一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法转让专利
申请号 : CN202010337175.7
文献号 : CN111592382B
文献日 : 2021-12-17
发明人 : 王斌 , 贺贤汉 , 孙泉 , 欧阳鹏 , 葛荘 , 周轶靓
申请人 : 江苏富乐德半导体科技有限公司
摘要 :
本发明公开一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，包括如下步骤：步骤一，通过除油剂和纯水去除氮化铝陶瓷基板表面的油污和杂质，测试氮化铝陶瓷基板的表面粗糙度，依据表面粗糙度的测试结果确定后续化学粗化程度；步骤二，将经步骤一处理过的氮化铝陶瓷基板浸没于15％‑25％质量分数的NaOH溶液中；步骤三，将步骤二处理过的氮化铝陶瓷基板放置于1％‑3％质量分数的稀H2SO4溶液中，处理5s‑10s，温度控制在15℃‑25℃；步骤四，将步骤三处理过的氮化铝陶瓷基板加压水洗，常温，时间为3min；步骤五，将步骤四处理过的氮化铝陶瓷基板烘干。有效解决现有AMB真空钎焊氮化铝陶瓷基板与焊料层结合不良的技术问题。
权利要求 :
1.一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，通过除油剂和纯水去除氮化铝陶瓷基板表面的油污和杂质，测试氮化铝陶瓷基板的表面粗糙度，依据表面粗糙度的测试结果确定后续化学粗化程度；
步骤二，将经步骤一处理过的氮化铝陶瓷基板浸没于15％‑25％质量分数的NaOH溶液中，在50℃条件下超声1min‑4min；
步骤三，将步骤二处理过的氮化铝陶瓷基板放置于1％‑3％质量分数的稀H2SO4溶液中，处理5s‑10s，温度控制在15℃‑25℃；
步骤四，将步骤三处理过的氮化铝陶瓷基板加压水洗，常温，时间为3min；
步骤五，将步骤四处理过的氮化铝陶瓷基板烘干，控温80℃‑100℃，时间为3min‑5min；
当步骤一中，测试的表面粗糙度为0.1‑0.2时；步骤二中的NaOH溶液的质量分数为
20％‑25％、温度为50℃，超声时间为3‑4min；
当步骤一中，测试的表面粗糙度为0.2‑0.25时；步骤二中的NaOH溶液的质量分数为
15％‑20％、温度为50℃，超声时间为2‑3min；
当步骤一中，测试的表面粗糙度为0.25‑0.3时；步骤二中的NaOH溶液的质量分数为
15％‑20％、温度为50℃，超声时间为1‑2min；
步骤五之后，测试氮化铝陶瓷基板表面粗糙度，且氮化铝陶瓷基板表面粗糙度Ra＝
0.3‑0.4。
2.根据权利要求1所述的一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，其特征在于：步骤一中，测试的表面粗糙度为0.1‑0.17；
将经步骤一处理过的氮化铝陶瓷片浸没于20％质量分数的NaOH溶液中，在50℃条件下超声4min。
3.根据权利要求1所述的一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，其特征在于：测试表面粗糙度是选取氮化铝陶瓷基板上的至少5个测试点的正反面，取所有测试点的粗糙度的平均值为测试结果。
4.根据权利要求3所述的一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，其特征在于：所有的测试点包括一个位于中央的中央点，其余的测试点位于中央点的外围并接近氮化铝陶瓷基板的边角。
说明书 :
一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及陶瓷基板的表面处理技术领域，具体涉及陶瓷基板的粗化方法。
背景技术
[0002] 氮化铝陶瓷基板因其低介电常数，优良的导热性能，与芯片匹配的热膨胀系数，已被广泛应用于半导体器件功率模块的衬板。当采用活性金属钎焊技术(AMB)实现氮化铝陶
瓷基板金属化时，需要在氮化铝陶瓷基板表面印刷活性金属焊料。
瓷基板金属化时，需要在氮化铝陶瓷基板表面印刷活性金属焊料。
[0003] 直接将真空烧结后陶瓷基板与铜箔间焊料结合层，存有AMB真空钎焊氮化铝陶瓷基板与焊料层结合不良的问题。
[0004] 化学粗化是改善涂层附着力的方式之一。化学粗化实质是对陶瓷表面进行微蚀，在表面形成凹槽、微孔，随着化学粗化程度增加，凹槽、微孔可在陶瓷表面构成微观的网络
结构，这种结构可与涂层产生相互嵌接作用，显著提高涂层附着力，但化学粗化程度过高
