一种增加DCB铜厚的方法与流程

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一种增加dcb铜厚的方法
技术领域
1.本发明涉及覆铜陶瓷基板制备技术领域，具体为一种增加dcb铜厚的方法。

背景技术：

2.覆铜陶瓷基板主要用作半导体芯片的衬板，覆铜陶瓷基板制备时，需将铜片和陶瓷片经焊料烧结使彼此连接，在实际生产过程中，常规工艺直接采购规定厚度的铜卷进行裁切、氧化、烧结，但是由于特定铜厚的覆铜陶瓷基板需求量不高或者供应商工艺的难题，导致一些厚度的铜片经常供应不足。
3.同时，常规使用焊料烧结连接的覆铜陶瓷基板，由于焊料无法精准用量导致覆铜陶瓷基板最终厚度精确度不高，导致无法满足客户需求，对于特定铜厚的覆铜陶瓷基板若量产则资源过剩，若小批制造则成本过高，急需一种成本小、易操作、易获得的增加dcb铜厚的办法。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种增加dcb铜厚的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：具体为以下步骤：
7.s1)根据覆铜陶瓷基板所需dcb铜片的厚度，设计若干种厚度组合方式，根据厚度组合方式准备对应厚度的铜片；
8.s2)取步骤s1)准备的铜片，分别进行底面热氧化预处理，得到单面氧化的铜片；
9.s3)取步骤s2)处理的铜片，堆叠放置，堆叠时上方铜片的氧化面与下方铜片未被氧化面接触，形成dcb铜片，再将dcb铜片置于陶瓷片上方叠放，dcb铜片的氧化面与瓷片上表面接触，然后烧结，得到产品覆铜陶瓷基板。
10.进一步地，当dcb铜片厚度为0.4mm时，厚度组合方式为两片0.2mm铜片堆叠复合；
11.当dcb铜片厚度为0.45mm时，厚度组合方式为0.2mm铜片与0.25mm铜片堆叠复合；
12.当dcb铜片厚度为0.5mm时，厚度组合方式为0.2mm铜片与0.3mm铜片堆叠复合或两片0.25mm铜片堆叠复合；
13.当dcb铜片厚度为0.55mm时，厚度组合方式为0.25mm铜片与0.25mm铜片堆叠复合；
14.当dcb铜片厚度为0.6mm时，厚度组合方式为两片0.3mm铜片堆叠复合。
15.进一步地，退火炉中设有11个温区，其中温区1的温度为510℃，温区2的温度为690℃，温区3的温度为790℃，温区4的温度为800℃，温区5的温度为800℃，温区6的温度为800℃，温区7的温度为800℃，温区8的温度为800℃，温区9的温度为720℃，温区10的温度为660℃，温区11的温度为640℃。
16.进一步地，步骤(2)中，底面热氧化预处理时，进口区氮气流量为55～65l/min，温区1上方的氮气流量为8～12l/min，温区2上方的氮气流量为8～12l/min，温区3上方的氮气
流量为3～7l/min，温区4、温区5、温区6、温区7、温区8、温区9、温区10、温区11氮气流量为60～100l/min，冷却区氮气流量为25～45l/min，出口区氮气流量为50～60l/min。
17.进一步地，步骤(2)中，将铜片移入退火炉中进行底面热氧化预处理，底面在氮气、氧气混合氛围中氧化，氧化温度为500～800℃。
18.进一步地，底面热氧化时，氧气浓度为1200～1300ppm，其中，温区1下方的氮气流量为33～37l/min，温区2下方的氮气流量为33～37l/min，温区3下方的氮气流量为28～32l/min。
19.进一步地，退火炉空气排气流量为4～6l/min。
20.进一步地，步骤(3)中，烧结温度为1065～1083℃，烧结时间为9～13min。
21.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明中根据覆铜陶瓷基板所需dcb铜片的厚度，设计若干种厚度组合方式，根据厚度组合方式准备对应厚度的铜片，然后将这些铜片进行预氧化处理，再将预氧化完成的覆铜陶瓷基板和瓷片进行堆叠烧结，在1065～1083℃和氮气氧气混合气氛环境下，铜面氧化层会产生铜氧共晶液相，铜与铜之间形成液相使得两层铜烧结在一起，同时铜片底部的铜氧共晶液相逐步浸润、整合瓷片表面并与瓷片表面发生反应形成介质层，随着后续温度逐步降低，铜片与瓷片牢固键合，其中，堆叠烧结中发生的化学反应过程为：
