專利名稱：一種大功率晶閘管的改性鉬基片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子元件加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大功率晶閘管的改性鑰基片及其制備方法。
背景技術(shù)：
鑰是一種稀有高熔點(diǎn)金屬，不僅具有強(qiáng)度高，剛度大，抗磨損性能好等良好的機(jī)械性能，而且具有與硅相近的膨脹系數(shù)及良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性等物理化學(xué)性能，故常被用作晶閘管硅基片的支撐體——鑰片，起著散熱、保護(hù)芯片正常工作和提高電子元件使用壽命等作用。目前，大功率晶閘管被廣泛的應(yīng)用于機(jī)車牽引及傳動、高壓直流輸電、大電流電源、工業(yè)傳動等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的質(zhì)量要求特別高，因此，提高大功率晶閘管產(chǎn)品質(zhì)量成為十分迫切的問題。
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作為晶閘管硅基片的支撐體的鑰片在高溫下容易氧化，壓降不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了芯片的正常工作。為了克服這一缺陷，通常采用的方法有:一是在金屬鑰片表面鍍覆金屬釕膜，但存在金屬釕膜鍍覆層與金屬鑰片基體之間結(jié)合不牢、長期使用易起皮掉落和鍍覆層使用壽命較短等問題；二是在金屬鑰片表面鍍覆金屬釕膜的基礎(chǔ)上加熱以提高金屬釕膜與金屬鑰片之間的結(jié)合強(qiáng)度，但因沒有擺脫金屬鑰片表面電鍍金屬釕膜的傳統(tǒng)工藝，所以還不能從根本上解決金屬釕膜鍍覆層與金屬鑰片基體之間結(jié)合不牢的問題；三是在金屬鑰片表面鍍覆多層金屬釕膜來提高金屬釕膜與金屬鑰片之間的結(jié)合強(qiáng)度，但又存在工藝復(fù)雜、難以控制和成品質(zhì)量難以保障的問題。此外，常用的電鍍金屬釕膜的方法還存在電鍍廢液難以處理的環(huán)保問題。如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為當(dāng)今電子元件加工技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種大功率晶閘管的改性鑰基片及其制備方法，本發(fā)明提供大功率晶閘管的改性鑰基片具有金屬鑰片與釕鑰合金的結(jié)合強(qiáng)度高、重復(fù)性好和平整度高等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供的改性鑰基片的制法實(shí)施簡便、無環(huán)境污染產(chǎn)生，實(shí)用可靠。根據(jù)本發(fā)明提出的一種大功率晶閘管的改性鑰基片，包括平面度<5 μ m、平行度彡10 μ m和表面粗糙度Ra彡0.3 μ m的金屬鑰片，其特征在于用純度大于99.0%的金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述的釕鑰合金滲層的厚度為0.2 0.5 μ m。根據(jù)本發(fā)明提出的一種大功率晶閘管的改性鑰基片的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
步驟一，表面預(yù)處理:采用平面度彡5 μ m、平行度彡IOym和表面粗糙度Ra彡0.3 μ m的鑰片，分別用丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲波各15min清洗后，再進(jìn)行吹風(fēng)干燥；步驟二，釕鑰固溶:將完成步驟一表面預(yù)處理的金屬鑰片放入離子注入機(jī)的真空室中，然后注入純度大于99.0%的金屬釕離子源，由該金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層，該真空室中的真空度< 8 X 10_3pa,加速電壓為30kv 80kv,金屬釕離子束的入射角度為0° 45°，金屬釕離子源注入劑量為0.5X1017 lX1017ions/cm2，金屬釕離子束流密度為15 μ A 30 μ A ;
