本发明涉及半导体加工技术领域。顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，高温烧结炉的炉膛从进口至出口依次为升温区、恒温区以及降温区，还包括向炉膛顶部输送氧气的顶部通氧机构，顶部通氧机构通过一顶部支撑板固定在炉膛的顶部；顶部通氧机构包括升温区输氧管路、恒温区输氧管路以及降温区输送管路；还包括底部通氧机构，底部通氧机构通过一底部支撑板固定在炉膛的底部；底部通氧机构的进气口均位于炉膛外，底部通氧机构在升温区、恒温区以及降温区均开设有排气孔；底部通氧机构的上方还设有垫板，垫板架设在底部支撑板的上方，垫板上开设有出氧孔。本专利通过优化传统高温烧结炉的炉膛结构，通过顶部通氧机构，进而实现对炉膛内腔的顶部输送氧气。
1.顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，所述高温烧结炉的炉膛从进口至出口依次为升温区、恒温区以及降温区，其特征在于，还包括向炉膛顶部输送氧气的顶部通氧机构，所述顶部通氧机构通过一顶部支撑板固定在炉膛的顶部；
所述顶部通氧机构包括用于向升温区输送氧气的升温区输氧管路、用于向恒温区输送氧气的恒温区输氧管路以及向降温区输送管路的降温区输送管路；
所述升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路三者的进气口均位于炉膛外，所述升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路三者的排气孔分别位于升温区、恒温区以及降温区；
还包括向炉膛底部输送氧气的底部通氧机构，所述底部通氧机构通过一底部支撑板固定在炉膛的底部；
所述底部通氧机构的进气口均位于炉膛外，所述底部通氧机构在升温区、恒温区以及降温区均开设有排气孔；
所述底部通氧机构的上方还设有用于支撑传送带的垫板，所述垫板架设在所述底部支撑板的上方，所述垫板与所述炉膛的内腔围成氧气均压腔，所述垫板上开设有导出氧气均压腔内的氧气的出氧孔；
当铜片与陶瓷位于升温区时，升温区的温度控制在700℃～1070℃，时间15min～
当铜片与陶瓷位于恒温区时，恒温区的温度控制在1080℃～1120℃，时间10min～
当铜片与陶瓷位于降温区时，降温区的温度控制在1050℃～950℃，时间10min～
2.根据权利要求1所述的顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，其特征在于：所述升温区输氧管路包括至少两个平行设置的升温区分支管路以及升温区主支管，所述升温区主支管的出口与至少两个升温区分支管路的进口导通，且至少两个升温区分支管路从升温区伸入所述炉膛内，所述升温区分支管路位于升温区的部分开设有排气孔；
所述恒温区输氧管路包括至少两个平行设置的恒温区分支管路以及恒温区主支管，所述恒温区主支管的出口与至少两个恒温区分支管路的进口导通，且至少两个恒温区分支管路从升温区伸入炉膛内，所述恒温区分支管路从升温区延伸至恒温区，且恒温区分支管路位于恒温区的部分开设有排气孔；
所述降温区输氧管路包括至少两个平行设置的降温区分支管路以及降温区主支管，所述降温区主支管的出口与至少两个降温区分支管路的进口导通，且至少两个降温区分支管路从降温区伸入炉膛内，所述降温区分支管路位于降温区的部分开设有排气孔。
3.根据权利要求1所述的顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，其特征在于：所述升温区分支管路设有两个，所述恒温区分支管路设有两个，所述降温区分支管路设有两个。
4.根据权利要求1所述的顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，其特征在于：所述底部通氧机构包括至少两个底部输送支管以及底部输送主管，所述底部输送主管的出口分别与至少两个底部输送支管的进口导通；
至少两个底部输送支管从升温区伸入所述炉膛内，且从升温区延伸至降温区；
所有的底部输送支管在升温区、恒温区以及降温区的部分均开设有排气孔。
5.根据权利要求1所述的顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，其特征在于：所述顶部通氧机构中所有的排气孔的出气方向均为倾斜向下，且与水平面的夹角小于10度；