22.cu2o+al2o3→
2cualo223.本发明中采用干法热氧化烧结，对铜片底面进行氧化烧结，得到单面氧化的铜片，铜片氧化层重量为8～12mg，氧化层厚度仅为1～1.5μm，得到的增厚覆铜陶瓷基板精准度高，且剥离强度、冷热循环效果与定制铜厚覆铜陶瓷基板无明显差别，显而易见本发明中增加dcb铜厚的方法比定制铜厚产品的方法更加简单有效，通过本发明中增加dcb铜厚的方法，提高了覆铜陶瓷基板的厚度精度值，提高了产品生产效率。
附图说明
24.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
25.图1为堆叠烧结过程中铜片与瓷片堆叠方式示意图；
26.图2为堆叠烧结过程中铜氧共晶相图；
27.图3为对比例覆铜陶瓷基板冷热循环前的超声波扫描图；
28.图4为实施例1覆铜陶瓷基板冷热循环前的超声波扫描图；
29.图5为对比例覆铜陶瓷基板冷热循环30次后的超声波扫描图；
30.图6为实施例1覆铜陶瓷基板冷热循环30次后的超声波扫描图；
31.图7为对比例覆铜陶瓷基板冷热循环40次后的超声波扫描图；
32.图8为实施例1覆铜陶瓷基板冷热循环40次后的超声波扫描图；
33.图1中，1、铜片；2、瓷片。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.具体实施方式中对比例(0.4mm正常铜厚的覆铜陶瓷基板)源自ferrotec生产的覆铜陶瓷基板；实施例中0.2mm、0.25mm、0.3mm的dcb铜片购买自aurubis的99.99％的无氧铜；瓷片为购买自ceramtec 96％的al2o3。
36.实施例1：制备0.4增厚的dcb覆铜陶瓷基板；
37.s1)根据覆铜陶瓷基板所需0.4mm厚度的dcb铜片，选择两片0.2mm的铜片备用；
38.s2)取步骤s1)准备的铜片，移入退火炉分别进行底面热氧化预处理，在氮气、氧气混合氛围中氧化，得到单面氧化的铜片，氧气浓度为1200ppm，退火炉中温区1的温度为510℃，上方氮气流量为8l/min，下方氮气流量为33l/min；温区2的温度为690℃，上方氮气流量为8l/min，下方氮气流量为33l/min；温区3的温度为790℃，上方氮气流量为3l/min，下方氮气流量为28l/min；
39.s3)取步骤s2)处理的铜片1，堆叠放置，堆叠时上方铜片1的氧化面与下方铜片1的未被氧化面接触，形成dcb铜片，再将dcb铜片置于瓷片2上方叠放，dcb铜片的氧化面与瓷片2上表面接触，在1065℃下烧结9min，得到产品覆铜陶瓷基板。
40.实施例2：制备0.45增厚的dcb覆铜陶瓷基板；
41.s1)根据覆铜陶瓷基板所需0.45mm厚度的dcb铜片，选择一片0.2mm和一片0.25mm的铜片备用；
42.s2)取步骤s1)准备的铜片，移入退火炉分别进行底面热氧化预处理，在氮气、氧气混合氛围中氧化，得到单面氧化的铜片，氧气浓度为1200ppm，退火炉中温区1的温度为510℃，上方氮气流量为8l/min，下方氮气流量为33l/min；温区2的温度为690℃，上方氮气流量为8l/min，下方氮气流量为33l/min；温区3的温度为790℃，上方氮气流量为3l/min，下方氮气流量为28l/min；
43.s3)取步骤s2)处理的铜片1，堆叠放置，堆叠时上方铜片1的氧化面与下方铜片1的未被氧化面接触，形成dcb铜片，再将dcb铜片置于瓷片2上方叠放，dcb铜片的氧化面与瓷片2上表面接触，在1068℃下烧结10min，得到产品覆铜陶瓷基板。
44.实施例3：制备0.5增厚的dcb覆铜陶瓷基板(0.2mm+0.3mm)；
45.s1)根据覆铜陶瓷基板所需0.5mm厚度的dcb铜片，选择一片0.2mm和一片0.3mm的铜片备用；
46.s2)取步骤s1)准备的铜片，移入退火炉分别进行底面热氧化预处理，在氮气、氧气混合氛围中氧化，得到单面氧化的铜片，氧气浓度为1250ppm，退火炉中温区1的温度为510℃，上方氮气流量为10l/min，下方氮气流量为35l/min；温区2的温度为690℃，上方氮气流量为10l/min，下方氮气流量为35l/min；温区3的温度为790℃，上方氮气流量为5l/min，下方氮气流量为30l/min；
