CN117303932B - 一种彻底解决湿法氧化dbc烧结大气泡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷覆铜板技术领域，具体一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法。具体提出以下方案：通过调整以下工艺参数进行优化：(1)调整烧结炉型；(2)调整烧结温度曲线；其中1～7温区为升温区，8～12温区为烧结共晶区，13～16温区为降温区；(3)调整烧结治具；(4)调整待烧结样品的摆放方式。最终彻底解决湿法氧化DBC在烧结时，产生大气泡的现象。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷覆铜板技术领域，具体一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法。
背景技术
传统干法DBC产品是利用氧化亚铜共晶液润湿相互接触的铜片和氧化铝陶瓷表面，使两者牢固地结合在一起。在氧化铝的表面形成的固态的CuAlO2层，与陶瓷表面紧密接触，并形成了一定的镶嵌结构，提供了机械互锁作用。由于界面层的CuAlO2厚度较小，不容易产生足够的形变来吸收热应力，热应力会对瓷片及铜片造成损伤，进而降低覆铜陶瓷板的抗弯强度及冷热循环性能。
湿法氧化工艺制作的DBC产品具有成本较低，抗弯强度大，可靠性好等优势，理应被大范围推广，但适用于大量产的湿法氧化工艺的开发却并不顺利，因为该工艺大量产时存在烧结后大气泡问题，详情如下：
此类大气泡会对产品的性能造成影响，并对良率造成极大的损失。因此如何解决湿法氧化DBC键合面大气泡成为了业内研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
(1)调整烧结炉型；
(2)调整烧结温度曲线；其中1～7温区为升温区，8～12温区为烧结共晶区，13～16温区为降温区；
(3)调整烧结治具；
(4)调整待烧结样品的摆放方式。
进一步的，所述烧结炉型调整为控制点更多的CT烧结炉。
进一步的，所述CT烧结炉有16个温区；其中7～16温区，每个温度有6个独立功率控制模块，可对上、下、左、右各方向进行控温。
进一步的，所述烧结温度曲线：升温区：1温区：0～600℃，2温区：600～680℃，3温区：680～760℃，4温区：760～840℃，5温区：840～920℃，6温区：920～1000℃，7温区：1000～1050℃；烧结共晶区：8温区：1030～1095℃，9温区：1080～1095℃，10温区：1080～1095℃，11温区：1070～1090℃，12温区：1070～1090℃；降温区：13温区：1040～1090℃，14温区：990～1040℃，15温区：940～990℃，16温区：900～940℃。
进一步的，所述升温区烧结时间为10～15min，烧结共晶区烧结时间为7～12min，降温区烧结时间为5～9min。
进一步的，所述烧结治具为叠层式全包裹碳化硅治具，其具有双层盖板结构，下层有两片盖板，上层有一片盖板。
进一步的，所述待烧结样品的摆放方式：调整铜片的摆放方式，使其弯曲凹面朝上。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明中烧结温度控制更为精确；使用双层盖板结构的烧结治具，能有效地阻挡颗粒落到铜瓷之间，又能形成更好的温度梯度，很大程度避免大气泡的产生；使用了全新的烧结温度曲线，使得烧结产品具有更长的降温时间，缓慢释放应力，产品形变较慢，利于减少铜瓷间残留气体量，同时缩短了高温区，避免出现位于网带中央的产品边缘出现提前键合现象，给铜瓷间气体排出留出了充分时间；更改了铜片、瓷片的摆放方式，使得铜瓷键合过程平缓有序，有利于烧结大气泡的改善。
(1)该发明使用结构更为复杂的CT炉，相对于传统的BTU炉，其拥有炉膛更长、温区更多、温度控制更精确等优势；
(2)由于烧结过程中，会有很多炉膛或者网带的小颗粒以及其他杂质吹落到铜片、瓷片之间的缝隙中，其中有机杂质高温会分解产生气体，也会加剧大气泡的产生，所以烧结治具调整为叠层式全包裹氮化硅治具，具有双层盖板结构，既能有效阻挡颗粒落到铜瓷之间，又能形成更好的温度梯度(两边高，中间低)，可以很大程度避免大气泡的产生；
(3)采用新的温度曲线，减少高温区，延长降温区，使得产品应力释放更充分，更利于结合面内气体排出，同时可以获得更好的热循环性能和更加均匀的表面状态；
(4)通过对烧结键合过程的分析，改变了烧结时的铜和瓷摆放方式，彻底消除大气泡。
附图说明
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，与本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：
图1为叠层式全包裹碳化硅治具；
图2为叠层式全包裹碳化硅治具的剖面示意图；
图3为实施例1中调整后的烧结温度曲线图；
图4为实施例2中调整后的烧结温度曲线图；
图5为实施例3中调整后的烧结温度曲线图；
图6为对比例1、3中调整前的烧结温度曲线；
图7为调整后的待烧结样品的摆放方式；
图8为调整前的待烧结样品的摆放方式；
图9为实施例1烧结后的样子；
图10为对比例3烧结后的样子。