所述底部通氧机构中所有的排气孔的出气方向均为倾斜向下，且与水平面的夹角小于
6.根据权利要求1所述的顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，其特征在于：所述炉膛上开设有三个用于穿过取氧管路的开口，三个开口分别位于升温区、恒温区以及降温区，所述取氧管路从开口伸入所述炉膛内；
7.根据权利要求1所述的顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，其特征在于：所述顶部支撑板与所述炉膛的内壁焊接相连，所述顶部支撑板上设有用于穿过顶部通氧机构的穿孔；
所述底部支撑板与所述炉膛的内壁焊接相连，所述底部支撑板上设有用于穿过底部通氧机构的穿孔。
8.根据权利要求1所述的顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，其特征在于：所述顶部通氧机构中所有管路的内径为7mm-10mm；
所述底部通氧机构中所有管路的内径为7mm-10mm；
所述顶部通氧机构中所有的排气孔与所述底部通氧机构中所有的排气孔的内径为
9.根据权利要求1所述的顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，其特征在于：所述升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路三者的进气口均安装有顶部氧气输入检测用质量流量计；
所述底部通氧机构的进气口安装有底部氧气输入检测用质量流量计。
10.采用权利要求1至9中任意一项所述的高温烧结炉的加氧烧结的方法，其特征在于，在铜片与陶瓷烧结过程中，通过所述升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路分别向升温区、恒温区以及降温区输送氧气；
通过底部输氧机构导入的氧气，经过垫板上出氧孔扩散到传送带表面及炉膛内的空间，使得传送带始终处于微氧化状态。
顶部及底部双向通氧式高温烧结炉以及其加氧烧结的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及高温烧结炉。
背景技术
[0002] DBC覆铜陶瓷基板铜片与陶瓷的结合是在高温烧结炉炉膛内完成的，在高温条件下已预氧化的铜片表面氧化亚铜共晶液润湿相互接触的铜片和陶瓷表面，使两者牢固地结合在一起。
[0003] 现有的烧结工艺为氮气气氛、无氧(或微氧)，在炉膛烧结区域无氧气通入。但设备的实际使用状况对这一工艺要求有一定的影响：
[0004] 1.新炉膛、新传送带的使用影响。尽管在正式生产之前这些新部件已在低温及不通氮气条件下长时间空运转进行了充分氧化，但在使用时，这些新部件在通过炉膛烧结区域时仍有吸氧现象。
[0005] 2.炉膛长时间使用后表面会产生氧化污染物,这些污染物会污染产品引起烧结气泡等不良,需定期清除。但炉膛表面污染物清除后炉膛基体就会吸氧。
[0006] 3.在烧结过程中，传送带一直与炉膛底接触，其表面原有形成的氧化层容易磨损、脱落，造成传送带基体与炉膛底接触，从而引起传送带磨损加快及吸氧。
[0007] 由于现有的炉膛在烧结时无氧气通入，炉膛或传送带所要吸收的氧就会从炉膛中待烧结铜片表面的氧化亚铜中夺取。而铜片表面氧化亚铜减少，直接影响铜片与陶瓷的结合，造成产品存在结合失效的可能，也影响产品铜面外观质量。同时传送带的损耗亦大。
发明内容
[0008] 针对现有技术存在的问题，本发明提供顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，以解决上述至少一个技术问题。
[0009] 本发明还提供一种高温烧结炉的加氧烧结方法，以解决上述至少一个技术问题。
[0010] 本发明的技术方案是：顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，所述高温烧结炉的炉膛从进口至出口依次为升温区、恒温区以及降温区，其特征在于，还包括向炉膛顶部输送氧气的顶部通氧机构，所述顶部通氧机构通过一顶部支撑板固定在炉膛的顶部；
