一種激光對(duì)鋁化物基板金屬化的方法及鋁化物基板與流程

本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于大功率器件的鋁化物基板的金屬化方法和該方法制成的鋁化物基板。

背景技術(shù)：

隨著功率器件的快速發(fā)展，器件的發(fā)熱量也隨之快速增加。氮化鋁陶瓷具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能以及絕緣性能，同時(shí)還具有低介電常數(shù)與芯片材料熱膨脹系數(shù)接近等特點(diǎn)，是理想的大規(guī)模集成電路散熱基板和封裝材料。

在對(duì)電子器件進(jìn)行封裝時(shí)，需要首先在氮化鋁陶瓷上制備一層金屬，而后將芯片與氮化鋁陶瓷實(shí)現(xiàn)接觸，因此氮化鋁陶瓷金屬化過程是整個(gè)封裝過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)金屬化一般都是在直接敷銅法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，直接敷銅法是將銅箔表面氧化形成Cu₂O和氮化鋁陶瓷表面氧化形成Al₂O₃接觸，在一定溫度下形成中間產(chǎn)物CuAlO₂。從而使銅和氮化鋁陶瓷有更強(qiáng)的附著力。但形成CuAlO₂需要1000攝氏度以上的高溫環(huán)境，對(duì)氧氣環(huán)境要求也比較苛刻。除此之外，傳統(tǒng)金屬化還需要使用光刻刻蝕等手段才能實(shí)現(xiàn)銅電極的圖形化，這也增加了成本。如何更加簡(jiǎn)便且更低成本的實(shí)現(xiàn)氮化鋁陶瓷金屬化是亟待解決的問題。激光作為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，自1960發(fā)明以來就備受關(guān)注。激光具有方向性好、能量集中、非接觸式等特點(diǎn)，是現(xiàn)代精細(xì)加工重要工具之一。激光用于鋁化物基板金屬化的原理是利用激光的高能量將表面鋁化物分解出鋁，在得到的鋁上金屬化即可。但由于激光是高斯光束，光斑中心能量高邊緣能量低導(dǎo)致能量分布不均勻，直接應(yīng)用于鋁化物基板時(shí)所得鋁的厚度不均勻。

20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的二元光學(xué)為解決上述問題提供了新思路。二元光學(xué)是基于光波衍射理論，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，并用各種微細(xì)加工工藝，在片基或者傳統(tǒng)光學(xué)器件表面刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階甚至連續(xù)的浮雕結(jié)構(gòu)，形成純相位、具有極高衍射效率的一類衍射光學(xué)元件。通過二元光學(xué)為基礎(chǔ)的光學(xué)整型元件對(duì)相位調(diào)制，將高斯光束轉(zhuǎn)為平頂光。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決上述氮化鋁陶瓷金屬化出現(xiàn)的工藝復(fù)雜成本高的問題，本發(fā)明提供了一種利用激光對(duì)鋁化物基板金屬化的技術(shù)方案。

(二)技術(shù)方案

一種激光對(duì)鋁化物基板金屬化的方法，具體步驟包括：步驟1、激光處理鋁化物基板，在鋁化物表面得到一層鋁；步驟2、在鋁的表面鍍上一層金屬；在所述步驟1中，所述激光為平頂光。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述步驟1中，所述的激光是通過光學(xué)整型元件，由高斯光束轉(zhuǎn)為的平頂光。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述平頂光在計(jì)算機(jī)的控制下經(jīng)過振鏡場(chǎng)鏡系統(tǒng)聚焦在鋁化物基板上。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述鋁化物基板是氮化鋁陶瓷基板或氧化鋁陶瓷基板。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述步驟2中，所述的金屬是銅。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述步驟2采用電鍍或者化學(xué)鍍。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的激光器為微秒、納秒、皮秒、飛秒激光器。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的激光的波長(zhǎng)范圍為100nm～10μm。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的激光器的類型是固體激光器、碟片激光器或光纖激光器。

本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述方法制成的鋁化物基板。

(三)有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是使用激光直寫方法直接實(shí)現(xiàn)鋁化物基板金屬化及圖形化，成本更低，生產(chǎn)效率更高，不需要外界高溫環(huán)境，且光學(xué)整型元件的使用使得激光能量分布均勻，得到的金屬厚度也比較均勻。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的激光高溫處理在氮化鋁陶瓷基板表面鍍銅的步驟圖。

圖2是振鏡場(chǎng)鏡系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明將激光通過以二元光學(xué)為基礎(chǔ)的光學(xué)整型元件對(duì)相位調(diào)制，得到平頂光，平頂光再通過振鏡場(chǎng)鏡系統(tǒng)聚焦照射到鋁化物基板上。激光產(chǎn)生的超高溫將鋁化物分解出金屬鋁，從而可獲得鋁化物表面特定形狀、尺寸及分布的鋁導(dǎo)線。然后用電鍍或者化學(xué)鍍的方式對(duì)導(dǎo)電的鋁表面金屬化，沒有經(jīng)過激光處理的區(qū)域沒有金屬化，通過用電腦控制振鏡掃描方式直接在鋁化物基板上實(shí)現(xiàn)鋁導(dǎo)線進(jìn)而實(shí)現(xiàn)金屬電極的圖形化。

