[發(fā)明專利]一種活性金屬化釬焊氮化硅陶瓷覆銅基板的制備工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811018601.X
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109053208A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 于利學;于娜;張娜;王美玲
• 申請（專利權）人: 威海圓環(huán)先進陶瓷股份有限公司
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02;C04B41/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種活性金屬化釬焊氮化硅陶瓷覆銅基板的制備工藝，包括以下步驟：S1：配制釬焊料漿：按以下質量份取Ni、Ag、W、Ar，其中，Ni：40份?95份；Ag：2份?10份；W：2份?45份；Ar：1份?5份，混合得到金屬化漿料；S2：將所述金屬化漿料雙面印刷在氮化硅陶瓷基板上，形成釬焊漿膜；S3：在每一片氮化硅陶瓷基板外用兩片無氧紫銅片夾持，得到氮化硅陶瓷銅片基板；S4：在真空室條件下，對夾持狀態(tài)下的氮化硅陶瓷銅片基板進行熱處理；S5：在所述真空室充入高純氮氣、強制冷卻，得到氮化硅陶瓷覆銅基板。本案適用于氮化硅陶瓷活性焊接，具有制備工藝簡單、印刷特性優(yōu)良、與氮化硅陶瓷潤濕性良好以及焊接后結合強度高的特點。

技術領域

本案屬于陶瓷金屬化技術領域，主要涉及一種高性能活性金屬化釬焊氮化硅陶瓷覆銅基板的制備工藝。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)是實現(xiàn)電能轉換和控制的最先進的電力電子器件，大規(guī)模應用于電動汽車、電力機車、智能電網等領域。氮化硅陶瓷覆銅板既具有陶瓷的較高的導熱性、高電絕緣性、高機械強度、低膨脹等特性，又具有無氧銅的高導電性和優(yōu)異的焊接性能。采用活性金屬焊接工藝(AMB)制備氮化硅陶瓷覆銅基板，在下一代大功率模塊上將有廣泛的應用。IGBT模塊是實現(xiàn)電能轉換和控制的最先進的電力電子器件，具有輸入阻抗大、驅動功率小、開關速度快、工作頻率高、飽和壓降低、安全工作區(qū)大和可耐高電壓和大電流等優(yōu)點，被譽為現(xiàn)代工業(yè)變流裝置的“CPU”，在軌道交通、航空航天、新能源汽車和風力發(fā)電等戰(zhàn)略性產業(yè)廣泛應用。高壓大功率IGBT模塊技術門檻較高，難度較大，特別是要求封裝材料散熱性能要好、可靠性要高、載流量要大。但是國內相關技術水平落后導致國內高壓IGBT市場被歐、美、日等國家所壟斷，高壓IGBT產品價格高、交貨周期長、產能不足，嚴重限制了我國動力機車、電動汽車和新能源等領域的發(fā)展。

高壓大功率IGBT模塊所產生的熱量主要是通過陶瓷覆銅板傳導到外殼而散發(fā)出去的，因此陶瓷覆銅板是電力電子領域功率模塊封裝的不可或缺的關鍵基礎材料。陶瓷覆銅板集合了功率電子封裝材料所具有的各種優(yōu)點：

1)陶瓷部分具有優(yōu)良的導熱耐壓特性;

2)銅導體部分具有極高的載流能力;

3)金屬和陶瓷間具有較高的附著強度和可靠性;

4)便于刻蝕圖形，形成電路基板;

5)焊接性能優(yōu)良，適用于鋁絲鍵合。

陶瓷基板材料的性能是陶瓷覆銅板性能的決定因素。目前，已應用作為陶瓷覆銅基板有三種陶瓷材料，分別是氧化鋁陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板和氮化硅陶瓷基板。氧化鋁基陶瓷基板是最常用的陶瓷基板，由于它具有好的絕緣性、好的化學穩(wěn)定性、好的力學性能和低的價格，但由于氧化鋁陶瓷基片相對低的熱導率、與硅的熱膨脹系數(shù)匹配不好。作為高功率模塊封裝材料，氧化鋁材料的應用前景不容樂觀。

氮化鋁覆銅板有非常高的熱導率，散熱快；在應力方面，熱膨脹系數(shù)與硅接近，整個模塊內部應力較低，提高了高壓IGBT模塊的可靠性。但是1）遇熱工作環(huán)境下易氧化；2）氮化硅陶瓷具有低的2.4倍于氧化鋁和氮化鋁的抗彎強度，因此具有比氮化鋁和氧化鋁高的多的可靠性，尤其是高強度可以實現(xiàn)其與厚銅基板的覆接，大幅提高基板的熱性能。相對于氮化鋁和氧化鋁，氮化硅陶瓷覆銅板在電流承載能力、散熱能力、力學性能、可靠性等方面均具有明顯優(yōu)勢。同時，β-Si3N4陶瓷具有潛在的較高熱導率( 200~320W/m?K)，但是其微觀結構更為復雜，對聲子的散射較大，故熱導率較低[]，限制了其作為功率模塊基板材料的應用。