[0011] 所述顶部通氧机构包括用于向升温区输送氧气的升温区输氧管路、用于向恒温区输送氧气的恒温区输氧管路以及向降温区输送管路的降温区输送管路；
[0012] 所述升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路三者的进气口均位于炉膛外，所述升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路三者的排气孔分别位于升温区、恒温区以及降温区；
[0013] 还包括向炉膛底部输送氧气的底部通氧机构，所述底部通氧机构通过一底部支撑板固定在炉膛的底部；
[0014] 所述底部通氧机构的进气口均位于炉膛外，所述底部通氧机构在升温区、恒温区以及降温区均开设有排气孔；
[0015] 所述底部通氧机构的上方还设有用于支撑传送带的垫板，所述垫板架设在所述底部支撑板的上方，所述垫板与所述炉膛的内腔围成氧气均压腔，所述垫板上开设有导出氧气均压腔内的氧气的出氧孔。
[0016] 本专利通过优化传统高温烧结炉的炉膛结构，通过顶部通氧机构，进而实现对炉膛内腔的顶部输送氧气。通过底部通氧机构，进而贯穿整个升温区、恒温区、降温区三个工作区域。从底部通氧机构导入的氧气，经过垫板上出氧孔扩散到传送带表面及整个炉膛空间，确保传送带始终处于微氧化状态，其表面保持的氧化层可提高传送带耐磨性，使其损耗下降，降低了生产成本。
[0017] 进一步优选地，所述升温区输氧管路包括至少两个平行设置的升温区分支管路以及升温区主支管，所述升温区主支管的出口与至少两个升温区分支管路的进口导通，且至少两个升温区分支管路从升温区伸入所述炉膛内，所述升温区分支管路位于升温区的部分开设有排气孔；
[0018] 所述恒温区输氧管路包括至少两个平行设置的恒温区分支管路以及恒温区主支管，所述恒温区主支管的出口与至少两个恒温区分支管路的进口导通，且至少两个恒温区分支管路从升温区伸入炉膛内，所述恒温区分支管路从升温区延伸至恒温区，且恒温区分支管路位于恒温区的部分开设有排气孔；
[0019] 所述降温区输氧管路包括至少两个平行设置的降温区分支管路以及降温区主支管，所述降温区主支管的出口与至少两个降温区分支管路的进口导通，且至少两个降温区分支管路从降温区伸入炉膛内，所述降温区分支管路位于降温区的部分开设有排气孔。
[0020] 便于实现对升温区、恒温区以及降温区三个区域的氧气输送。
[0021] 优选为，所述升温区分支管路设有两个，所述恒温区分支管路设有两个，所述降温区分支管路设有两个。
[0022] 进一步优选地，所述底部通氧机构包括至少两个底部输送支管以及底部输送主管，所述底部输送主管的出口分别与至少两个底部输送支管的进口导通；
[0023] 至少两个底部输送支管从升温区伸入所述炉膛内，且从升温区延伸至降温区；
[0024] 所有的底部输送支管在升温区、恒温区以及降温区的部分均开设有排气孔。
[0025] 便于实现对各个区域的输送氧气。
[0026] 所述顶部通氧机构中所有的排气孔的出气方向均为倾斜向下，且与水平面的夹角小于10度；
[0027] 所述底部通氧机构中所有的排气孔的出气方向均为倾斜向下，且与水平面的夹角小于10度。
[0028] 便于保证氧气导入时不会直接喷射到铜片表面，从而不影响产品的烧结过程。
[0029] 所述炉膛上开设有三个用于穿过取氧管路的开口，三个开口分别位于升温区、恒温区以及降温区，所述取氧管路从开口伸入所述炉膛内；
[0030] 所述取氧管路的出气口与一氧分析仪的进样口导通。
[0031] 便于实现对各个区域内氧气的含量进行实时监测。
[0032] 所述顶部支撑板与所述炉膛的内壁焊接相连，所述顶部支撑板上设有用于穿过顶部通氧机构的穿孔；
[0033] 所述底部支撑板与所述炉膛的内壁焊接相连，所述底部支撑板上设有用于穿过底部通氧机构的穿孔。
[0034] 便于实现对顶部通氧机构与底部通氧机构的固定。
[0035] 所述顶部通氧机构中所有管路的内径为7mm-10mm；
[0036] 所述底部通氧机构中所有管路的内径为7mm-10mm；
[0037] 所述顶部通氧机构中所有的排气孔与所述底部通氧机构中所有的排气孔的内径为1mm-2mm；
