[發明專利]一種功率模塊金屬化陶瓷基板及金屬化方法

有效

• 申請號: 201110214212.6
• 申請日: 2011-07-28
• 公開（公告）號: CN102896832A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 杜昊;肖伯律;宋貴宏;趙彥輝;肖金泉;熊天英
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;B32B18/00;C23C14/35;C23C14/32;C23C14/18;C23C28/02
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種功率模塊金屬化陶瓷基板，其特征在于：包括：陶瓷基板和陶瓷基板上的復合金屬涂層，復合金屬涂層從陶瓷基板開始依次為第一金屬層和位于外層的第二金屬層；其中：第一金屬層選自高導熱、高導電金屬材料銅或銀，與陶瓷基板表面無過渡層為擴散結合，或擴散結合與化學鍵混合的結合方式結合；第二金屬層，為具有大功率或超大功率載流能力以及高導熱能力的金屬材料選自銅、銀、銅合金或銀合金層，其與第一金屬層之間為化學鍵結合。

2.按照權利要求1所述的功率模塊金屬化陶瓷基板，其特征在于：第一金屬層的厚度為0.1-5微米。

3.按照權利要求1所述的功率模塊金屬化陶瓷基板，其特征在于：第二金屬層的厚度為50-1000微米。

4.按照權利要求1所述的功率模塊金屬化陶瓷基板，其特征在于：所述的復合金屬涂層還可包括最外層的第三金屬層，材料選自抗氧化能力強和可焊接性高的金屬材料銀、金、錫或鎳，厚度為0.1-5微米，第三金屬層與第二金屬層之間為化學鍵結合、擴散結合或擴散結合與化學鍵混合的結合方式。

5.按照權利要求1所述的功率模塊金屬化陶瓷基板，其特征在于：陶瓷基板為氧化物陶瓷材料、氮化物陶瓷材料或碳化物陶瓷材料。

6.一種功率模塊陶瓷基板表面金屬化的方法，其特征在于，包括如下的步驟：

（1）清洗：超聲清洗陶瓷基板，超聲清洗前可對其進行單面或雙面拋光處理或表面化學粗化處理；

（2）采用磁控濺射或電弧離子鍍在功率模塊陶瓷基板表面沉積第一金屬層；

（3）采用化學鍍或電鍍技術在第一金屬層上沉積第二金屬層。

7.按照權利要求6所述的功率模塊陶瓷基板表面金屬化的方法，其特征在于：步驟（2）中采用磁控濺射或電弧離子鍍沉積第一金屬層的工藝為，靶材材料選用銅或銀；單面金屬化時，陶瓷基板正對靶材固定放置；雙面金屬化時，陶瓷基板正對靶材旋轉；真空室抽真空至3×10^-4-8×10^-2Pa后，將真空室內的陶瓷基板加熱至20-400℃，然后對其表面進行輝光清洗5-30分鐘，輝光清洗時，真空室內氬氣壓強控制在0.2-5Pa，電源電壓控制在-200～-800V；采用電弧離子鍍時，還需要進行弧光清洗3-20分鐘，弧光清洗時，真空室內氬氣壓強控制在0.2-3Pa，電源電壓控制在-400～-1200V；沉積時，真空室內氬氣壓強控制在0.1-1Pa，沉積的金屬銅或銀的厚度為0.1-5微米。

8.按照權利要求6所述的功率模塊陶瓷基板表面金屬化的方法，其特征在于：步驟（3）中第二金屬層的厚度為50-1000微米，材料選自銅、銀、銅合金或銀合金。

9.按照權利要求6所述的功率模塊陶瓷基板表面金屬化的方法，其特征在于：

還包括采用磁控濺射或電弧離子鍍技術在第二層金屬層上沉積第三金屬層，或者采用化學鍍或電鍍的方法沉積第三金屬層的步驟，采用磁控濺射或電弧離子鍍技術的具體工藝為，靶材選自銀、金或鎳，真空室抽真空至3×10^-4-8×10^-2Pa后，將真空室內的待鍍件加熱至20-400℃，然后對其表面進行輝光清洗2-10分鐘，電源電壓控制在-200～-800V；沉積金屬層時，真空室內氬氣壓強控制在0.1-1Pa，沉積層的厚度為0.1-5微米。

10.按照權利要求9所述的功率模塊陶瓷基板表面金屬化的方法，其特征在于：采用化學鍍或電鍍的方法沉積錫或鎳層作為第三金屬層，沉積層的厚度為2-5微米。