DBCプロセスにおける銅箔の予備酸化に影響を与える要因

DBC は、20 世紀の 70 年代に初めて登場したアルミナ セラミック基板の金属化に基づくプロセスです。銅の酸素含有共晶液体銅をセラミック積層技術で直接使用するものです。その基本原理は、まず予備酸化法によって銅箔に酸素を導入することです。1065〜1083℃の範囲で、銅と酸素がセラミック基板と銅の間のアルミナ結合と化学反応してCu-O共晶液を形成します。ホイル。

DBC プロセス

ダイレクト銅クラッド法で銅箔とセラミック基板を確実に積層するには、銅箔とセラミック基板の間に銅酸素共晶液相の層を形成する必要があり、銅箔とセラミック基板の間に酸素を導入する必要があります。熱酸化は通常、銅に酸素を導入するために DBC プロセスで使用され、非常に薄い (約数ミクロン) 酸化物層を作成します。

銅箔予備酸化フローチャート

この方法では銅箔とAl2O3/AlNセラミック基板の積層を実現できますが、次のような問題があります。

• この方法では酸素雰囲気の制御が非常に難しく、十分なCu2Oを得ることが困難です。形成される酸化物層は多くの場合、CuO と Cu2O の混合物です。DBC プロセスでは、CuO は高温で Cu2O に分解し、酸素を放出し、小さな細孔を形成し、ドレッシングの強度に影響を与えます。
• 第二に、高温酸化銅箔の片面酸化を達成することは難しく、銅箔の反対側の非接着面にさまざまな程度の酸化層が形成され、銅の導電性に影響を与えます。箔は、表面のニッケルめっき性能とチップの溶接強度を低下させ、さらなる還元処理を必要とするため、プロセスが複雑になります。
• 同時に、高温処理後に銅箔の粒子が成長し、後の段階でのチップの溶接性能がさらに低下します。

2. 銅箔の事前酸化層の影響要因。

直接銅めっき技術における銅箔の予備酸化工程では、酸化雰囲気中の酸素量を制御することで酸化生成物の相を制御するとともに、酸化皮膜の厚さを制御する必要があります。国内の学者らは、銅箔の酸化物層の相と厚さに及ぼす前酸化温度と酸素分圧の影響を研究した。

(1) 前酸化温度。

下図は、同条件（酸素分圧500×10-6、時間1h）で前酸化処理後の銅箔の表面酸化物のラマンスペクトルを示しています。 400~800℃前酸化処理、ラマンスペクトルはCu2Oに対応、900℃前酸化処理、ラマンスペクトルはCu2Oに対応、900℃前酸化処理、ラマンスペクトルはCuOに対応。

異なる温度で酸化させた銅箔表面の酸化膜のラマンスペクトル

下図に示すように、400～600℃の範囲では、前酸化温度が600℃を超えると、基本的に温度の上昇に伴って酸化膜の厚さは直線的に増加します。最初の酸化層が酸化プロセスを妨げ、酸化膜の厚さの成長速度が遅くなり始め、酸化速度の決定要因が化学反応機構からイオン拡散機構に変化します。

前酸化温度と酸化膜厚の曲線

(2) 酸素分圧。

下図は、同一条件（温度600℃、時間1h）において、異なる酸素分圧100×10-6～800×10-6）で酸化した銅箔表面酸化膜のローマンスペクトルを示します。銅箔の予備酸化を異なる酸素分圧で行い、100×10-6〜700×10-6の範囲では、銅箔の予備酸化により得られた表面酸化皮膜はCu2Oであった。酸素分圧を800×1-1まで増加させると、銅箔サンプルの表面にCuO相が現れた。

異なる酸素分圧で酸化された銅箔表面の酸化膜のラマンスペクトル

下図は酸素分圧に対する銅箔表面の酸化皮膜の厚さの変化曲線を示しています。酸化膜の厚さは酸素分圧の増加に伴って直線的に増加します。

酸素分圧対酸化膜厚曲線

酸素分圧の増加に伴い、銅箔表面の酸化速度が加速し、酸化皮膜は厚くなり続け、銅箔表面のCu2O皮膜と銅箔表面のCu2O皮膜との熱膨張係数の差により応力が発生します。マトリックスのCuが放出される時間がないため、銅箔表面の酸化膜が発泡して緩み始め、部分的に銅箔の剥離が発生します。文献によれば、通常、界面反応層の厚さは2～6μmの範囲に制御され、熱伝導性と界面接合性の良好な基板が得られるとされている。

酸素分圧の異なる予備酸化後の銅箔表面の酸化皮膜の形態

DBC セラミック基板は実際の用途において多くの利点がありますが、準備プロセス中に共晶温度と酸素含有量を厳密に制御する必要があり、装置とプロセス制御に高い要件が課されます。

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