具體來說，本發(fā)明給出了一種激光對(duì)鋁化物基板金屬化的方法，具體步驟包括：步驟1、激光處理鋁化物基板，在鋁化物表面得到一層鋁；步驟2、在鋁的表面鍍上一層金屬；在所述步驟1中，所述激光為平頂光。

所述步驟1中，所述的激光是通過光學(xué)整型元件，由高斯光束轉(zhuǎn)為的平頂光。所述光學(xué)整型元件以二元光學(xué)為基礎(chǔ)對(duì)相位調(diào)制。二元光學(xué)是基于光波衍射理論，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，并用各種微細(xì)加工工藝，在片基或者傳統(tǒng)光學(xué)器件表面刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階甚至連續(xù)的浮雕結(jié)構(gòu)，形成純相位、具有極高衍射效率的一類衍射光學(xué)元件。

所述平頂光在計(jì)算機(jī)的控制下經(jīng)過振鏡場(chǎng)鏡系統(tǒng)聚焦在鋁化物基板上。

所述鋁化物基板可以是氮化鋁陶瓷基板或氧化鋁陶瓷基板等鋁化物基板，在高溫的激光的作用下產(chǎn)生鋁。

所述步驟2中，所述的金屬可以是銅。

所述步驟2采用電鍍或者化學(xué)鍍。

所述的激光器可以為微秒、納秒、皮秒、飛秒激光器。

所述的激光的波長(zhǎng)范圍最好為100nm～10μm。

所述的激光器的類型可以是固體激光器、碟片激光器或光纖激光器。

此外，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述方法制成的鋁化物基板。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1給出了氮化鋁陶瓷基板激光鍍銅一個(gè)實(shí)施例的步驟圖，如圖1所示，其中1為氮化鋁基板，2為激光掃描表面得到的鋁；3為鋁上電鍍或者化學(xué)鍍得到的銅。其中選擇的基板可以是氮化鋁陶瓷，同時(shí)也可以是氧化鋁或者其他鋁化物，所述的金屬化可以是鍍銅或者鍍上一層其他金屬。

首先：準(zhǔn)備氮化鋁陶瓷基板，將基板放在充滿氬氣的玻璃腔室中。

其次：將需要掃描的圖形輸入電腦，激光選擇為532nm，脈寬為10-100ns。通過二元光學(xué)為基礎(chǔ)的光學(xué)整型元件對(duì)相位調(diào)制，將高斯光束轉(zhuǎn)為平頂光，再通過振鏡場(chǎng)鏡系統(tǒng)匯聚平頂光，聚焦到圖1中氮化鋁基板1上。其中二元光學(xué)是基于光波衍射理論，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，并用各種微細(xì)加工工藝，在片基或者傳統(tǒng)光學(xué)器件表面刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階甚至連續(xù)的浮雕結(jié)構(gòu)，形成純相位、具有極高衍射效率的一類衍射光學(xué)元件。激光產(chǎn)生的超高溫將氮化鋁分解出金屬鋁和氮?dú)猓瑥亩梢垣@得氮化鋁表面特定形狀、尺寸及分布的鋁導(dǎo)線。

通過電腦控制振鏡，可以實(shí)現(xiàn)激光對(duì)氮化鋁基板不同區(qū)域的掃描，在合適的激光能量下得到圖1中鋁2，可以通過控制場(chǎng)鏡焦距、離焦距離來改變鋁的寬度。鋁的寬度在十幾到幾十微米左右，可以直接實(shí)現(xiàn)鋁的圖形化。沒有經(jīng)過激光處理的區(qū)域，基板上不會(huì)生成鋁，因此也不能直接鍍銅，此時(shí)可以通過用電腦控制振鏡掃描的方式直接在氮化鋁基板上實(shí)現(xiàn)金屬鋁的生成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)銅電極的圖形化。最后：通過電鍍或者化學(xué)鍍的方式在鋁3的表面生長(zhǎng)一層銅3，銅3分布在有特定形狀、尺寸的鋁導(dǎo)線上，從而實(shí)現(xiàn)了銅電極的圖形化，同時(shí)得到根據(jù)上述方法制成的鋁化物基板。

圖2為振鏡場(chǎng)鏡系統(tǒng)原理圖，如圖2所示，將通過光學(xué)整形元件得到的平頂光入射到兩個(gè)振鏡上，電腦控制電機(jī)帶動(dòng)反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制激光入射的角度，反射出來的光可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)方向的掃描。這兩個(gè)反射鏡可以分別沿X軸和Y軸方向掃描，從而實(shí)現(xiàn)在整個(gè)平面區(qū)域的掃描。場(chǎng)鏡在不改變光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)特性的前提下，改變平頂光斑的成像位置，場(chǎng)鏡的焦平面就是氮化鋁陶瓷的上表面。最后將得到的具有一定功率密度的平頂光斑聚焦在氮化鋁基板上，聚焦的平頂光斑可以是圓形或矩形。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。