[发明专利]一种有铜材料组件封装外壳的分段式除氢方法

说明书

本发明公开一种有铜材料组件封装外壳的分段式除氢方法，具体包括：镀前烘烤工艺段、镀中烘烤工艺段以及镀后烘烤工艺段。本发明所制定的三个工艺段分别有针对性的对材料当中和施镀过程中引入的氢进行了去除，能达到良好的效果。采用本发明的分段式除氢工艺参数，能将含铜组件管壳氢含量严格控制在2000ppm以下，并且对镀层可焊性影响很小。本发明适用于各类含铜组件外壳，可操作性强，且兼顾了氢含量和外壳可焊性要求，具有很高实际价值。

技术领域

本发明是一种有铜材料组件封装外壳的分段式除氢方法，主要用于含有铜材料组件封装外壳的氢含量控制，属于封装外壳材料处理技术领域。

背景技术

铜材料，如钨铜、钼铜、无氧铜等各种铜及其合金，在封装外壳制造当中有十分重要的作用：其熔点高、可加工性好、导热性能十分优良，往往用做底座、热沉等重要导热组件镶嵌在各类功率较大器件的外壳上。

但是铜材料一般对氢和氧都表现出一定的敏感性，典型的是产生“氢病”：Cu₂O+H₂←→2Cu+H₂O，铜中扩散氢与氧化亚铜或者氧反应产生的水蒸气分子变大无法溢出产生高压，导致形成微孔和裂纹等，最终可能导致破坏失效。在微电子封装领域，对氢又体现出别样的敏感性：如氢造成GaAs器件的漏电流变化和功能损失、一些半导体材料的氢化和失效、造成压电效应和阈值电压漂移等。所以，含铜组件封装外壳的氢含量控制是十分必要的，目前一些标准较高的装备制造中可能要求含铜组件封装外壳密封后检测的氢含量在2000ppm以下。

此类外壳的氢含量来源有：材料在制造过程中引入的氢（如某些铜合金采用氢气气氛下烧结制备）、储存运输等过程中的锈蚀等引入的氢、装配钎焊过程中采用氢保护气氛引入的氢以及电镀物理化学过程引入的氢等，这些过程是不可能完全避免的。且铜材料本身对氢的溶解性能相对一般的铁合金都要强，有些还表现出很强的吸附性，所以其含氢量一般较高，且去除困难。此外，在外壳制造中，往往最后需要镀Ni和Au层，若镀层存在情况下长时间烘烤，则会导致其可焊性大大下降影响后续装配，而封装本身的要求需要氢含量低的同时管壳可焊性也好，是很困难的。

发明内容

本发明是一种有铜材料组件封装外壳的分段式除氢方法，其目的在于：

(1) 通过特殊的分段工艺实现含铜组件外壳的氢含量控制（2000ppm以下）；

(2) 保证含铜材料氢含量满足要求的同时尽量降低除氢工艺对可焊性的损害；

(3) 提供一种需镀覆的铜材料氢含量控制的通用方法。

本发明的技术解决方案，一种分段式的除氢方法，具体包括：镀前烘烤工艺段、镀中烘烤工艺段以及镀后烘烤工艺段；

所述的镀前烘烤工艺段，具体工艺为：

1) 在高纯氮气（99.9%以上）气氛的真空钎焊炉或者高真空（5×10^-2Pa以下）钎焊炉或同等效果的炉子中进行；

2) 镀前烘烤段在铜底座等组件钎焊镶嵌完成后最终电镀前进行；

3) 若采用高真空气氛，则抽真空至10^-1Pa以下即可开始加热，若采用纯氮气氛，则先抽至10Pa以下，通入高纯氮气至50MPa，复抽至10Pa以下，循环操作两次完成洗炉后，再通氮气至70 MPa以上后开始加热；

4) 若采用氮气气氛，氮气气压设定在(实际气压+3MPa)～(实际气压+10MPa)范围，通过氮气阀和排气阀反复充放氮气带走部分溢出氢气；

5) 烘烤工艺特征为：升温速率10℃/min，升温至300℃保温10min后，再用5℃/min的速率升至355℃，保温42h，随炉冷却至60℃以下后取出式样；

所述的镀中烘烤工艺段，具体为：