[發(fā)明專利]一種氮化鋁陶瓷覆銅板的間接釬焊方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110410848.1
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113307647B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱巍巍;唐木;冉旭
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K35/22
• 分類號: B23K35/22;B23K35/24;B23K20/14;C04B37/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種氮化鋁陶瓷覆銅板的間接釬焊方法，屬于陶瓷覆銅板制造技術(shù)領(lǐng)域。制備過程：將Ag粉、Cu粉、鍍銅低膨脹陶瓷粉和鍍銅石墨烯粉混合均勻后制備復(fù)合釬料，向復(fù)合釬料中加入有機粘結(jié)劑制備復(fù)合釬料漿料；在氮化鋁陶瓷表面沉積活性金屬元素Ti、Zr、Hf或Cr。將復(fù)合釬料涂覆到濺射有活性元素的氮化鋁陶瓷基板表面后，雙面復(fù)合無氧銅片，所得裝配體烘干后放入真空爐中進行釬焊。本發(fā)明將具有低膨脹系數(shù)的陶瓷顆粒引入到釬料中，使接頭熱膨脹系數(shù)梯度過渡，進而顯著降低了接頭的殘余應(yīng)力水平。本發(fā)明將具有高導(dǎo)熱性和高強度的石墨烯引入的復(fù)合釬料中，既能增加釬料的強度又能改善其導(dǎo)熱性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷覆銅板制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化鋁陶瓷覆銅板的間接釬焊制造方法。

背景技術(shù)

陶瓷覆銅板由無氧銅與陶瓷基板組合而成，它同時兼顧了無氧銅的高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱性以及陶瓷材料的高絕緣、低膨脹等特性，是極其重要的電子封裝材料，在新能源汽車、動力機車、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。氮化鋁陶瓷具有導(dǎo)熱系數(shù)高、化學(xué)穩(wěn)定性好等突出的優(yōu)點，是制造高導(dǎo)熱陶瓷覆銅板的常用材料。

目前氮化鋁陶瓷覆銅板的制造方法主要包括直接鍍銅法(DPC)、直接鍵合法(DBC)和活性金屬釬焊法(AMB)。其中活性釬焊法依靠釬料中的活性元素在高溫條件下與陶瓷基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)兩者的冶金結(jié)合。該方法具有結(jié)合強度高、可靠性好等諸多優(yōu)點。

然而由于氮化鋁陶瓷(4.7×10^-6℃^-1)和無氧銅(18.6×10^-6℃^-1)之間存在較大的熱膨脹系數(shù)差異，同時陶瓷覆銅板的連接面積較大(常見產(chǎn)品尺寸為4.5英寸、6英寸等)，并且陶瓷覆銅板在使用過程中冷熱循環(huán)會進一步導(dǎo)致殘余應(yīng)力的累積。因此接頭殘余應(yīng)力問題已經(jīng)成為制約氮化鋁陶瓷覆銅板使用壽命的關(guān)鍵難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鋁陶瓷覆銅板的間接釬焊方法，該方法能夠提高陶瓷覆銅板的結(jié)合強度和抗冷熱循環(huán)能力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種氮化鋁陶瓷覆銅板的間接釬焊方法，該方法包括如下步驟：

(1)材料準(zhǔn)備：將氮化鋁陶瓷基片在酒精或丙酮中進行超聲清洗20-30min，去除表面油污，然后采用吹風(fēng)機吹干備用；無氧銅片酸洗(10-15wt.％H₂SO₄)5-10min，去除表面氧化膜，然后在酒精或丙酮中進行超聲清洗20-30min，最后采用吹風(fēng)機吹干備用；

(2)復(fù)合釬料漿料的制備：將Ag粉、Cu粉、鍍銅低膨脹陶瓷粉和鍍銅石墨烯粉混合均勻后制備出復(fù)合釬料，向復(fù)合釬料中加入重量為復(fù)合釬料5％-20％的有機粘結(jié)劑并攪拌均勻后獲得復(fù)合釬料漿料；

(3)活性元素引入：采用真空磁控濺射或離子鍍的方法在清洗后的氮化鋁陶瓷基片表面沉積活性金屬元素Ti、Zr、Hf和Cr中的一種；

(4)接頭裝配：將步驟(2)制備的復(fù)合釬料漿料涂覆到步驟(3)沉積有活性金屬元素的氮化鋁陶瓷基板表面，然后按照在涂覆復(fù)合釬料漿料的氮化鋁陶瓷基板兩個表面復(fù)合所述無氧銅片，即按照“無氧銅片/復(fù)合釬料/活性金屬元素/氮化鋁/活性金屬元素/復(fù)合釬料/無氧銅片”的結(jié)構(gòu)進行裝配，形成裝配體；

(5)烘干：將步驟(4)所得裝配體放在真空干燥箱中烘干，以去除有機粘結(jié)劑，烘干溫度為50-100℃，烘干時間為20-60min；

(6)真空釬焊：將烘干后的裝配體放入真空爐中進行釬焊，真空度為1×10^-2Pa-1×10^-4Pa，釬焊后即獲得所述氮化鋁陶瓷覆銅板。