一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法.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CN106312220A(43)申请公布日2017.01.11(21)申请号201610888270.X(22)申请日2016.10.12(71)申请人哈尔滨工业大学（威海）地址264200山东省威海市文化西路2号(72)发明人宋晓国付伟赵一璇李佳迅周志强刘多曹健(74)专利代理机构威海科星专利事务所37202代理人于涛(51)Int.Cl.B23K1/008(2006.01)B23K35/26(2006.01)B23K1/20(2006.01)C04B37/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法(57)摘要本发明公开了一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，包括如下步骤：第一步，对陶瓷基片和无氧铜进行表面处理，然后用丙酮清洗；第二步，将Ag粉、Cu粉、Sn粉、Ti粉或Ag粉、Cu粉、In粉、Ti粉混合形成金属粉末，向所述金属粉末中加入有机黏结剂放入球磨罐中进行机械球磨制得活性钎料膏；第三步，按照无氧铜/活性钎料/陶瓷基板的顺序自上而下装配试样，在真空钎焊炉中实现连接。本发明采用向活性钎料中添加低熔点元素的方式，降低了陶瓷基板与无氧铜的连接温度，减小了基板中的残余应力，提高了使用寿命。CN106312220ACN106312220A权利要求书1/1页1.一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，包括如下步骤：1）对陶瓷基板和无氧铜进行表面处理，然后用丙酮清洗；2）将Ag粉、Cu粉、Sn粉、Ti粉或Ag粉、Cu粉、In粉、Ti粉混合形成金属粉末，向所述金属粉末中加入有机黏结剂放入球磨罐中进行机械球磨制得活性钎料膏；3）按照无氧铜/活性钎料膏/陶瓷基板的顺序自上而下装配试样，在真空钎焊炉中实现连接。2.根据权利要求1所述的一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，步骤2）所述的金属粉末中Ag的质量分数为5%~30%，Cu的质量分数为10%~40%，Sn的质量分数为50%~80%，Ti的质量分数为3%~8%，或Ag的质量分数为5%~30%，Cu的质量分数为10%~40%，In的质量分数为50%~80%，Ti的质量分数为3%~8%，制备活性钎料时有机黏结剂与金属粉末的质量比为1:6~1:4，机械球磨时间为4~8小时。3.根据权利要求1或2所述的一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，步骤1）中，依次用1000#和1500#金刚石砂盘对陶瓷表面进行打磨，依次用800#、1000#和2000#砂纸对无氧铜表面进行打磨，然后将打磨后的试样放入丙酮中超声清洗10~20min。4.根据权利要求1或2所述的一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，步骤3）中，活性钎料膏在陶瓷基板上的涂覆厚度为50~200μm。5.根据权利要求1或2所述的一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，步骤3）中，试样装配好后，在无氧铜上方施加10MPa~25MPa压力。6.根据权利要求1或2所述的一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，步骤3）中，真空钎焊的连接温度为720ºC~800ºC，连接时间为5min~20min，真空度为5×-3-410Pa~5×10Pa。7.根据权利要求6所述的一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，步骤3）中，真空钎焊的连接温度为740ºC~780ºC。8.根据权利要求6所述的一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，步骤3）中，真空钎焊的连接温度为750ºC。9.根据权利要求1或2所述的一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法，其特征在于，所述陶瓷基板的材质为Al2O3或AlN。2CN106312220A说明书1/3页一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法技术领域[0001]本发明属于电子封装领域，具体涉及一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法。背景技术[0002]在电子封装领域，一般采用直接覆铜技术(DBC)将陶瓷基板与无氧铜连接。DBC技术是将铜箔片置于Al2O3陶瓷基片上，在含氧的气氛中加热到1065~1085ºC，使铜箔片直接覆接在Al2O3陶瓷基片上。其原理是，结合Cu-O二元相图可知，在一定的氧含量条件下，当加热到1063ºC时，Cu和O形成共晶液相CuO，该共晶液相与Al2O3陶瓷接触并发生反应CuO+Al2O3=CuAl2O3，对陶瓷基板形成良好润湿，并实现连接。而对于新型AlN陶瓷基板，一般首先对AlN表面进行氧化处理，使其表面得到一层Al2O3膜，然后采用DBC技术实现其与铜的覆接。DBC技术，对陶瓷基板和铜的表面平整度要求较高，并且其工艺窗口较窄，最终导致成品率较低