47.s3)取步骤s2)处理的铜片1，堆叠放置，堆叠时上方铜片1的氧化面与下方铜片1的未被氧化面接触，形成dcb铜片，再将dcb铜片置于瓷片2上方叠放，dcb铜片的氧化面与瓷片2上表面接触，在1065℃下烧结10min，得到产品覆铜陶瓷基板。
48.实施例4：制备0.5增厚的dcb覆铜陶瓷基板(0.25mm+0.25mm)；
49.s1)根据覆铜陶瓷基板所需0.5mm厚度的dcb铜片，选择两片0.25mm的铜片备用；
50.s2)取步骤s1)准备的铜片，移入退火炉分别进行底面热氧化预处理，在氮气、氧气混合氛围中氧化，得到单面氧化的铜片，氧气浓度为1250ppm，退火炉中温区1的温度为510℃，上方氮气流量为10l/min，下方氮气流量为35l/min；温区2的温度为690℃，上方氮气流量为10l/min，下方氮气流量为35l/min；温区3的温度为790℃，上方氮气流量为5l/min，下方氮气流量为30l/min；
51.s3)取步骤s2)处理的铜片1，堆叠放置，堆叠时上方铜片1的氧化面与下方铜片1的未被氧化面接触，形成dcb铜片，再将dcb铜片置于瓷片2上方叠放，dcb铜片的氧化面与瓷片2上表面接触，在1070℃下烧结11min，得到产品覆铜陶瓷基板。
52.实施例5：制备0.55增厚的dcb覆铜陶瓷基板；
53.s1)根据覆铜陶瓷基板所需0.55mm厚度的dcb铜片，选择一片0.25mm和一片0.3mm的铜片备用；
54.s2)取步骤s1)准备的铜片，移入退火炉分别进行底面热氧化预处理，在氮气、氧气混合氛围中氧化，得到单面氧化的铜片，氧气浓度为1300ppm，退火炉中温区1的温度为510℃，上方氮气流量为12l/min，下方氮气流量为37l/min；温区2的温度为690℃，上方氮气流量为12l/min，下方氮气流量为37l/min；温区3的温度为790℃，上方氮气流量为7l/min，下方氮气流量为32l/min；
55.s3)取步骤s2)处理的铜片1，堆叠放置，堆叠时上方铜片1的氧化面与下方铜片1的未被氧化面接触，形成dcb铜片，再将dcb铜片置于瓷片2上方叠放，dcb铜片的氧化面与瓷片2上表面接触，在1080℃下烧结11min，得到产品覆铜陶瓷基板。
56.实施例6：制备0.55增厚的dcb覆铜陶瓷基板；
57.s1)根据覆铜陶瓷基板所需0.6mm厚度的dcb铜片，选择两片0.3mm的铜片备用；
58.s2)取步骤s1)准备的铜片，移入退火炉分别进行底面热氧化预处理，在氮气、氧气混合氛围中氧化，得到单面氧化的铜片，氧气浓度为1300ppm，退火炉中温区1的温度为510℃，上方氮气流量为12l/min，下方氮气流量为37l/min；温区2的温度为690℃，上方氮气流量为12l/min，下方氮气流量为37l/min；温区3的温度为790℃，上方氮气流量为7l/min，下方氮气流量为32l/min；
59.s3)取步骤s2)处理的铜片1，堆叠放置，堆叠时上方铜片1的氧化面与下方铜片1的未被氧化面接触，形成dcb铜片，再将dcb铜片置于瓷片2上方叠放，dcb铜片的氧化面与瓷片2上表面接触，在1083℃下烧结13min，得到产品覆铜陶瓷基板。
60.对比例：购买0.4mm正常铜厚的dcb覆铜陶瓷基板作为对比例。
61.实验
62.(1)取对比例覆铜陶瓷基板与实施例1中覆铜陶瓷基板，测试其剥离强度，实验数值如下表1所示：
63.表1：剥离强度测试试验数据
64.[0065][0066]
如表1所示，可知利用本发明中增厚方法制备的增厚覆铜陶瓷基板剥离强度与直接购买的定制铜厚覆铜陶瓷基板剥离强度相差不大；
[0067]
(2)取对比例覆铜陶瓷基板与实施例1增厚覆铜陶瓷基板各两片进行冷热循环测试，测试条件为：高低温各停留30分钟为一个循环，切换时间小于30秒，-55℃～150℃下冷热循环40次，超声波扫描图如图3～图8所示，结果表明利用本发明中增厚方法制备的增厚覆铜陶瓷基板剥离强度与直接购买的定制铜厚覆铜陶瓷基板冷热循环性能相差不大；
[0068]
结论：本发明中采用的干法热氧化烧结制备方法，得到的增厚覆铜陶瓷基板精准度高，且剥离强度、冷热循环效果与直接购买的定制铜厚覆铜陶瓷基板无明显差别，显而易见本发明中增加dcb铜厚的方法比定制铜厚产品的方法更加简单有效，通过本发明中增加dcb铜厚的方法，提高了覆铜陶瓷基板的厚度精度值，提高了产品生产效率。
