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DBC陶瓷基板銅片氧化工藝介紹

DBC陶瓷基板

      DBC陶瓷基板由于同時(shí)具備銅的優(yōu)良導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度高、低介電損耗的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各型大功率半導(dǎo)體特別是IGBT封裝材料。DBC技術(shù)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(guān)鍵因素是氧元素的引入，因此需對(duì)銅片進(jìn)行預(yù)氧化處理。

DBC氧化鋁基板截面形貌

一、銅片的氧化工藝


      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。

銅片氧化工藝流程圖

1.濕法氧化


①浸泡氧化

      先用 3%的稀硫酸對(duì)銅片進(jìn)行酸洗，然后經(jīng)過噴淋水洗機(jī)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(jìn)行浸泡氧化，氧化后的銅片再經(jīng)過水洗及三級(jí)逆流水洗后進(jìn)行慢提拉脫水和烘干（溫度約為 100℃），完成浸泡氧化。

②噴涂氧化

      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(duì)銅片進(jìn)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(duì)銅片進(jìn)行噴涂。噴涂后的銅片直接進(jìn)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。

2.干法氧化

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(fēng)冷退火。

二、濕法氧化VS干法氧化工藝

      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(huì)直接給后續(xù)燒結(jié)帶來燒結(jié)缺陷，剝離強(qiáng)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(huì)影響整個(gè)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(duì)應(yīng)的痕跡。
③高溫退火、氧化會(huì)伴隨著銅的晶粒長大，在后續(xù)的燒結(jié)過程中，晶粒會(huì)繼續(xù)長大，對(duì)銅的力學(xué)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(xì)小，有利于提高銅片的力學(xué)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(qiáng)度上，且這三個(gè)指標(biāo)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(qiáng)度、耐熱循環(huán)性能要求。


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