一种高导热高稳定性的覆铜基板及其加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高导热高稳定性的覆铜基板及其加工工艺。所述覆铜基板是在Si3N4粉原料中引入β

【技术实现步骤摘要】
一种高导热高稳定性的覆铜基板及其加工工艺


[0001]本专利技术涉及电子材料
，具体为一种高导热高稳定性的覆铜基板及其加工工艺。

技术介绍

[0002]为了解决日益严重的环境问题，作为清洁能源的电力成为世界各国关注的焦点，能源利用电气化成为发展的方向。在电力的应用中，大功率电力电子器件是实现能源控制与转换的核心，广泛应用于高速铁路、智能电网、电动汽车与新能源装备等领域。随着能量密度提高，功率器件对陶瓷覆铜基板的散热能力和可靠性的要求越来越高。
[0003]而现有技术中，Al2O3和AlN覆铜基板适用于一些高功率、大电流的工作环境，但是由于机械强度相对较低，使得此类覆铜基板的高低温循环冲击寿命有限，限制了其应用范围。更高功率密度和更高工作环境温度会导致Al2O3和AlN覆铜基板的高低温循环冲击次数迅速下降，可靠性降低，不能满足使用要求。
[0004]因此，解决上述问题，加工一种高导热高稳定性的覆铜基板具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高导热高稳定性的覆铜基板的加工工艺，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种高导热高稳定性的覆铜基板的加工工艺，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将LiAlO2烧结助剂和改性Si3N4，放入球磨罐中，球磨10～12h，干燥，用40目筛过筛，装入模具中，在70～80Mpa的真空度下机压，压制成型，得到Si3N4块；在N2气氛中加热至1500～1600℃，保温2～3h，得到Si3N4陶瓷基片；
[0009]步骤2：将Si3N4陶瓷基片切割加工成待焊试样，放入70～80℃的蒸馏水中，超声清洗4～6min，洗去表面杂质后烘干；Si3N4陶瓷基片两面丝网印刷上活性金属焊料，80℃烘箱烘干；将印好焊料的基片两面覆上无氧铜，放入真空度为5
×
10
‑4Pa的真空钎焊炉中加热，冷却至660～680℃，得到覆铜基板。
[0010]较为优化地，步骤1中，所述LiAlO2烧结助剂的制备方法为：将LiCO3试剂和α
‑
Al2O3微粉放入球磨罐中，球磨10～12h，干燥，用40目筛过筛，得到LiAlO2烧结助剂。
[0011]较为优化地，步骤1中，所述改性Si3N4的制备方法为：取纯Si3N4、β
‑
Si3N4晶种、二甲基氯硅烷和二氯甲烷于球磨罐中，加入NaOH和去离子水，封口后置于球磨机上球磨20～22h，转速为300r/min，球磨后用去离子水洗涤，离心，在温度为110～120℃的鼓风干燥箱烘干2～3h，得到改性Si3N4。
[0012]较为优化地，步骤1中，得到的Si3N4块在加热时，需要埋入Si3N4粉体。
[0013]较为优化地，β
‑
Si3N4晶种中β含量为40％～44％。
[0014]较为优化地，加入NaOH，使粉体与NaOH的质量比为1:0.5。
[0015]较为优化地，步骤2中，所述活性金属焊料的制备方法为：将Ti与SiCp粉末一起用球磨机球磨，球磨4～5h抽真空至5pa，转速为250r/min；然后加入Ag
72
Cu
28
合金粉末搅拌均匀，制成Ag
‑
Cu
‑
Ti+SiCp活性金属焊料。
[0016]较为优化地，加热过程为每分钟温度上升10～16℃，上升至660～680℃，保温20～30min，然后每分钟温度上升10～16℃，上升至780～820℃，保温20～30min。
[0017]本技术方案中：
[0018](1)Si3N4粉原料中引入β
‑
Si3N4晶种。由β
‑
Si3N4粉料直接为材料，得到的氮化硅陶瓷烧结驱动力小，陶瓷很难烧结致密，导致陶瓷内部存在大量气孔，陶瓷的热导率低。而在Si3N4粉原料中引入β
‑
Si3N4晶种，并且控制β
‑