[0069]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0070]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：具体为以下步骤：s1)根据覆铜陶瓷基板所需dcb铜片的厚度，设计若干种厚度组合方式，根据厚度组合方式准备对应厚度的铜片；s2)取步骤s1)准备的铜片，分别进行底面热氧化预处理，得到单面氧化的铜片(1)；s3)取步骤s2)处理的铜片(1)，堆叠放置，堆叠时上方铜片(1)的氧化面与下方铜片(1)的未被氧化面接触，形成dcb铜片，再将dcb铜片置于瓷片(2)上方叠放，dcb铜片的氧化面与瓷片(2)上表面接触，然后烧结，得到产品覆铜陶瓷基板。2.根据权利要求1所述的一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：当dcb铜片厚度为0.4mm时，厚度组合方式为两片0.2mm铜片堆叠复合；当dcb铜片厚度为0.45mm时，厚度组合方式为0.2mm铜片与0.25mm铜片堆叠复合；当dcb铜片厚度为0.5mm时，厚度组合方式为0.2mm铜片与0.3mm铜片堆叠复合或两片0.25mm铜片堆叠复合；当dcb铜片厚度为0.55mm时，厚度组合方式为0.25mm铜片与0.25mm铜片堆叠复合；当dcb铜片厚度为0.6mm时，厚度组合方式为两片0.3mm铜片堆叠复合。3.根据权利要求1所述的一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：退火炉中设有11个温区，其中温区1的温度为510℃，温区2的温度为690℃，温区3的温度为790℃，温区4的温度为800℃，温区5的温度为800℃，温区6的温度为800℃，温区7的温度为800℃，温区8的温度为800℃，温区9的温度为720℃，温区10的温度为660℃，温区11的温度为640℃。4.根据权利要求1所述的一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：步骤(2)中，底面热氧化预处理时，进口区氮气流量为55～65l/min，温区1上方的氮气流量为8～12l/min，温区2上方的氮气流量为8～12l/min，温区3上方的氮气流量为3～7l/min，温区4、温区5、温区6、温区7、温区8、温区9、温区10、温区11氮气流量为60～100l/min，冷却区氮气流量为25～45l/min，出口区氮气流量为50～60l/min。5.根据权利要求1所述的一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：步骤(2)中，将铜片移入退火炉中进行底面热氧化预处理，底面在氮气、氧气混合氛围中氧化，氧化温度为500～800℃。6.根据权利要求1所述的一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：底面热氧化时，氧气浓度为1200～1300ppm，其中，温区1下方的氮气流量为33～37l/min，温区2下方的氮气流量为33～37l/min，温区3下方的氮气流量为28～32l/min。7.根据权利要求1所述的一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：退火炉空气排气流量为4～6l/min。8.根据权利要求1所述的一种增加dcb铜厚的方法，其特征在于：步骤(3)中，烧结温度为1065～1083℃，烧结时间为9～13min。

技术总结

本发明提供了一种增加DCB铜厚的方法，本发明中根据覆铜陶瓷基板所需DCB铜片的厚度，设计若干种厚度组合方式，根据厚度组合方式准备对应厚度的铜片，将铜片进行干法热氧化预处理，在铜片底部氧化形成单面氧化的铜片，再将单面氧化的铜片和瓷片堆叠烧结，得到增厚铜片，增厚厚度为0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm等，通过将所需增厚铜片进行计算分解、铜片预氧化、铜片瓷片堆叠烧结的工艺流程，得到的增厚DCB产品精准度高，工作性能与定制铜厚覆铜陶瓷基板一致，避免了生产特定铜厚产品成本过高导致亏损的情况，同时简单有效解决了非常规铜厚产品的供货需求问题。常规铜厚产品的供货需求问题。常规铜厚产品的供货需求问题。