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技术领域

本发明涉及半导体制备技术领域,更具体地说,它涉及一种化学减薄平整钛箔的方法。

背景技术

AMB(Active Metal Brazing;活性金属钎焊)工艺是DBC工艺技术的进一步发展,它是利用活性金属与陶瓷反应生成能被液态钎料润湿的反应层,从而实现陶瓷与金属接合的一种方法。相比于DBC技术,AMB方法获得的陶瓷覆铜基板,热传导性和绝缘可靠性更好,且拥有更加优异的热循环可靠性,更适合于高压、大功率的功率半导体器件使用。

焊片/钎料是AMB技术的核心之一,其中焊片主要以活性元素Ti为主的Ti箔焊片,进行高温烧结时,铜与陶瓷之间将会发生界面反应,界面反应太弱,产品结合强度不高,无法实现铜瓷键合;界面反应太强,则界面反应层太厚,同样导致产品性能下降,选择合适的焊片至关重要。Ti箔焊片厚度是一个重要控制因素,成熟的轧制工艺主要用来生产厚度≥10μm厚度箔材,而活性金属钎焊用Ti箔焊片,约2-5μm,且在该范围内,一定程度上Ti箔焊片越薄,铜瓷键合强度越高,性能越好。目前,采用轧制工艺生产满足宽度132-150mm、2-5μmTi箔焊片,产量少、良率低,相对于厚度为10μm焊片,成本激增。

Ti箔的化学减薄工艺为生产超薄焊片提供了思路,目前Ti箔化学减薄方法仍然主要以氢氟酸/氟化物体系为主,其中主要以HF/HNO3为主,目前该体系化学减薄后,钛箔表面容易褶皱,导致AMB烧结稳定性差,其铜瓷结合界面空洞率不稳定,存在不良隐患,极端情况下界面空洞会影响陶瓷基板的绝缘强度,严重时可能引起器件失效。

陶瓷覆铜基板领域,基于AMB工艺的使用,制备宽幅、超薄(<10μm)、无褶皱Ti箔焊片亟待开发。

发明内容

针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种化学减薄平整钛箔的方法,其可以制备无褶皱且超薄的钛箔焊片。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种化学减薄平整钛箔的方法,包括以下步骤:

S1:钛箔表面除油清洗,将厚度10~15μm,宽度140~150mm钛箔进行超声清洗,去除表面油污和杂质,备用;

S2:钛箔预处理,将步骤S1处理的钛箔,在常压下,置于液氮中过冷处理,浸泡时间30-60min;

S3:钛箔减薄,取步骤S2处理后的钛箔,转运浸没在HNO3/HF混合溶液中进行化学减薄蚀刻,减薄时间为30-60s 取出,所述转运时间3-5s;

S4:表面再次清洗并进行真空烘干。

通过采用上述技术方案,

本发明进一步设置为:在S3步骤中,所述HNO3/HF混合溶液,其成分包括质量份3-5%HF、25-30%HNO3,余量为纯水。

通过采用上述技术方案,

本发明进一步设置为:在S3步骤中,钛箔焊片减薄后,厚度为4.5-6.0μm,宽度140~150mm。

本发明进一步设置为:在步骤S4中,所述真空烘干,烘干温度为70-100℃,保温20-40min,升温速率10-15℃/min,真空度为低真空50-100Pa。

本发明进一步设置为:在步骤S1中,超声清洗包括纯水超声清洗和无水乙醇超声清洗。

本发明进一步设置为:在步骤S4中,对钛箔进行二次水洗,水洗后使用无水乙醇对钛箔进行超声清洗,最后对钛箔进行真空烘干即可。

本发明进一步设置为:在S2步骤中,浸泡完成后将空间加压到大于等于10MPa,然后进行转运。

本发明进一步设置为:所述化学减薄蚀刻温度为30~35℃。

综上所述,本发明具有以下有益效果:本发明首先对钛箔表面进行了表面除油清洗,保证其表面无明显杂质,经钛箔焊片预处理,即液氮对钛箔进行过冷处理,低温环境改变钛箔内部组织及应力状态,在减薄过程中利于保留焊片中的加工应力,减小褶皱;优化配比获得最佳HNO3含量的HNO3/HF混合溶液,钛箔减薄过程较为平缓,其表面微观结构平滑;综上本发明一种化学减薄平整钛箔制备方法,整体消除了钛箔化学减薄后褶皱情况,显著利于AMB烧结稳定性,降低器件风险。