步驟三，退火處理:對完成步驟二釕鑰固溶后的金屬鑰片進(jìn)行退火處理，而制得大功率晶閘管的改性鑰基片成品，該退火處理采用氬氣為退火保護(hù)氣、退火溫度為650°C 700°C、退火時間為15min 30min。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)在于:一是本發(fā)明的改性鑰基片是在金屬釕離子與在金屬鑰片表面發(fā)生固溶，由此形成一層厚度為0.2 0.5 μ m的釕鑰合金滲層，該釕鑰合金滲層與金屬鑰片基體之間無界面。二是釕鑰合金滲層與金屬鑰片基體之間結(jié)合強(qiáng)度高，附著性好，粘附不破裂和不剝落，徹底解決了傳統(tǒng)的電鍍釕膜覆層與金屬鑰片基體結(jié)合不牢靠的問題。三是改性后的鑰基片表面無變形，能夠保持原有金屬鑰片尺寸精度和表面粗糙度，即平面度彡5 μ m、平行度彡IOym和表面粗糙度Ra彡0.3 μ m。四是本發(fā)明的制備方法具有成品率高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，且無污染環(huán)境，符合環(huán)保要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。根據(jù)本發(fā)明提出的一種大功 率晶閘管的改性鑰基片，是采用純度大于99.0%的金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層而制得。本發(fā)明的改性鑰基片的制備方法包括如下步驟:
步驟一，表面預(yù)處理:采用平面度彡5 μ m、平行度彡IOym和表面粗糙度Ra彡0.3 μ m的鑰片，分別用丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲波各15min清洗后，再進(jìn)行吹風(fēng)干燥；
步驟二，釕鑰固溶:將完成步驟一表面預(yù)處理的金屬鑰片放入離子注入機(jī)的真空室中，然后注入純度大于99.0%的金屬釕離子源，由該金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層，該真空室中的真空度< 8 X 10_3pa,加速電壓為30kv 80kv,金屬釕離子束的入射角度為0° 45°，金屬釕離子源注入劑量為0.5X1017 lX1017ions/cm2，金屬釕離子束流密度為15μΑ 30μΑ ;該真空室中的最佳工藝條件是:真空度為4X10_3pa、加速電壓為50kv、金屬釕離子束的入射角度30°、金屬釕離子源注入劑量為
0.8 X 1017ions/cm2和金屬釕離子束流密度為20 μ A ;
步驟三，退火處理:對完成步驟二釕鑰固溶的金屬鑰片進(jìn)行退火處理，而制得大功率晶閘管的改性鑰基片成品，該退火處理采用氬氣為退火保護(hù)氣、退火溫度為650°C 700°C、退火時間為15min 30min。實(shí)施例1，以制得5英寸圓形大功率晶閘管的改性鑰基片為例，具體步驟如下: 步驟一，表面預(yù)處理:采用平面度4 μ m、平行度10 μ m和表面粗糙度0.3 μ m，直徑為5
英寸的圓形金屬鑰片分別用丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲波清洗各15min后，吹風(fēng)干燥，以備與金屬釕尚子固溶；
步驟二，釕鑰固溶:將完成步驟一表面預(yù)處理的金屬鑰片放入離子注入機(jī)的真空室中，然后注入純度為99.0%的金屬釕離子源，由該金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層，該真空室中的真空度4X10_3pa，加速電壓為30kv，金屬釕離子束的入射角度為O °，金屬釕離子源注入劑量為0.5X1017ionS/cm2，金屬釕離子束流密度為15μ A ；
步驟三，退火處理:對完成步驟二釕鑰固溶后的金屬鑰片進(jìn)行退火處理，而制得大功率晶閘管的改性鑰基片成品，該退火處理采用氬氣作為退火保護(hù)氣、退火溫度為650°C、退火時間為15min。改性鑰基片成品檢測:測得該釕鑰合金滲層厚度0.2 μ m，釕鑰合金滲層與金屬鑰片基體之間無界面，退火處理后金屬鑰片保持原有的尺寸精度，平面度< 5 μ m、平行度^ IOym和表面粗糙度Ra彡0.3 μ m，滿足大功率晶閘管用金屬鑰片的技術(shù)要求。實(shí)施例2，以制得6英寸圓形大功率晶閘管的改性鑰基片為例，具體步驟如下: 步驟一，表面預(yù)處理:采用平面度4 μ m、平行度10 μ m和表面粗糙度0.3 μ m，直徑為6
英寸的圓形金屬鑰片分別用丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲波清洗各15min后，吹風(fēng)干燥，以備與金屬釕尚子固溶；
步驟二，釕鑰固溶:將完成步驟一表面預(yù)處理的金屬鑰片放入離子注入機(jī)的真空室中，然后注入純度為99.5%的金屬釕離子源，由該金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層，該真空室中的真空度為4X10_3pa，加速電壓為50kv，金屬釕離子束的入射角度為30°，金屬釕離子源注入劑量為0.8X1017ionS/Cm2，金屬釕離子束流密度20 μ A ；
步驟三，退火處理:對完成步驟二釕鑰固溶后的金屬鑰片進(jìn)行退火處理，而制得大功率晶閘管的改性鑰基片成品，該退火處理采用氬氣作為退火保護(hù)氣、退火溫度為675°C、退火時間為20min。改性鑰基片成品檢測:測得該釕鑰合金滲層厚度0.35 μ m,釕鑰合金滲層與金屬鑰片基體之間無界面，退火處理后金屬鑰片保持原有的尺寸精度，平面度< 5 μ m、平行度(IOym和表面粗糙度Ra彡0.3 μ m，滿足大功率晶閘管用金屬鑰片的技術(shù)要求。實(shí)施例3，以制得4英寸圓形大功率晶閘管的改性鑰基片為例，具體步驟如下: 步驟一，表面預(yù)處理:采用平面度4 μ m、平行度9 μ m和表面粗糙度0.25 μ m,直徑為4
