[發(fā)明專利]一種表面金屬化陶瓷及其制造方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 200910083280.6 | 申請日： | 2009-04-30 |
| 公開（公告）號： | CN101538171A | 公開（公告）日： | 2009-09-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 寧曉山;李國才;王波;李莎 | 申請（專利權(quán)）人： | 清華大學(xué) |
| 主分類號： | C04B41/88 | 分類號： | C04B41/88 |
| 代理公司： | 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 | 代理人： | 關(guān) 暢 |
| 地址： | 10008*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 表面 金屬化 陶瓷 及其 制造 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種表面金屬化陶瓷及其制造方法。
背景技術(shù)
陶瓷具有良好的導(dǎo)熱和絕緣性能，是一種良好的封裝材料。使用時一般需要對 陶瓷進(jìn)行表面金屬化處理，以制作電路或焊接電子零部件。傳統(tǒng)的表面金屬化方法 有貴金屬漿料燒結(jié)法、Mo-Mn法、DBC法和活性金屬釬焊法。其中貴金屬漿料燒結(jié) 法是將貴金屬粉末如銀粉和玻璃粉混合再添加粘結(jié)劑等，配制成漿料，涂覆在陶瓷 表面，然后在900℃左右燒結(jié)形成表面貴金屬層；Mo-Mn法是將鉬粉與氧化錳粉混 合配制成漿料，涂覆在陶瓷表面，然后在1500℃燒結(jié)形成表面金屬鉬層；DBC法是 將含氧銅或者表面氧化后的無氧銅板與陶瓷板疊層，然后在惰性氣氛中加熱到1070 ℃左右，在銅材表面形成Cu-Cu2O共晶熔液，利用此熔液作為焊料將陶瓷與銅材連 接在一起；活性金屬釬焊法是將銀、銅、鈦粉等配制成漿料，涂覆在陶瓷表面，然 后疊加銅材，在真空中加熱到850℃左右，使銀-銅-鈦釬焊料熔化，將陶瓷與銅板 釬焊在一起。貴金屬漿料燒結(jié)法和Mo-Mn法形成的金屬層比較薄，主要用于CPU 等弱電器件封裝；而DBC法和活性金屬釬焊法可形成較厚的銅導(dǎo)電層，主要用于電 力電子器件，如IGBT模塊的封裝。
鋁是一種良好的導(dǎo)電材料，廣泛用于集成電路布線。此外，鋁的屈服強(qiáng)度較低， 用鋁替代銅可以降低表面金屬化陶瓷板內(nèi)部的熱應(yīng)力，提高其抗熱沖擊性能。但是 由于鋁的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，其與氧的平衡分壓在1000℃以下的溫度范圍內(nèi)小于 10-40Pa，即使目前可獲得的最高真空也無法阻止鋁氧化。受鋁表面原生氧化膜的影 響，鋁和陶瓷的潤濕性較差；連接體陶瓷和鋁的界面處存在著鋁的非晶態(tài)的氧化物 夾雜，產(chǎn)生大量的宏觀未連接缺陷，連接體的力學(xué)性能變動大[X.S.Ning，T. Okamoto，Y.Miyamoto，A.Koreeda，K.Suganuma，and?S.Goda，Bond?strength and?interfacial?structure?of?silicon?nitride?joints?brazed?with aluminium-silicon?and?aluminium-magnesium?alloys，Journal?of?Materials Science，26卷(1991年)2050-2054頁；E.Saiz；A.P.Tomsia；K.Sugamuma， Wetting?and?strength?issues?at?Al/α-alumina?interfaces，J.European?Ceramic Society?23(2003)2787-2796]，影響其實際應(yīng)用。為了消除鋁表面氧化膜的影響， 寧曉山等人發(fā)明了界面無氧化連接方法[X.S.Ning，C.Nagata，M.Sakuraba，T. Tanaka，K.Suganuma，M.Kimura；Chinese?Patent?No.68064，US?Patent?No. 5965193，Korean?Patent?No.201887，Jpn?Patent?No.2918191，DE69529185T2， EU0676800B1]。該方法的特點是將陶瓷板插入鋁熔液中移動以除去鋁表面的氧化 膜，使陶瓷表面被鋁熔液潤濕，然后通過鑄造的方法將鋁熔液鑄接在陶瓷板之上。 采用該方法可以實現(xiàn)陶瓷與鋁的高性能連接，用此方法生產(chǎn)的陶瓷覆鋁基板具有優(yōu) 異的抗熱沖擊性能[X.S.Ning，M.Kimura，M.Sakuraba，C.Nagata，Jpn?Patent No.3430348；US?Patent?No.6183875]，已經(jīng)用于混合動力汽車用IGBT模塊的封 裝。但是上述方法也存在缺陷，即制備薄膜、特別是厚度小于0.1mm的薄膜比較困 難。這是由于該方法使用鑄型，而鑄型必須選取與鋁不反應(yīng)、不潤濕的材料，如果 鑄型間隙過小，則鋁液無法進(jìn)入鑄型，所以不能制造出薄膜。
發(fā)明內(nèi)容
眾所周知，運(yùn)動物體可以帶動周邊的流體運(yùn)動。根據(jù)界面非滑移動量傳輸理論， 在流體中運(yùn)動的物體所拖動的流體(動量邊界層)的厚度(δ)與相對運(yùn)動速度(V) 及流體的粘度(η)之間存在下列關(guān)系[D.R.Poirier?and?G.H.Geiger，《Transport Transport?Phenomena?in?Material?Processing》，TMS，(1994)：P62-67]：
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