[發明專利]連接表面鍍覆有薄膜金屬層的AlN陶瓷和SiC/Al復合材料的方法

無效

• 申請號: 201010520717.0
• 申請日: 2010-10-20
• 公開（公告）號: CN102009240A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 曲選輝;秦明禮;鐘小婧;王英賢;張懷龍;吳茂
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/20;B23K35/30
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明涉及電子封裝材料及封裝技術領域，提供了一種連接氮化鋁陶瓷(AlN)與碳化硅鋁基復合材料(SiC/Al)的方法。

背景技術

AlN陶瓷具有高熱導率、低的介電常數和介電損耗、優異的力學性能和電絕緣性、無毒以及與Si相匹配的熱膨脹系數等特點，被認為是新一代高功率電子器件陶瓷基片和封裝的首選材料，在微電子領域的應用前景十分廣闊。SiC/Al復合材料熱導率高，密度低，熱膨脹系數可通過控制碳化硅的體積分數調節，被認為是取代傳統封裝材料如可伐合金、鎢銅、鉬銅等的理想材料，在電子領域獲得了越米越廣泛的應用。為了使AlN和SiC/Al同時用于電子封裝領域，有時需要將這兩種材料的相互連接使用。

活性釬焊連接法是目前研究較多的用于連接AlN與其他材料的方法，主要利用釬料中的鈦(Ti)、鋯(Zr)等活性元素，與AlN表面發生反應來實現連接。但是一般這種焊料的熔點較高，釬焊溫度通常在Al的熔點以上，因此，不適宜連接AlN和Al基復合材料。因此，需要研究一種既能很好的連接AlN和SiC/Al，又不影響到母材性能的方法。

發明內容

本發明目的在于提供一種連接表面鍍覆有薄膜金屬層的AlN陶瓷和SiC/Al復合材料的方法。本發明采用釬焊連接方法，能夠在低于600℃的溫度下實現兩種材料的釬焊，釬焊溫度在母材中鋁的熔點以下，不影響母材的性能。

一種連接表面鍍覆有薄膜金屬層的AlN陶瓷和SiC/Al復合材料的方法，包括以下步驟：

(1)使用的AlN陶瓷和SiC/Al復合材料均已表面鍍覆1～10μm的薄膜金屬層，焊料為Al-Ag-Cu共晶焊料；

(2)，AlN陶瓷、SiC/Al以及焊料清洗干凈后，將焊料放入氟化物助焊劑中浸泡3～5秒；

(3)然后將浸泡后的Al-Ag-Cu焊料薄片，置于AlN陶瓷和SiC/Al復合材料焊接面之間，并加一小塊壓塊，使焊料與母材之間充分接觸；

(4)將上述準備好的材料放入釬焊爐；將釬焊爐通入保護性氣體，在保護性氣體條件下進行釬焊，釬焊程序為直線或階梯升溫至560～600℃，在溫度為560～600℃的保護性氣氛中保溫3～30分鐘，再隨爐或階梯冷卻至室溫。

所述AlN陶瓷和SiC/Al復合材料表面需要先進行薄膜金屬化，即鍍鎳。

所述使用的焊料為40Al-40.7Ag-19.3Cu共晶焊料。

所述步驟(4)中的釬焊程序為：以10℃/min的速率升溫至560～600℃，隨爐冷卻至室溫或將升溫程序設置為300℃保溫3min，400℃保溫3min，550℃保溫3min，560～600℃保溫5min。冷卻程序為快速冷卻至500℃，接著緩慢冷卻至室溫。

本發明的特點在于實現了SiC/Al和AlN在500～600℃這個溫度階段的釬焊，不影響母材的基本性能，釬焊接頭剪切強度達到100MPa以上，氣密性為1.0×10^-11Pa·m³/s，均達到國家標準。

具體實施方式

實施實例1：將Al-Ag-Cu焊料薄片打磨光滑平整到0.1mm，使用丙酮溶液清洗干凈并在氟化物釬劑中浸泡5秒，然后置于AlN和SiCp/Al的焊接面之間，并加一小塊壓塊，使焊料與母材之間充分接觸，將以上準備好的材料放入釬焊爐；給釬焊爐通入氬氣，以10℃/min的速率升溫至570℃，并保溫10min，最后隨爐冷卻至室溫，即可實現氮化鋁與碳化硅鋁基的連接，釬焊接頭剪切強度達到100MPa以上，氣密性為1.0×10^-11Pa·m³/s，均達到國家標準。

實施實例2：將Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.2mm，清洗干凈并在氟化物釬劑中浸泡5秒，然后置于AlN和SiCp/Al的焊接面之間，并加一小塊壓塊，使母材與焊料充分接觸，將以上準備好的材料放入釬焊爐；給釬焊爐通入氬氣，以10℃/min的速率升溫至580℃，并保溫5min，最后隨爐冷卻至室溫，釬焊接頭剪切強度達到100MPa以上，氣密性為1.0×10^-11Pa·m³/s，均達到國家標準。