具体实施方式
下面将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。
实施例1：一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法：
(1)烧结DBC的烧结炉选用控制点更多的CT烧结炉，烧结治具调整为具有双层盖板结构的叠层式全包裹碳化硅治具，如图1所示；在该烧结治具的具体刨面图如图2所示，在烧结治具中先摆放好垫片，将DCB载板放置在其上方，再将待烧结DCB放置在DCB载板上(图中黑色阴影部分为待烧结DCB)，盖上盖板进行烧结(该烧结治具具有两层盖板，最上面一层为上层盖板，有一片，第二层为下层盖板，有两片，上层有一片盖板)。
(2)调整烧结温度曲线：该烧结温度曲线共设置16个温区，其中升温区有7个温区，烧结共晶区有5个温区，降温区有4个温区；
升温区具体为：1温区：580℃，2温区：660℃，3温区：740℃，4温区：820℃，5温区：900℃，6温区：980℃，7温区：1030℃，升温区烧结时间为12min；
烧结共晶区具体为：8温区：1094℃，9温区：1094℃，10温区：1084℃，11温区：1084℃，12温区：1074℃，烧结共晶区烧结时间为8min；
降温区具体为：13温区：1040℃，14温区：990℃，15温区：940℃，16温区：900℃，降温区烧结时间为6min；具体烧结温度曲线如图3所示；
(3)调整待烧结样品的摆放方式：将处理好的铜片放置在陶瓷基板上，使铜片的弯曲凹面朝上，放入烧结治具中进行烧结；调整后的摆放方式如图7所示。
实施例2：一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法：
(1)烧结DBC的烧结炉选用控制点更多的CT烧结炉，烧结治具调整为具有双层盖板结构的叠层式全包裹碳化硅治具，如图1所示；在该烧结治具的具体刨面图如图2所示，在烧结治具中先摆放好垫片，将DCB载板放置在其上方，再将待烧结DCB放置在DCB载板上(图中黑色阴影部分为待烧结DCB)，盖上盖板进行烧结(该烧结治具具有两层盖板，最上面一层为上层盖板，有一片，第二层为下层盖板，有两片，上层有一片盖板)。
(2)调整烧结温度曲线：该烧结温度曲线共设置16个温区，其中升温区有7个温区，烧结共晶区有5个温区，降温区有4个温区；
升温区具体为：1温区：590℃，2温区：670℃，3温区：750℃，4温区：830℃，5温区：910℃，6温区：990℃，7温区：1040℃，升温区烧结时间为12min；
烧结共晶区具体为：8温区：1090℃，9温区：1090℃，10温区：1090℃，11温区：1090℃，12温区：1090℃，烧结共晶区烧结时间为8min；
降温区具体为：13温区：1040℃，14温区：1010℃，15温区：960℃，16温区：910℃，降温区烧结时间为6min；具体烧结温度曲线如图4所示；
(3)调整待烧结样品的摆放方式：将处理好的铜片放置在陶瓷基板上，使铜片的弯曲凹面朝上，放入烧结治具中进行烧结；调整后的摆放方式如图7所示。
实施例3：一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法：
(1)烧结DBC的烧结炉选用控制点更多的CT烧结炉，烧结治具调整为具有双层盖板结构的叠层式全包裹碳化硅治具，如图1所示；在该烧结治具的具体刨面图如图2所示，在烧结治具中先摆放好垫片，将DCB载板放置在其上方，再将待烧结DCB放置在DCB载板上(图中黑色阴影部分为待烧结DCB)，盖上盖板进行烧结(该烧结治具具有两层盖板，最上面一层为上层盖板，有一片，第二层为下层盖板，有两片，上层有一片盖板)。
(2)调整烧结温度曲线：该烧结温度曲线共设置16个温区，其中升温区有7个温区，烧结共晶区有5个温区，降温区有4个温区；
升温区具体为：1温区：600℃，2温区：680℃，3温区：760℃，4温区：840℃，5温区：920℃，6温区：1000℃，7温区：1050℃，升温区烧结时间为12min；
烧结共晶区具体为：8温区：1085℃，9温区：1085℃，10温区：1085℃，11温区：1085℃，12温区：1085℃，烧结共晶区烧结时间为8min；
降温区具体为：13温区：1030℃，14温区：1000℃，15温区：950℃，16温区：900℃，降温区烧结时间为6min；具体烧结温度曲线如图5所示；
(3)调整待烧结样品的摆放方式：将处理好的铜片放置在陶瓷基板上，使铜片的弯曲凹面朝上，放入烧结治具中进行烧结；调整后的摆放方式如图7所示。
对比例1：(1)不调整烧结温度曲线，使用旧烧结温度曲线，该烧结温度曲线共16个温区，其中升温区共9个，烧结共晶区6个，降温区共1个；
升温区具体为：1温区：560℃，2温区：640℃，3温区：730℃，4温区：790℃，5温区：850℃，6温区：890℃，7温区：915℃；8温区：1000℃，9温区：1052℃，升温区烧结时间为14.5min；
烧结共晶区具体为：10温区：1086℃，11温区：1086℃，12温区：1086℃；13温区：1086℃，14温区：1084℃，15温区：1084℃，烧结共晶区烧结时间为9.5min；
降温区具体为：16温区：1060℃，降温区烧结时间为1.6min；具体旧烧结温度曲线如图6所示；其它同实施例1；
