DBC陶瓷基板由于同時具備銅的優(yōu)良導電、導熱性能和陶瓷的機械強度高、低介電損耗的優(yōu)點,被廣泛應用于各型大功率半導體特別是IGBT封裝材料。DBC技術是利用銅的含氧共晶液直接將銅敷接在陶瓷上,其制備過程中關鍵因素是氧元素的引入,因此需對銅片進行預氧化處理。
銅片氧化分為濕法氧化(包括浸泡氧化和噴涂氧化)及干法氧化。兩種氧化法均能在銅片表面形成氧化銅或氧化亞銅。 先用 3%的稀硫酸對銅片進行酸洗,然后經(jīng)過噴淋水洗機溢流水洗后,將銅片送入高錳酸鉀及硫酸銅混合溶液(槽液中高錳酸鉀濃度約為 31.6mg/L,硫酸銅濃度約為95.4mg/L)中進行浸泡氧化,氧化后的銅片再經(jīng)過水洗及三級逆流水洗后進行慢提拉脫水和烘干(溫度約為 100℃),完成浸泡氧化。 噴涂氧化是濕法氧化的一種,僅氧化方式變化為噴涂。噴涂氧化是在對銅片進行酸洗及水洗后,將硝酸錳和硝酸銅混合溶液(濃度約為 3%)對銅片進行噴涂。噴涂后的銅片直接進行隧道窯烘干(溫度約為 200℃)。隧道窯烘干過程中,將噴涂在銅片上的硝酸錳、硝酸銅分解為氧化銅、氧化錳。浸泡氧化和噴涂氧化處理銅片的比例約為 5:5。將銅片送入氧化爐,經(jīng)電加熱升溫至 600~800℃,氧化 30min 左右,再經(jīng)風冷退火。 目前現(xiàn)有行業(yè)普遍采用的以銅片高溫退火氧化一體完成后與陶瓷片接觸燒結(jié),也就是干法氧化。但是這種高溫退火、氧化一體的方式存在以下不足:①氧化不均勻。會直接給后續(xù)燒結(jié)帶來燒結(jié)缺陷,剝離強度變化較大;②傳送帶痕跡。由于高溫、氧化過程由傳送帶輸送,傳送帶網(wǎng)孔的存在,會影響整個銅片的溫度分布不均勻,留下傳送帶痕跡。燒結(jié)后的結(jié)果是在CuAl2O3結(jié)合面留下對應的痕跡。③高溫退火、氧化會伴隨著銅的晶粒長大,在后續(xù)的燒結(jié)過程中,晶粒會繼續(xù)長大,對銅的力學性能和表面處理帶來不利影響。 濕法氧化生產(chǎn)出來的銅面晶粒細小,有利于提高銅片的力學性能,消除傳送帶痕跡,和干法氧化主要區(qū)別,表現(xiàn)在產(chǎn)品抗彎曲度、耐熱循環(huán)性能和剝離強度上,且這三個指標明顯好于干式氧化。濕法氧化產(chǎn)品能夠更好的滿足產(chǎn)品抗彎強度、耐熱循環(huán)性能要求。