时，该结构会被破坏，涂层附着力会随之降低。由此可知，化学粗化的技术关键在于控制及
评价粗化程度。
结构，这种结构可与涂层产生相互嵌接作用，显著提高涂层附着力，但化学粗化程度过高
时，该结构会被破坏，涂层附着力会随之降低。由此可知，化学粗化的技术关键在于控制及
评价粗化程度。
[0005] 目前缺乏一种适用于氮化铝陶瓷基板的粗化方法，来解决现有AMB真空钎焊氮化铝陶瓷基板与焊料层结合不良的技术问题。
发明内容
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，已解决上述至少一个技术问题。
[0007] 本发明的技术方案是：一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008] 步骤一，通过除油剂和纯水去除氮化铝陶瓷基板表面的油污和杂质，测试氮化铝陶瓷基板的表面粗糙度，依据表面粗糙度的测试结果确定后续化学粗化程度；
[0009] 步骤二，将经步骤一处理过的氮化铝陶瓷基板浸没于15％‑25％质量分数的NaOH溶液中，在50℃条件下超声1min‑4min；
[0010] 步骤三，将步骤二处理过的氮化铝陶瓷基板放置于1％‑3％质量分数的稀H2SO4溶液中，处理5s‑10s，温度控制在15℃‑25℃；
[0011] 步骤四，将步骤三处理过的氮化铝陶瓷基板加压水洗，常温，时间为3min；
[0012] 步骤五，将步骤四处理过的氮化铝陶瓷基板烘干，控温80℃‑100℃，时间为3min‑5min。
[0013] 进一步优选的，步骤五之后，测试氮化铝陶瓷基板表面粗糙度，且氮化铝陶瓷基板表面粗糙度Ra＝0.3‑0.4。经试验氮化铝陶瓷基板表面粗糙度在0.3‑0.4的剥离强度大。
[0014] 进一步优选的，步骤二中的NaOH溶液浓度、超声时间以及处理温度调整保证至步骤五之后的氮化铝陶瓷基板表面粗糙度Ra＝0.3‑0.4。
[0015] 进一步优选的，当步骤一中，测试的表面粗糙度为0.1‑0.2时；步骤二中的NaOH溶液的质量分数为20％‑25％、温度为50℃，超声时间为3‑4min；
[0016] 当步骤一中，测试的表面粗糙度为0.2‑0.25时；步骤二中的NaOH溶液的质量分数为15％‑20％、温度为50℃，超声时间为2‑3min；
[0017] 当步骤一中，测试的表面粗糙度为0.25‑0.3时；步骤二中的NaOH溶液的质量分数为15％‑20％、温度为50℃，超声时间为1‑2min。
[0018] 进一步优选的，步骤一中，测试的表面粗糙度为0.1‑0.17；
[0019] 将经步骤一处理过的氮化铝陶瓷片浸没于20％质量分数的NaOH溶液中，在50℃条件下超声4min。
[0020] 进一步优选的，测试表面粗糙度是选取氮化铝陶瓷基板上的至少5个测试点的正反面，取所有测试点的粗糙度的平均值为测试结果。
[0021] 进一步优选的，所有的测试点包括一个位于中央的中央点，其余的测试点位于位于中央点的外围并接近氮化铝陶瓷基板边角处。
[0022] 有益效果：通过控制瓷片表面粗糙度来控制瓷片的表面粗化程度，简单易行、能显著增强瓷片和焊料层的结合，有效解决现有AMB真空钎焊氮化铝陶瓷基板与焊料层结合不
良的技术问题。
良的技术问题。
附图说明
[0023] 图1为本发明的流程图；
[0024] 图2为具体实施例1与对比例1经过超声波探伤仪的结果图；
[0025] 其中，A1、B1为采用对比例1的方式，随机抽取的2片氮化铝陶瓷基板经超声波探伤仪获得的结果图；
[0026] A2、B2为采用具体实施例1的方式，随机抽取的2片氮化铝陶瓷基板经超声波探伤仪获得的结果图；
[0027] 图3为本发明粗糙度测试时测试点的布局示意图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0029] 参见图1至图3，具体实施例1，一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，包括如下步骤：
[0030] 步骤一，通过除油剂和纯水去除氮化铝陶瓷基板表面的油污和杂质，测试氮化铝陶瓷基板的表面粗糙度，初始表面粗糙度为0.1‑0.2；
[0031] 步骤二，将经步骤一处理过的氮化铝陶瓷基板浸没于20％质量分数的NaOH溶液中，在50℃条件下超声4min；
[0032] 步骤三，将步骤二处理过的氮化铝陶瓷基板放置于1％‑3％质量分数的稀H2SO4溶液中，处理5s‑10s，温度控制在15℃‑25℃；
[0033] 步骤四，将步骤三处理过的氮化铝陶瓷基板加压水洗，常温，时间为3min；
