本发明涉及电子封装材料，尤其涉及一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法。
背景技术：
1、电子封装工艺包括芯片贴装、电气互连和壳体封装。对于电子封装而言，封装基板起着提供电连接、机械支撑和连接内外散热通道的关键作用。常用的电子封装基板材料主要有：有机高分子、金属及金属基复合材料和陶瓷三大类。陶瓷基板因具有热导率高、耐高温性好、热膨胀系数低、机械强度高等特点，广泛应用于航天航空、探测照明、高温传感等各个领域。
2、对于半导体功率器件而言，工作中内部产生的热量是通过基板散热到环境的，所以基板的机械性能、电气性能和散热性能对于半导体器件可靠性至关重要。中国专利申请号202410675590.1公开了一种芯片封装用氮化铝陶瓷的制备方法，制备方法包括如下步骤：按照重量份计，将90-100份氮化铝瓷粉、5-6份粘结剂、4-5份烧结助剂、0.6-0.8份流平剂、0.05-0.06份流变助剂、0.2-0.3份消泡剂和40-50份溶剂经湿法球磨混合，经过流延、切片，制备得到生瓷片，经过排胶后烧结，得到一种芯片封装用氮化铝陶瓷。为制备出高热导率的氮化铝陶瓷，通过加入烧结助剂稀土金属氧化物和粘结剂氨基硅烷偶联剂处理的al4sic4粉体提高材料的致密度；尽量避免氧原子溶入氮化铝的晶格中，使得制备的氮化铝陶瓷同时具备热导率高和抗折强度高的优点。但是该芯片封装用氮化铝陶瓷不具备三维腔体结构，无法防止外界湿气、有害气体或灰尘等对芯片造成侵蚀和损害。
3、中国专利申请号202110746310.8公开了一种氮化硅基陶瓷焊接密封元器件及其制备方法，氮化硅基陶瓷焊接密封元器件，包括氮化硅陶瓷基体和金属化层，其中氮化硅陶瓷基体用改性氮化硅、莫来石纤维、氮化铝、氧化钙、氧化钛、粘结剂和分散剂原料，经改性氮化硅制备、混料、造粒、一次烧结和二次烧结等步骤而制成；金属化层原料包括铜粉、钨粉、氧化铜、氧化钇、氧化锌和有机结合剂；焊接密封元器件的制备方法具体包括以下步骤：s1、将氮化硅陶瓷基体表面用无水乙醇进行超声清洗，然后将金属化膏采用丝网印刷的方法均匀地涂覆在陶瓷基体两端的表面，其中金属化膏的印刷厚度为30-50μm；s2、将上述制备的涂覆有金属化膏的陶瓷基体在真空或惰性气体保护下烧结，烧结温度为1300-1500℃，烧结保温时间为60-90min，即得氮化硅基陶瓷焊接密封元器件。该发明提供的氮化硅基陶瓷焊接密封元器件，提高了氮化硅陶瓷基体的致密度，具有优异的强度、硬度和断裂韧性，增大了密封件的抗拉强度，具有优异的耐高温性能。该氮化硅基陶瓷焊接密封元器件制备工艺是采用丝网印刷技术，先将金属化膏涂覆在陶瓷基板上再高温烧结，但丝网印刷不能保证图形精度，无法满足对线路层精度要求高的场合。
技术实现思路
1、因此，针对上述的问题，本发明提供一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，解决现有技术制备的陶瓷基板气密性较差、热稳定性不佳以及可靠性低、金属线路层精度低的问题。
2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
3、一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、aln陶瓷基片的制备：按照aln、ce2o3以及cef3的质量分数比为96-98wt％：1-3wt％：1wt％的比例，混合均匀，获得第一混合物，按照第一混合物和无水乙醇的固液比为1:1-1.5的比例，球磨混合5-6h，75℃下干燥10-12h，过100-200目的筛，在n2氛围下，设置压力为30-35mpa，以10℃/min的升温速率升高温度至1700-1800℃，热压烧结3-5h，再以5℃/min的降温速率冷却至室温，获得所述aln陶瓷基片；
5、s2、aln陶瓷基板的制备：用激光在上述aln陶瓷基片上打孔，形成第一通孔，然后在所述aln陶瓷基片表面和通孔内壁溅射种子层，完成孔壁金属化，光刻显影形成金属线路层，采用电镀工艺将所述金属线路层增厚至50-80μm，然后通过化学镀、去膜以及刻蚀工艺，获得所述aln陶瓷基板；
6、s3、围坝基板的制备：在紫铜板上进行激光打孔，形成第二通孔，然后进行线切割处理，获得所述围坝基板；
7、s4、预处理工艺：将所述aln陶瓷基板和围坝基板依次进行除油、微蚀以及酸浸处理，烘干，完成所述预处理工艺；
8、s5、三维氮化铝陶瓷基板：采用电镀键合工艺，在电镀槽中加入镀液，使所述aln陶瓷基片和围坝基板连接成整体，获得所述芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板。
9、进一步的，所述aln陶瓷基片的厚度为0.5-1mm。
10、进一步的，所述紫铜板的厚度为1-3mm。
11、进一步的，所述第一通孔及第二通孔的直径均为100-120μm。
12、进一步的，所述线切割处理为采用n2为切割气体，切割速度为6-8m/min，切割气压为1-1.5mpa，切割功率为2500-3000w，切割频率为4500-5000hz。
13、进一步的，所述围坝基板的高度为700-1000μm。
14、进一步的，所述除油处理为：将所述aln陶瓷基板和围坝基板在浓度为5-8％的h2so4溶液中超声处理5-10min后水洗；所述微蚀处理为：将所述aln陶瓷基板和围坝基板在微蚀液中超声处理5-10min后水洗，所述微蚀液为固液比为8:3-5的na2s2o8和98％浓硫酸的混合液；所述酸浸处理为：将所述aln陶瓷基板和围坝基板在浓度为5-8％的h2so4溶液中超声处理5-10min后水洗。