Si3N4晶种中β含量为40％～44％，可以促进烧结过程中细小颗粒迅速溶解沉淀在β
‑
Si3N4晶上，促进晶粒生长，晶界内的杂质和缺陷排出，净化晶格，从而提高了导热性。
[0019](2)对Si3N4进行改性，加入了二甲基氯硅烷，通过在氮化硅表面接入硅烷，使得粉体表面的电荷密度增加，增大氮化硅浆料的ζ
‑
电位值，有利于氮化硅浆料的分散稳定性。在水介质中分散的稳定性。使得获得的改性氮化硅粉体均匀，无团聚现象。
[0020](3)加入与改性氮化硅质量比为1:0.5的NaOH。氮化硅表面附着有氧化物SiO2,SiO2中的氧离子与空气中的水接触结合成硅羟基，会影响氮化硅在介质中的润滑程度，改变氮化硅在水介质中的分散流动性。而NaOH浓度变化可以影响氮化硅表面氧化程度，NaOH浓度适量时可以除去氮化硅表面的部分羟基，使氮化硅的表面性质发生改变。加入NaOH，使粉体与NaOH的质量比为1:0.5时，使得氮化硅表面的Si
‑
OH的浓度明显下降，氮化硅浆料固含量高。
[0021](4)使用Ag
‑
Cu
‑
Ti+SiCp复合活性金属焊料。通过在Ag
‑
Cu
‑
Ti合金钎料内添加热膨胀系数仅5.2
×
10
‑
6℃
‑
1的SiCp，降低被连接材料之间的CET错配，进而降低了接头内的宏观残余应力水平；在钎焊降温过程中，由于Ag
‑
Cu和SiCp之间的热膨胀系数差异，Ag
‑
Cu将围绕SiCp收缩，导致在基体内产生拉伸残余应力和在SiCp中的压缩应力。在外载荷和钎料层内微观残余拉伸应力作用下，钎料基体中发生的变形更早以及变形程度更大，可以在很大程度上松弛残留应力水平。
具体实施方式
[0022]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1：
[0024]步骤1：将12gTi与3gSiCp粉末一起用球磨机球磨，采用Al2O3为球磨介质，分别加入10mm和6mm两种不同直径的球磨若干个于球磨罐内，抽真空至5.5pa，转速为275r/min，球磨3.5h。然后加入72gAg
72
Cu
28
合金粉末搅拌均匀，制成活性金属焊料。
[0025]步骤2：取100gSi3N4、7gβ
‑
Si3N4晶种、15g二甲基氯硅烷和5g二氯甲烷于球磨罐中，加入NaOH和3000mL去离子水，封口后置于球磨机上球磨21h，转速为290r/min，球本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热高稳定性的覆铜基板的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将LiAlO2烧结助剂和改性Si3N4，放入球磨罐中，球磨10～12h，干燥，用40目筛过筛，装入模具中，在70～80Mpa的真空度下机压，压制成型，得到Si3N4块；在N2气氛中加热至1500～1600℃，保温2～3h，得到Si3N4陶瓷基片；步骤2：将Si3N4陶瓷基片切割加工成待焊试样，放入70～80℃的蒸馏水中，超声清洗4～6min，洗去表面杂质后烘干；Si3N4陶瓷基片两面丝网印刷上活性金属焊料，80℃烘箱烘干；将印好焊料的基片两面覆上无氧铜，放入真空度为5
×
10
‑4Pa的真空钎焊炉中加热，冷却至660～680℃，得到覆铜基板。2.根据权利要求1所述的一种高导热高稳定性的覆铜基板的加工工艺，其特征在于：步骤1中，所述LiAlO2烧结助剂的制备方法为：将LiCO3试剂和α
‑
Al2O3微粉放入球磨罐中，球磨10～12h，干燥，用40目筛过筛，得到LiAlO2烧结助剂。3.根据权利要求1所述的一种高导热高稳定性的覆铜基板的加工工艺，其特征在于：步骤1中，所述改性Si3N4通过对Si3N4表面进行二甲基氯硅烷的接枝反应制备得到。4.根据权利要求1所述的一种高导热高稳定性的覆铜基板的加工工艺，其特征在于：步骤1中，所述改性Si3N4的制备方法为：取纯Si3N4、β
‑
Si3N4晶种、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈应峰，吴海兵，
申请(专利权)人：江苏耀鸿电子有限公司，
类型：发明
国别省市：