对比例2：不调整待烧结样品的摆放方式；将处理好的铜片放置在陶瓷基板上，使铜片的弯曲凸面朝上，放入烧结治具中进行烧结；原待烧结样品摆放方式，如图8所示；其它同实施例1；
对比例3：(1)不调整烧结温度曲线，使用旧烧结温度曲线，该烧结温度曲线共16个温区，其中升温区共9个，烧结共晶区6个，降温区共1个；
升温区具体为：1温区：560℃，2温区：640℃，3温区：730℃，4温区：790℃，5温区：850℃，6温区：890℃，7温区：915℃；8温区：1000℃，9温区：1052℃，升温区烧结时间为14.5min；
烧结共晶区具体为：10温区：1086℃，11温区：1086℃，12温区：1086℃；13温区：1086℃，14温区：1084℃，15温区：1084℃，烧结共晶区烧结时间为9.5min；
降温区具体为：16温区：1060℃，降温区烧结时间为1.6min；具体旧烧结温度曲线如图6所示；
(2)不调整待烧结样品的摆放方式；将处理好的铜片放置在陶瓷基板上，使铜片的弯曲凸面朝上，放入烧结治具中进行烧结；原待烧结样品摆放方式，如图8所示；其它同实施例1。
性能测试：实施例1～3与对比例1～3分别针对烧结温度曲线和摆放方式的调整，做了对比测试，具体数据如下：
| 实例 | 待烧结样品摆放方式 | 温度曲线 | 烧结数量 | 大气泡数量 | 大气泡率 |
| 实施例1 | 优化后，图7所示 | 优化后，图3所示 | 557 | 0 | 0.00％ |
| 实施例2 | 优化后，图7所示 | 优化后，图4所示 | 789 | 2 | 0.25％ |
| 实施例3 | 优化后，图7所示 | 优化后，图5所示 | 597 | 1 | 0.17％ |
| 对比例1 | 优化后，图7所示 | 优化前，图6所示 | 1030 | 22 | 2.1％ |
| 对比例2 | 优化前，图8所示 | 优化后，图3所示 | 643 | 40 | 6.22％ |
| 对比例3 | 优化前，图8所示 | 优化前，图6所示 | 980 | 156 | 15.9％ |
结果分析：通过对烧结铜瓷摆放方式以及烧结温度曲线优化前后的对比，可以发现相对于烧结曲线优化，铜瓷摆放方式的影响更大。综合使用上述方法，可以使大气泡发生率显著降低，实施例1中大气泡发生率更是降低为0％，彻底解决了烧结气泡的产生，目前该项技术已经量产适用，通过长期量产累计的数据，进一步印证了该方案的可行性和有效性。
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。
Claims (7)
1.一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法，其特征在于：包括以下步骤：取待烧结样品，通过调整以下工艺参数：
(1)调整烧结炉型；
(2)调整烧结温度曲线；其中1～7温区为升温区，8～12温区为烧结共晶区，13～16温区为降温区；
(3)调整烧结治具；
(4)调整待烧结样品的摆放方式；
所述烧结温度曲线：升温区：1温区：0～600℃，2温区：600～680℃，3温区：680～760℃，4温区：760～840℃，5温区：840～920℃，6温区：920～1000℃，7温区：1000～1050℃；烧结共晶区：8温区：1030～1095℃，9温区：1080～1095℃，10温区：1080～1095℃，11温区：1070～1090℃，12温区：1070～1090℃；降温区：13温区：1040～1090℃，14温区：990～1040℃，15温区：940～990℃，16温区：900～940℃；
所述待烧结样品的摆放方式为：调整铜片的摆放方式，使其弯曲凹面朝上。
2.根据权利要求1所述的一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法，其特征在于：所述烧结炉型调整为CT烧结炉。
3.根据权利要求2所述的一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法，其特征在于：所述CT烧结炉7～16温区能从上、下、左、右各方向进行控温。
4.根据权利要求1所述的一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法，其特征在于：所述升温区烧结时间为10～15min，烧结共晶区烧结时间为7～12min，降温区烧结时间为5～9min。
5.根据权利要求1所述的一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法，其特征在于：所述烧结治具为叠层式全包裹碳化硅治具。
6.根据权利要求5所述的一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法，其特征在于：所述叠层式全包裹碳化硅治具具有双层盖板结构，其下层有两片盖板，上层有一片盖板。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的一种彻底解决湿法氧化DBC烧结大气泡的方法烧结得到无烧结大气泡的DBC。
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