為1 3Pa，磁控濺射銀時壓強維持在0. 2 0. 4Pa,直流濺射功率為(0. 1 0. 2) AX (0. 1 0. 3)KV，濺射時間 15 20min。
2.根據權利要求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)的清洗預處理，按照如下步驟進行(1)對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DBC基板進行鈍化處理；(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
本發明公開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DBC基板表面進行清洗預處理；然后對預處理后的DBC基板進行電鍍鎳處理；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燒結時，DBC基板表面的金屬銅不會發生氧化反應，即不會滲出銀鍍層表面；(2)納米銀焊膏在燒結后，納米銀焊膏與電鍍鎳后磁控濺射銀的DBC基板結合強度好；(3)綠色環保，不會對環境產生不良影響。
文檔編號C23C14/16GK102560488SQ20121002333
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月2日 優先權日2012年2月2日
發明者徐連勇, 荊洪陽, 陸國權, 陳露, 韓永典 申請人:天津大學