附图说明

图1为本发明的流程示意图;

图2为实施例一钛箔减薄后的SEM微观形貌图;

图3为对比例一钛箔减薄后的SEM微观形貌图;

图4为实施例一减薄钛箔AMB烧结后的超声波键合界面扫描图;

图5为对比例一减薄钛箔AMB烧结后的超声波键合界面扫描图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,对本发明进行详细描述。

参照附图1所示,化学减薄平整钛箔的主要步骤包括有钛箔表面除油清洗,然后进行钛箔预处理,然后进行钛箔减薄,最后进行表面清洗及烘干。

实施例一:一种化学减薄平整钛箔制备方法,包括以下步骤:

S1:钛箔表面除油清洗;

将厚度10μm,宽度140mm钛箔依次使用水洗超声和无水乙醇超声清洗,去除表面油污和杂质,备用。

S2:钛箔预处理;

将步骤S1处理的钛箔,在常压下,置于液氮中过冷处理,浸泡时间30min。

S3:钛箔减薄;

取步骤S2经处理的钛箔,在高压环境下,环境压力为10MPa,迅速转运浸没在HNO3/HF混合溶液中进行化学减薄蚀刻,减薄时间为30s 取出,转运时间3s。

S4:表面清洗;

取步骤S3的钛箔,对钛箔进行二次水洗,水洗后使用无水乙醇对钛箔进行超声清洗,最后对钛箔进行真空烘干,即可。

其中,HNO3/HF混合溶液,其成分包括3%HF、30%HNO3,余量为纯水,化学减薄蚀刻温度为35℃,钛箔焊片减薄后,平均厚度为4.7μm,宽度140mm。

在步骤S4中,所述真空烘干,烘干温度为80℃,保温20min,升温速率10℃/min,真空度为低真空100Pa。

实施例二:一种化学减薄平整钛箔制备方法,包括以下步骤:

S1:钛箔表面除油清洗;

将厚度15μm,宽度140mm钛箔依次使用水洗超声和无水乙醇超声清洗,去除表面油污和杂质,备用。

S2:钛箔预处理;

将步骤S1处理的钛箔,在常压下,置于液氮中过冷处理,浸泡时间30min。

S3:钛箔减薄;

取步骤S2经处理的钛箔,在高压环境下,环境压力为15MPa,迅速转运浸没在HNO3/HF混合溶液中进行化学减薄蚀刻,减薄时间为40s 取出,转运时间3s。

S4:表面清洗;

取步骤S3的钛箔,对钛箔进行二次水洗,水洗后使用无水乙醇对钛箔进行超声清洗,最后对钛箔进行真空烘干,即可。

其中HNO3/HF混合溶液,其成分包括5%HF、30%HNO3,余量为纯水,化学减薄蚀刻温度为35℃,钛箔焊片减薄后,平均厚度为5.3μm,宽度140mm。

在步骤S4中,所述真空烘干,烘干温度为80℃,保温20min,升温速率10℃/min,真空度为低真空100Pa。

对比例一:减薄钛箔的制备方法,包括以下步骤:

S1:钛箔表面除油清洗;

将厚度15μm,宽度140mm钛箔依次使用水洗超声和无水乙醇超声清洗,去除表面油污和杂质,备用。

S2:钛箔减薄;

取步骤S2经处理的钛箔,迅速转运浸没在HNO3/HF混合溶液中进行化学减薄蚀刻,减薄时间为45s 取出。

S4:表面清洗;

取步骤S3的钛箔,对钛箔进行二次水洗,水洗后使用无水乙醇对钛箔进行超声清洗,最后对钛箔进行真空烘干,即可。

其中HNO3/HF混合溶液,其成分包括5%HF、10%HNO3,余量为纯水,化学减薄蚀刻温度为35℃,钛箔焊片减薄后,平均厚度为5.5μm,宽度140mm;

在步骤S4中,所述真空烘干,烘干温度为80℃,保温20min,升温速率10℃/min,真空度为低真空100Pa。

以下对上述实施例一、实施例二以及对比例一进行性能对比:

参照附图2和图3,图2为实施例一的SEM显微表面状态图,可见明显光滑,而图3为对比例一的SEM显微表面状态图,其表面较为粗糙;图4和图5为实施例一和对比例一经过AMB烧结后的超声波键合界面扫描图,图4能够符合烧结要求,而图5则不能够满足烧结要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术分类

06120115637791