一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108033810A(43)申请公布日2018.05.15(21)申请号201711318747.1(22)申请日2017.12.12(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人张珊珊杨会生高克玮颜鲁春庞晓露杨理航童海生邹佳男(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司11237代理人张仲波(51)Int.Cl.C04B41/90(2006.01)C04B37/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法(57)摘要本发明公开了一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法，属于覆铜基板制造技术领域。本发明在陶瓷基板的上下两个表面分别进行双层预金属化和钎焊，解决了现有的陶瓷覆铜板焊接强度低，界面应力大，使用可靠性低的问题。具体步骤为：(1)将氮化铝陶瓷进行清洗，然后采用真空磁控溅射或离子镀的方法对陶瓷表面进行离子轰击；(2)依次在陶瓷上下表面真空磁控溅射或离子镀沉积Ti、Zr、Hf或Cr金属层，Cu金属层；(3)在沉积了金属层的陶瓷基板两侧涂覆金属焊膏，装卡后在真空钎焊炉中进行高温焊接。本发明可以实现氮化铝陶瓷基板厚铜连接，工艺简单，并提高了氮化铝陶瓷厚铜金属化的效果，与直接钎焊相比界面应力更低。CN108033810ACN108033810A权利要求书1/1页1.一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：(1)将氮化铝陶瓷基片和金属铜片在有机溶剂中进行超声波清洗20-30min，去除陶瓷基片表面粘附的油渍污垢，然后进行100-200℃干燥1-5h，使陶瓷基片表面的有机物和水份充分挥发，并对陶瓷基片表面进行离子轰击，使陶瓷基片表面达到原子级清洁；(2)采用真空磁控溅射或离子镀的方法在步骤(1)中清洁过的氮化铝陶瓷基片表面依次沉积Ti、Zr、Hf或Cr金属层和Cu金属层，得到双层预金属化的氮化铝陶瓷基片；(3)对金属铜片进行酸洗，去除表面氧化物膜，得到具有新鲜表面的金属铜片；(4)在步骤(2)中得到的沉积了金属层的氮化铝陶瓷上下表面涂覆金属焊膏，对焊膏进行预干燥处理，在150-200℃保温2-5h，使焊膏中的有机溶剂充分挥发，焊膏在陶瓷基片上固化；(5)将步骤(3)中处理好的金属铜片和步骤(4)中的陶瓷基片进行装配，置于真空钎焊炉中抽真空，当炉内真空度达到5×10-4Pa时开始加热，将炉内温度加热到300-500℃保温1-3h，然后再升温至800-900℃保温30-60min进行真空焊接；保温结束后以10-20℃/min的速率快冷至700℃，之后随炉冷却至室温即完成氮化铝陶瓷金属化。2.根据权利要求1所述一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述陶瓷基片的厚度为0.5-1mm，步骤(3)中所述铜金属片的厚度为0.15-0.5mm。3.根据权利要求1所述一种高导热氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于步骤(2)所述采用真空磁控溅射或离子镀方式对陶瓷基片表面进行离子轰击达到原子级清洁并预金属化，其中Ti、Zr、Hf或Cr金属层厚度为1μm-2μm，溅射的Cu金属层厚度为5-10μm。4.根据权利要求2所述一种高导热氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法，其特征在于步骤(5)所述真空焊接的真空度为1×10-3-5×10-4Pa。2CN108033810A说明书1/4页一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法技术领域[0001]本发明属于覆铜基板制造技术领域，具体涉及间接钎焊中降低氮化铝陶瓷基板界面应力的方法。背景技术[0002]陶瓷覆铜板是大功率模块封装中的关键材料，是指在陶瓷表面进行金属化的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，耐热循环性能好，可靠性高，界面结合强度高，并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，和传统的工艺相比，活性钎焊陶瓷覆铜板可实现陶瓷基板的厚铜金属化，使其线路具有很大的载流能力。陶瓷覆铜板具有足够高的机械强度，除搭载元件外，也能作为支持构件使用；因此，陶瓷覆铜板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。但由于陶瓷和金属性质上的差异，陶瓷和金属连接较为困难。目前陶瓷与金属的钎焊分为直接钎焊和间接钎焊方法，直接钎焊方法是使用含有Ti或Zr的活性元素的钎料,直接把陶瓷与金属钎焊在一起。一般直接钎焊选用的钎料熔化温度较高,能满足陶瓷构件高温状态使用的要求。但由于陶瓷和金属之间存在大的热膨胀系数差异，冷却过程和使用过程中会产生大的应力而产生微裂纹，并且一般的金属对陶瓷润湿性较差，达不到钎焊要求从而影响了钎焊的效果。间接钎焊法是对氮化铝表面进行预金属化，在其表面形成一层致密且牢固的金属化层，使其与钎料具有较好的润湿性，从而实