英寸的圓形金屬鑰片分別用丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲波清洗各15min后，吹風(fēng)干燥，以備與金屬釕尚子固溶；
步驟二，釕鑰固溶:將完成步驟一表面預(yù)處理的金屬鑰片放入離子注入機(jī)的真空室中，然后注入純度為99.9%的金屬釕離子源，由該金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層，該真空室中的真空度為4X10_3pa，加速電壓為80kv，金屬釕離子束的入射角度為45°，金屬釕離子源注入劑量為lX1017ionS/cm2，金屬釕離子束流密度為30 μ A ；
步驟三，退火處理:對完成步驟二釕鑰固溶后的金屬鑰片進(jìn)行退火處理，而制得大功率晶閘管的改性鑰基片成品，該退火處理采用氬氣作為退火保護(hù)氣、退火溫度為700°C、退火時間為30min。改性鑰基片成品檢測:測得該釕鑰 合金滲層厚度0.5 μ m，釕鑰合金滲層與金屬鑰片基體之間無界面，退火處理后金屬鑰片保持原有的尺寸精度，平面度< 5 μ m、平行度≤10 μ m和表面粗糙度Ra≤0.3 μ m，滿足大功率晶閘管用金屬鑰片的技術(shù)要求。以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在本技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何等同變化或等效的改動，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大功率晶閘管的改性鑰基片，包括平面度< 5μπι、平行度< IOym和表面粗糙度Ra < 0.3 μ m的金屬鑰片,其特征在于用純度大于99.0%的金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性鑰基片，其特征在于釕合金滲層的厚度為0.2 ·0.5 μ m0
3.如權(quán)利要求1或2所述的大功率晶閘管的改性鑰基片的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一，表面預(yù)處理:采用平面度彡5 μ m、平行度彡10 μ m和表面粗糙度Ra彡0.3 μ m的金屬鑰片，分別用丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲波各15min清洗后，再進(jìn)行吹風(fēng)干燥； 步驟二，釕鑰固溶:將完成步驟一表面預(yù)處理的金屬鑰片放入離子注入機(jī)的真空室中，然后注入純度大于99.0%的金屬釕離子源，由該金屬釕離子與金屬鑰片固溶，在金屬鑰片表面形成釕鑰合金滲層，該真空室中的真空度< 8 X 10_3pa,加速電壓為30kv 80kv,金屬釕離子束的入射角度為0° 45°，金屬釕離子源注入劑量為0.5X1017 lX1017ions/cm2，金屬釕離子束流密度為15 μ A 30 μ A ; 步驟三，退火處理:對完 成步驟二釕鑰固溶后的金屬鑰片進(jìn)行退火處理，而制得大功率晶閘管的改性鑰基片成品，該退火處理采用氬氣為退火保護(hù)氣、退火溫度為650°C 700°C、退火時間為15min 30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率晶閘管的改性鑰基片的制備方法，其特征在于步驟二的釕鑰固溶中，該真空室中的真空度為4X 10_3pa、加速電壓為50kv、金屬釕離子束的入射角度為30°、金屬釕離子源注入劑量為0.8X1017ionS/cm2和金屬釕離子束流密度為·20 μ A。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大功率晶閘管的改性鉬基片及其制備方法。本發(fā)明提出的一種大功率晶閘管的改性鉬基片，包括平面度≤5μm、平行度≤10μm和表面粗糙度Ra≤0.3μm的金屬鉬片，其特征在于用純度大于99.0%的金屬釕離子與金屬鉬片固溶，在金屬鉬片表面形成釕鉬合金滲層。本發(fā)明的改性鉬基片成品具有金屬鉬片與釕鉬合金的結(jié)合強(qiáng)度高、重復(fù)性好和平整度高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提出的一種大功率晶閘管的改性鉬基片的制備方法，具體步驟包括表面預(yù)處理、釕鉬固溶和退火處理，該制法實(shí)施簡便、無環(huán)境污染產(chǎn)生，實(shí)用可靠。
文檔編號C23C14/48GK103194723SQ20131007850
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者吳玉萍, 高文文, 李改葉, 郭文敏, 王博, 洪晟 申請人:河海大學(xué)