[0038] 所述垫板上的出氧孔的内径为2mm-5mm。
[0039] 便于控制输氧量。
[0040] 所述升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路三者的进气口均安装有顶部氧气输入检测用质量流量计；
[0041] 所述底部通氧机构的进气口安装有底部氧气输入检测用质量流量计。
[0042] 便于实现氧气的温度与流量的检测。
[0043] 采用所述高温烧结炉加氧烧结的方法，其特征在于，在铜片与陶瓷烧结过程中，通过所述升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路分别向升温区、恒温区以及降温区输送氧气；
[0044] 通过底部输氧机构导入的氧气，经过垫板上出氧孔扩散到传送带表面及炉膛内的空间，使得传送带始终处于微氧化状态。
[0045] 通过高温烧结炉对铜片与陶瓷的结合烧结时，首先将铜片与陶瓷上下叠合放置在传送带上依次途径升温区、恒温区以及降温区；
[0046] 当铜片与陶瓷位于升温区时，升温区的温度控制在700℃～1070℃，时间15min～25min，升温区的氧含量30～70ppm。
[0047] 当铜片与陶瓷位于恒温区时，恒温区的温度控制在1080℃～1120℃，时间10min～20min，降温区氧含量15～30ppm。
[0048] 当铜片与陶瓷位于降温区时，降温区的温度控制在1050℃～950℃，时间10min～20min，降温区氧含量5～20ppm。
[0049] 本专利采用的加氧烧结工艺与传统无氧环境下的烧结工艺获得的产品性能比较如下表：
[0050]
附图说明
[0051] 图1为本发明高温烧结炉的局部剖视图；
[0052] 图2为本发明炉膛顶部处的部分结构示意图；
[0053] 图3为本发明炉膛底部处的部分结构示意图。
[0054] 图中：1为炉膛，2为顶部通氧机构，3为取氧管路，4为顶部支撑板，5为底部支撑板，6为垫板，7为底部通氧机构，21为升温区输氧管路，22为恒温区输氧管路，23为降温区输氧管路，72为底部输送主管，71为底部输送支管，211为升温区分支管路，212为升温区主支管，
221为恒温区分支管路，222为恒温区主支管。
具体实施方式
[0055] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0056] 参见图1至图3，顶部及底部双向通氧式高温烧结炉，高温烧结炉的炉膛1从进口至出口依次为升温区、恒温区以及降温区，还包括向炉膛1顶部输送氧气的顶部通氧机构2，顶部通氧机构2通过一顶部支撑板4固定在炉膛1的顶部；顶部通氧机构2包括用于向升温区输送氧气的升温区输氧管路21、用于向恒温区输送氧气的恒温区输氧管路22以及向降温区输送管路的降温区输送管路；升温区输氧管路21、恒温区输氧管路22、降温区输送管路三者的进气口均位于炉膛1外，升温区输氧管路21、恒温区输氧管路22、降温区输送管路三者的排气孔分别位于升温区、恒温区以及降温区；还包括向炉膛1底部输送氧气的底部通氧机构7，底部通氧机构7通过一底部支撑板5固定在炉膛1的底部；底部通氧机构7的进气口均位于炉膛1外，底部通氧机构7在升温区、恒温区以及降温区均开设有排气孔；底部通氧机构7的上方还设有用于支撑传送带的垫板6，垫板6架设在底部支撑板5的上方，垫板6与炉膛1的内腔围成氧气均压腔，垫板6上开设有导出氧气均压腔内的氧气的出氧孔。本专利通过优化传统高温烧结炉的炉膛1结构，通过顶部通氧机构2，进而实现对炉膛1内腔的顶部输送氧气。通过底部通氧机构7，进而贯穿整个升温区、恒温区、降温区三个工作区域。从底部通氧机构7导入的氧气，经过垫板6上出氧孔扩散到传送带表面及整个炉膛1空间，确保传送带始终处于微氧化状态，其表面保持的氧化层可提高传送带耐磨性，使其损耗下降，降低了生产成本。