[0034] 步骤五，将步骤四处理过的氮化铝陶瓷基板烘干，控温80℃‑100℃，时间为3min‑5min。
[0035] 步骤五之后，测试氮化铝陶瓷基板表面粗糙度，且控制氮化铝陶瓷基板表面粗糙度Ra＝0.3‑0.4。
[0036] 对比例1：
[0037] 氮化铝陶瓷基板陶瓷基板依次进行下述步骤处理：
[0038] 步骤一，通过除油剂和纯水去除氮化铝陶瓷片表面的油污和杂质，测试初始表面粗糙度；
[0039] 步骤二，将经步骤(1)处理过的氮化铝陶瓷片加压水洗，常温，时间为3min；
[0040] 步骤三，将步骤(2)处理过的瓷片烘干，控温80℃‑100℃，时间为3min；
[0041] 步骤四，测试氮化铝陶瓷基板的表面粗糙度。
[0042] 具体实施例1与对比例1的测试结果比较：
[0043] 1)超声波探伤仪测试：
[0044] 超声波探伤仪分别分析具体实施例1及对比例1中的氮化铝陶瓷基板，结果表明具体实施例1较对比例1，焊料结合层裂纹、空洞少。结果见图2。A2、B2为采用具体实施例1的方
式，随机抽取的2片氮化铝陶瓷基板经超声波探伤仪获得的结果图。A1、B1为采用对比例1的
方式，随机抽取的2片氮化铝陶瓷基板经超声波探伤仪获得的结果图。
式，随机抽取的2片氮化铝陶瓷基板经超声波探伤仪获得的结果图。A1、B1为采用对比例1的
方式，随机抽取的2片氮化铝陶瓷基板经超声波探伤仪获得的结果图。
[0045] 2)铜瓷剥离强度测试：
[0046] 表1表面粗糙度及铜瓷剥离强度测试结果
[0047]
[0048] 具体实施例1及对比例1中铜瓷剥离强度测试，如表1所示，测试结果表明，具体实施例1相较对比例1，剥离强度大，铜瓷结合紧密。
[0049] 测试表面粗糙度是选取氮化铝陶瓷基板上的至少5个测试点的正反面，取所有测试点的粗糙度的平均值为测试结果。所有的测试点包括一个位于中央的中央点，其余的测
试点位于中央点的外围并接近氮化铝陶瓷基板的边角。参见图3，黑点为测试点。
试点位于中央点的外围并接近氮化铝陶瓷基板的边角。参见图3，黑点为测试点。
[0050] 具体实施例2，一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，包括如下步骤：
[0051] 步骤一，通过除油剂和纯水去除氮化铝陶瓷基板表面的油污和杂质，测试氮化铝陶瓷基板的表面粗糙度，初始表面粗糙度为0.2‑0.25；
[0052] 步骤二，将经步骤一处理过的氮化铝陶瓷基板浸没于15％‑20％质量分数的NaOH溶液中，在50℃条件下超声2‑3min；
[0053] 步骤三，将步骤二处理过的氮化铝陶瓷基板放置于1％‑3％质量分数的稀H2SO4溶液中，处理5s‑10s，温度控制在15℃‑25℃；
[0054] 步骤四，将步骤三处理过的氮化铝陶瓷基板加压水洗，常温，时间为3min；
[0055] 步骤五，将步骤四处理过的氮化铝陶瓷基板烘干，控温80℃‑100℃，时间为3min‑5min。具体实施例2与对比例1的测试结果比较：
[0056] 表2表面粗糙度及铜瓷剥离强度测试结果
[0057]
[0058] 具体实施例2及对比例1中铜瓷剥离强度测试，如表2所示，测试结果表明，具体实施例2相较对比例1，剥离强度大，铜瓷结合紧密。
[0059] 具体实施例3，一种氮化铝陶瓷基板表面粗化方法，包括如下步骤：
[0060] 步骤一，通过除油剂和纯水去除氮化铝陶瓷基板表面的油污和杂质，测试氮化铝陶瓷基板的表面粗糙度，初始表面粗糙度为0.25‑0.3；
[0061] 步骤二，将经步骤一处理过的氮化铝陶瓷基板浸没于15％‑20％质量分数的NaOH溶液中，在50℃条件下超声1‑2min；
[0062] 步骤三，将步骤二处理过的氮化铝陶瓷基板放置于1％‑3％质量分数的稀H2SO4溶液中，处理5s‑10s，温度控制在15℃‑25℃；
[0063] 步骤四，将步骤三处理过的氮化铝陶瓷基板加压水洗，常温，时间为3min；
[0064] 步骤五，将步骤四处理过的氮化铝陶瓷基板烘干，控温80℃‑100℃，时间为3min‑5min。具体实施例3与对比例1的测试结果比较：
[0065] 表3表面粗糙度及铜瓷剥离强度测试结果
[0066]
[0067] 具体实施例3及对比例1中铜瓷剥离强度测试，如表3所示，测试结果表明，具体实施例2相较对比例1，剥离强度大，铜瓷结合紧密。
[0068] 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。
本发明的保护范围。