一種大功率晶閘管的改性鉬基片及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種大功率晶閘管的改性鉬基片及其制備方法。本發明專利技術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。本發明專利技術的改性鉬基片成品具有金屬鉬片與釕鉬合金的結合強度高、重復性好和平整度高等優點。本發明專利技術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處理、釕鉬固溶和退火處理，該制法實施簡便、無環境污染產生，實用可靠。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電子元件加工
，特別涉及一種大功率晶閘管的改性鑰基片及其制備方法。
技術介紹
鑰是一種稀有高熔點金屬，不僅具有強度高，剛度大，抗磨損性能好等良好的機械性能，而且具有與硅相近的膨脹系數及良好的導熱、導電性等物理化學性能，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用于機車牽引及傳動、高壓直流輸電、大電流電源、工業傳動等領域，這些領域對產品的質量要求特別高，因此，提高大功率晶閘管產品質量成為十分迫切的問題。·作為晶閘管硅基片的支撐體的鑰片在高溫下容易氧化，壓降不穩定，嚴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上加熱以提高金屬釕膜與金屬鑰片之間的結合強度，但因沒有擺脫金屬鑰片表面電鍍金屬釕膜的傳統工藝，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合強度，但又存在工藝復雜、難以控制和成品質量難以保障的問題。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保問題。如何克服現有技術的不足已成為當今電子元件加工
亟待解決的關鍵難題之一。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術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，本專利技術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合強度高、重復性好和平整度高等優點，本專利技術提供的改性鑰基片的制法實施簡便、無環境污染產生，實用可靠。根據本專利技術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。本專利技術進一步的優選方案是:所述的釕鑰合金滲層的厚度為0.2 0.5 μ m。根據本專利技術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、無水乙醇進行超聲波各15min清洗后，再進行吹風干燥；步驟二，釕鑰固溶:將完成步驟一表面預處理的金屬鑰片放入離子注入機的真空室中，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氣、退火溫度為650°C 700°C、退火時間為15min 30min。本專利技術與現有技術相比其顯著優點在于:一是本專利技術的改性鑰基片是在金屬釕離子與在金屬鑰片表面發生固溶，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合強度高，附著性好，粘附不破裂和不剝落，徹底解決了傳統的電鍍釕膜覆層與金屬鑰片基體結合不牢靠的問題。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。四是本專利技術的制備方法具有成品率高、重復性好等優點，且無污染環境，符合環保要求。具體實施例方式下面結合實施例對本專利技術的具體實施方式作進一步的詳細說明。根據本專利技術提出的一種大功 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。本專利技術的改性鑰基片的制備方法包括如下步驟: 步驟一，表面預處理: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、無水乙醇進行超聲波各15min清洗后，再進行吹風干燥； 步驟二，釕鑰固溶:將完成步驟一表面預處理的金屬鑰片放入離子注入機的真空室中，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氣、退火溫度為650°C 700°C、退火時間為15min 30min。實施例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、無水乙醇進行超聲波清洗各15min后，吹風干燥，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處理的金屬鑰片放入離子注入機的真空室中，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要求。實施例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、無水乙醇進行超聲波清洗各15min后，吹風干燥，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處理的金屬鑰片放入離子注入機的真空室中，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，加速電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳玉萍，高文文，李改葉，郭文敏，王博，洪晟，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：