一种耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片及其制备方法技术

本申请公开了一种耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片及其制备方法，由陶瓷基片、第一金属箔片、第二金属箔片、纳米金属层和覆铜片制备而成；所述第一金属箔片为铜箔或第一合金箔片，所述第二金属箔片为钛箔或第二合金箔片；所述覆铜片的内表面涂抹所述纳米金属有机溶液，烘干后形成纳米金属层，从外向内依次将所述第一金属箔片、第二金属箔片和陶瓷基片的两个面贴合，焊接得到所述耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片。本申请的方法制作出来的AMB陶瓷覆铜片结合强度、耐老化性能和耐冷热冲击性能都超出了传统银铜钛焊膏制作的AMB陶瓷覆铜片产品水准，在整体性能水平上有先进性，并且工艺简单成本低，适于工业化推广。适于工业化推广。适于工业化推广。

【技术实现步骤摘要】
一种耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片及其制备方法


[0001]本申请涉及一种耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片及其制备方法，属于陶瓷金属复合材料制备


技术介绍

[0002]陶瓷表面金属化主要有两种生产工艺，一是直接覆铜陶瓷基板(DCB)是利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上；二是活性金属钎焊覆铜陶瓷基板(AMB，Active MetalBonding)是利用钎料中含有的少量活性元素与陶瓷高温下进行化学反应生成能被液态钎料润湿的反应层，从而实现陶瓷与金属之间高结合强度。AMB活性焊铜工艺是DBC工艺技术的进一步发展，活性金属钎焊覆铜陶瓷基板具有更高的综合性能。
[0003]现随着电动汽车，太阳能和风电发电厂等功率转换领域的发展，各行业对大功率，高散热，高可靠的封装模块用材料用的陶瓷覆铜片要求越来越高。传统的银铜钛焊膏制作的AMB陶瓷覆铜片在批量生产过程中容易出现气孔率不稳定，良率差等问题，而其他常见使用焊片的AMB陶瓷覆铜片虽然在气孔率上有提升，但是又存在结合强度比较差，耐冷热冲击性能不佳等其他问题。
[0004]日本专利申请JP2022056203A中公开了一种接合基板和接合基板的方法，其使用了钛材料的厚度为1μm以上作为中间层，最终得到结合层，其提高了结合强度，但经本申请人实验测的耐冲击性能等数据并不理想。
[0005]中国专利申请CN115626835A
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一种陶瓷基覆铜板的制造方法及其产品，其采用多弧离子镀方式首先在陶瓷基材表面镀一层钛活性金属层，钛活性金属层厚度为1微米，随后再多弧离子镀形成一层铜层保护膜防止钛被氧化，铜层保护膜厚度为1微米，在陶瓷基材表面形成一层致密的金属化中间层，其空洞率较低，剥离强度比较好，但整个工艺较为复杂，成本偏高，而且实际模拟测试后发现结合强度比较低。
[0006]随着科技的发展，对AMB陶瓷覆铜片的性能要求越来越高，特别是结合强度、耐老化性能和耐冷热冲击性能成为了重要的指标，而现有技术通常只关注陶瓷覆铜片的某一个性能进行改进，因为其某个性能的提升已经不易，更难以同时做到其空洞率、结合强度、耐老化性能和耐冷热冲击性能的平衡。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，提供了一种耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片及其制备方法，使用该方法制作出来的AMB陶瓷覆铜片结合强度、耐老化性能和耐冷热冲击性能都超出了传统银铜钛焊膏制作的AMB陶瓷覆铜片产品水准，在整体性能水平上有先进性，并且工艺简单成本低，适于工业化推广。
[0008]根据本申请的一个方面，提供了一种耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，由陶瓷基片、第一金属箔片、第二金属箔片、纳米金属层和覆铜片制备而成；
[0009]所述第一金属箔片为铜箔或第一合金箔片，所述第二金属箔片为钛箔或第二合金
箔片；所述覆铜片的内表面涂抹所述纳米金属有机溶液，烘干后形成纳米金属层，从外向内依次将所述第一金属箔片、第二金属箔片和陶瓷基片的两个面贴合，焊接得到所述耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片。
[0010]可选地，所述第一金属箔片的厚度为5
‑
20μm，所述第二金属箔片的厚度为3
‑
15μm，所述第一金属箔片和所述第二金属箔片的总厚度小于25μm。
[0011]优选的，所述第一金属箔片的厚度为5
‑
10μm，所述第二金属箔片的厚度为3
‑
5μm。
[0012]可选地，所述第一合金箔片为银铜合金箔片，银含量不小于70％；所述第一合金箔片的厚度小于8μm。
[0013]优选的，第一金属箔片为银铜合金箔片，第二金属箔片为钛箔。
[0014]可选地，所述第二合金箔片为钛硼合金箔片或钛锡合金箔片，钛含量大于65％；所述第二合金箔片的厚度为3
‑
5μm。
[0015]可选地，按照质量百分比计，所述纳米金属有机溶液包括50