15、进一步的，所述电镀键合工艺为：在所述aln陶瓷基板下表面和围坝基板上表面贴干膜，露出待电镀区域，然后将所述aln陶瓷基板和围坝基板对准夹紧固定后放入电镀槽中，通电进行电镀，电镀结束后取出，去除干膜。
16、进一步的，所述镀液包括以下重量份的原料：100-120份cuso4、50-60份h2so4、50-60份nacl、1-5份加速剂、1-5份抑制剂以及1-5份整平剂；所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠以及3-巯基-1-丙烷磺酸钠中的任意一种；所述抑制剂为聚乙二醇、聚丙二醇以及脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种；所述整平剂为氯化硝基四氮唑蓝。
17、通过采用前述技术方案，本发明的有益效果为：
18、1、采用热压烧结法制备的aln陶瓷基板作为基底，具有热导率高、耐高温性好、热膨胀系数低、机械强度高的优点，热导性能达到190w/m-1·k-1，相较于其他陶瓷基板，aln陶瓷基板的膨胀系数与硅随温度变化趋势极为相似，更适合应用在芯片封装领域；且平面的aln陶瓷基板具有金属线路层精度高、金属线路层厚度可控以及能够与围坝基板垂直互连的特点；
19、2、陶瓷基板硬度和脆性较大，采用传统机械钻孔方式易损坏基板，采用激光打孔技术，避免损坏基板；
20、3、采用紫铜作为围坝基板的原料，具有纯度高、导热性能良好、耐腐蚀且成本低的优点；
21、4、采用电镀键合工艺将aln陶瓷基板和紫铜围坝基板连接成整体，通过三个简单步骤即可完成，首先将aln陶瓷基片和紫铜板通过微加工形成aln陶瓷基板和围坝基板，然后两块基板对对准夹紧固定，最后浸入电镀液中，在阴阳两极施加电流，电镀完成即可获得；且采用电镀键合工艺封装连接时不容易污染线路层，封装芯片结合强度高；
22、5、电镀键合形成具有腔体结构的三维陶瓷基板，对光电芯片进行封装时，气密性好，能够杜绝外界因素干扰，为芯片提供稳定的工作环境，提高器件可靠性和寿命，满足高精度、高可靠器件气密封装需求；
23、6、将aln陶瓷基板和围坝基板依次进行除油、微蚀以及酸浸处理，除油工艺能够去除基板粘附的油脂性物质；微蚀工艺能够去除基板表面铜氧化物，并且微蚀表面后可增大电镀铜层与基板间的结合强度；酸浸工艺可去除基板残留的废液，避免影响基础镀液和添加剂镀液成分。
1.一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述aln陶瓷基片的厚度为0.5-1mm。
3.根据权利要求1所述的一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述紫铜板的厚度为1-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述第一通孔及第二通孔的直径均为100-120μm。
5.根据权利要求1所述的一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述线切割处理为采用n2为切割气体，切割速度为6-8m/min，切割气压为1-1.5mpa，切割功率为2500-3000，切割频率为4500-5000hz。
6.根据权利要求1所述的一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述围坝基板的高度为700-1000μm。
7.根据权利要求1所述的一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述除油处理为：将所述aln陶瓷基板和围坝基板在浓度为5-8％的h2so4溶液中超声处理5-10min后水洗；所述微蚀处理为：将所述aln陶瓷基板和围坝基板在微蚀液中超声处理5-10min后水洗，所述微蚀液为固液比为8:3-5的na2s2o8和98％浓硫酸的混合液；所述酸浸处理为：将所述aln陶瓷基板和围坝基板在浓度为5-8％的h2so4溶液中超声处理5-10min后水洗。
8.根据权利要求1所述的一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述电镀键合工艺为：在所述aln陶瓷基板下表面和围坝基板上表面贴干膜，露出待电镀区域，然后将所述aln陶瓷基板和围坝基板对准夹紧固定后放入电镀槽中，通电进行电镀，电镀结束后取出，去除干膜。
9.根据权利要求1所述的一种芯片封装用三维氮化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述镀液包括以下重量份的原料：100-120份cuso4、50-60份h2so4、50-60份nacl、1-5份加速剂、1-5份抑制剂以及1-5份整平剂；所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠以及3-巯基-1-丙烷磺酸钠中的任意一种；所述抑制剂为聚乙二醇、聚丙二醇以及脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种；所述整平剂为氯化硝基四氮唑蓝。