[0057] 进一步优选地，升温区输氧管路21包括至少两个平行设置的升温区分支管路211以及升温区主支管212，升温区主支管212的出口与至少两个升温区分支管路211的进口导通，且至少两个升温区分支管路211从升温区伸入炉膛1内，升温区分支管路211位于升温区的部分开设有排气孔；恒温区输氧管路22包括至少两个平行设置的恒温区分支管路221以及恒温区主支管222，恒温区主支管222的出口与至少两个恒温区分支管路221的进口导通，且至少两个恒温区分支管路221从升温区伸入炉膛1内，恒温区分支管路221从升温区延伸至恒温区，且恒温区分支管路221位于恒温区的部分开设有排气孔；降温区输氧管路23包括至少两个平行设置的降温区分支管路以及降温区主支管，降温区主支管的出口与至少两个降温区分支管路的进口导通，且至少两个降温区分支管路从降温区伸入炉膛1内，降温区分支管路位于降温区的部分开设有排气孔。便于实现对升温区、恒温区以及降温区三个区域的氧气输送。
[0058] 优选为，升温区分支管路211设有两个，恒温区分支管路221设有两个，降温区分支管路设有两个。
[0059] 进一步优选地，底部通氧机构7包括至少两个底部输送支管71以及底部输送主管72，底部输送主管72的出口分别与至少两个底部输送支管71的进口导通；至少两个底部输送支管71从升温区伸入炉膛1内，且从升温区延伸至降温区；所有的底部输送支管71在升温区、恒温区以及降温区的部分均开设有排气孔。便于实现对各个区域的输送氧气。
[0060] 顶部通氧机构2中所有的排气孔的出气方向均为倾斜向下，且与水平面的夹角α小于10度；底部通氧机构7中所有的排气孔的出气方向均为倾斜向下，且与水平面的夹角α小于10度。便于保证氧气导入时不会直接喷射到铜片表面，从而不影响产品的烧结过程。
[0061] 炉膛1上开设有三个用于穿过取氧管路3的开口，三个开口分别位于升温区、恒温区以及降温区，取氧管路3从开口伸入炉膛1内；取氧管路3的出气口与一氧分析仪的进样口导通。便于实现对各个区域内氧气的含量进行实时监测。
[0062] 顶部支撑板4与炉膛1的内壁焊接相连，顶部支撑板4上设有用于穿过顶部通氧机构2的穿孔；底部支撑板5与炉膛1的内壁焊接相连，底部支撑板5上设有用于穿过底部通氧机构7的穿孔。便于实现对顶部通氧机构2与底部通氧机构7的固定。
[0063] 顶部通氧机构2中所有管路的内径为7mm-10mm；底部通氧机构7中所有管路的内径为7mm-10mm；顶部通氧机构2中所有的排气孔与底部通氧机构7中所有的排气孔的内径为1mm-2mm；垫板6上的出氧孔的内径为2mm-5mm。便于控制输氧量。顶部通氧机构2中所有的排气孔均处于同一高度。底部通氧机构中所有排气孔均处于同一高度。
[0064] 升温区输氧管路21、恒温区输氧管路22、降温区输送管路三者的进气口均安装有顶部氧气输入检测用质量流量计；底部通氧机构7的进气口安装有底部氧气输入检测用质量流量计。便于实现氧气的温度与流量的检测。
[0065] 采用高温烧结炉加氧烧结的方法，在铜片与陶瓷烧结过程中，通过升温区输氧管路、恒温区输氧管路、降温区输送管路分别向升温区、恒温区以及降温区输送氧气；通过底部输氧机构导入的氧气，经过垫板上出氧孔扩散到传送带表面及炉膛内的空间，使得传送带始终处于微氧化状态。通过高温烧结炉对铜片与陶瓷的结合烧结时，首先将铜片与陶瓷上下叠合放置在传送带上依次途径升温区、恒温区以及降温区；
[0066] 当铜片与陶瓷位于升温区时，升温区的温度控制在700℃～1070℃，时间15min～25min，升温区氧含量30～70ppm。
[0067] 当铜片与陶瓷位于恒温区时，恒温区的温度控制在1080℃～1120℃，时间10min～20min，恒温区氧含量15～30ppm。
[0068] 当铜片与陶瓷位于降温区时，降温区的温度控制在1050℃～950℃，时间10min～20min，降温区氧含量5～20ppm。
[0069] 本专利采用的加氧烧结工艺与传统无氧环境下的烧结工艺获得的产品性能比较如下表：
[0070]
[0071] 作为一种优选方案，当铜片与陶瓷位于升温区时，升温区的温度控制在800℃～1070℃，时间15min，升温区氧含量30ppm。当铜片与陶瓷位于恒温区时，恒温区的温度控制在1080℃～1100℃，时间10min，恒温区氧含量30ppm。当铜片与陶瓷位于降温区时，降温区的温度控制在1050℃～950℃，时间15min，降温区氧含量20ppm。制得的产品为7-8N/mm，烧结良率为94.89％。可靠性测试的热循环次数为40次。
[0072] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