‑
80％的纳米金属颗粒，其余为有机溶剂。
[0016]可选地，所述纳米金属颗粒为银、钛、铟和铋中的一种或者几种；有机溶剂为松油醇、松节油、二乙二醇乙醚、二乙二醇、醇酯十二、二乙二醇乙醚醋酸酯和二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种；所述纳米金属颗粒的粒径为30
‑
80nm。
[0017]优选地，纳米金属颗粒的粒径为30
‑
50nm。
[0018]可选地，所述纳米金属颗粒为银、钛和铟，添加重量比例为7:2:1；钛的粒径比其他金属颗粒粒径大10nm。
[0019]可选地，纳米金属层的厚度为3
‑
8μm，所述陶瓷基片为氮化硅陶瓷基片，所述覆铜片为无氧铜片。
[0020]根据本申请的另一个方面，还公开了一种上述耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)使用有机溶剂清洗陶瓷基片和覆铜片，覆铜片的内表面涂抹纳米金属有机溶液，低温烘干形成纳米金属层；
[0022](2)覆铜片为最外层，从外向内依次将第一金属箔片、第二金属箔片和陶瓷基片的两个面贴合，用夹具固定，放入真空钎焊炉中焊接，最后随炉自然冷却即得所述的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片。
[0023]可选地，步骤(1)中的有机溶剂为乙醇或丙酮，烘干温度为80
‑
100℃；步骤(2)中的焊接过程为将真空度控制在5
×
10
‑3Pa以下，升温到430
‑
450℃，保温0.5
‑
2h，再升温到870
‑
910℃保温0.5
‑
2h,；夹具压力不小于0.1MPa。
[0024]本申请的有益效果包括但不限于：
[0025]1.根据本申请的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，通过同时限定采用金属箔片的种类和贴合顺序，使靠近陶瓷基片的为钛箔或以钛为主的金属箔，使靠近覆铜片的为铜箔或银铜合金箔片，并且纳米金属颗粒在覆铜片与第一金属箔片之间，最终使钛箔和陶瓷基片生产氮化钛形成结合层，银铜合金箔能在高温条件下一侧有效地与钛箔形成银铜钛过度层，另一侧通过纳米金属颗粒与覆铜片加强结合，结合强度高，耐冷热冲击和耐老化能力强。
[0026]2.根据本申请的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，通过限定在覆铜片上涂
抹纳米金属有机溶液，并低温烘干得到纳米金属层，使钛元素溶解到氮化硅陶瓷中发生润湿，与氮化硅反应形成TiN，提高与陶瓷的结合强度，纳米金属颗粒层也能够快速弥补焊接过程中活性金属元素的烧损，减少空洞率。
[0027]3.根据本申请的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，通过使用并限定纳米金属有机溶液中纳米金属颗粒的种类、添加比例和粒径，钛粒径稍大以补充其氧化烧损的部分，同时还能够促进与氮化硅的反应，进一步提高浸润性，有利于提高结合强度，再配合银和铟，减少金属间化合物的形成，保证铜片与陶瓷基体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，其特征在于，由陶瓷基片、第一金属箔片、第二金属箔片、纳米金属层和覆铜片制备而成；所述第一金属箔片为铜箔或第一合金箔片，所述第二金属箔片为钛箔或第二合金箔片；所述覆铜片的内表面涂抹纳米金属有机溶液，烘干后形成纳米金属层，从外向内依次将所述第一金属箔片、第二金属箔片和陶瓷基片的两个面贴合，焊接得到所述耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片。2.根据权利要求1所述的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，其特征在于，所述第一金属箔片的厚度为5
‑
20μm，所述第二金属箔片的厚度为3
‑
15μm，所述第一金属箔片和所述第二金属箔片的总厚度小于25μm。3.根据权利要求2所述的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，其特征在于，所述第一合金箔片为银铜合金箔片，银含量不小于70％；所述第一合金箔片的厚度小于8μm。4.根据权利要求2所述的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，其特征在于，所述第二合金箔片为钛硼合金箔片或钛锡合金箔片，钛含量大于65％；所述第二合金箔片的厚度为3
‑
5μm。5.根据权利要求1所述的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，其特征在于，按照质量百分比计，所述纳米金属有机溶液包括50
‑
80％的纳米金属颗粒，其余为有机溶剂。6.根据权利要求5所述的耐老化抗冲击的AMB氮化硅陶瓷覆铜片，其特征在于，所述纳米金属颗粒为银、钛、铟和铋中的一种或者几种；有机溶剂为松油醇、松节油、二乙二醇乙醚、二乙二醇、醇酯十...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宵，屈蓉，陈光云，王洪策，陈家佑，
申请(专利权)人：潍柴火炬科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：