一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法技术

一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法，它涉及一种AlN陶瓷基板和铜板的焊接方法。本发明专利技术的目的是要解决现有陶瓷表面覆厚铜的制备方法存在焊接温度高，焊接时间长，需要真空或惰性气体保护和容易引起较大的焊接应力的问题。方法：一、预处理；二、将预处理后的钎料置于钎料池中加热，加热至钎料熔化，对液态钎料持续施加超声振动；三、制备表面含有钎料的AlN陶瓷；四、将待焊件加热至钎料熔化温度，并在该温度下对待焊件施加超声振动，得到AlN陶瓷覆厚铜基板。本发明专利技术制备的AlN陶瓷覆厚铜基板的接头处剪切强度可达30MPa以上，接头质量好，无明显缺陷。本发明专利技术覆铜基板的制备时间从几十分钟甚至几小时降低到几十秒，适合批量化生产。适合批量化生产。适合批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种AlN陶瓷基板和铜板的焊接方法。

技术介绍

[0002]先进的陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、耐热性好、熔点高、耐腐蚀等特点。其中，AlN陶瓷材料具有与硅相匹配的热膨胀系数，可满足良好的绝缘性、导热性、电磁屏蔽能力。为了实现电路的导电性，需要在AlN陶瓷基板上制备一层铜膜，或者是实现AlN陶瓷基板和铜板的焊接。
[0003]目前最常用的陶瓷基板覆铜方法有DPC(直接镀铜技术)、DBC(直接覆铜技术)和钎焊方法。其中，DPC需要先在陶瓷材料上沉积一层Cu膜，作为种子层，再用电镀技术把Cu膜增厚，电镀技术对环境污染比较大，并且沉积速度很慢，需要几小时的时间；DBC技术，高温在铜箔表面形成Cu2O，利用Cu
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Cu2O共晶液相把铜和陶瓷实现连接，但是这两种方法所制备的铜层的厚度非常有限，通常小于1mm。
[0004]陶瓷表面覆厚铜的制备方法通常是钎焊，钎焊方法分为直接钎焊法和间接钎焊法。中国专利202111314857.7采用直接钎焊法钎焊AlN陶瓷和铜，采用Ag基活性钎料，焊接温度在800℃以上；中国专利202111085679.5中采用该方法进行陶瓷和金属的钎焊，焊接温度在800
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1000℃，真空度为10
‑2‑
10
‑4Pa，保温时间10
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200min；中国专利202080026887.5中采用Mg基钎料进行陶瓷和金属的直接钎焊，焊接温度也在650℃以上，保温时间在30
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180min。由此可见，活性钎焊的焊接温度高，需要长时间进行保温，使得陶瓷和金属之间发生冶金反应，为了保证活性元素不被氧化，通常还需要真空保护。文献M.Barlak atal.Surface&Coatings Technology 201(2007)8317
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8321中报道了间接钎焊的方法制备AlN和铜接头，预先在陶瓷基体上制备一层金属层Ni等元素，再实现陶瓷的钎焊，焊接温度在1000℃以上，焊接过程需要氩气保护，由于陶瓷和铜的热膨胀系数差别大，高温焊接容易引起较大的焊接应力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是要解决现有陶瓷表面覆厚铜的制备方法存在焊接温度高，焊接时间长，需要真空或惰性气体保护和容易引起较大的焊接应力的问题，而提供一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法。
[0006]本专利技术提出一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法，借助超声辅助活化润湿作用，采用低温锡基钎料，在较低的温度(～200℃)和大气环境下，几十秒内就实现AlN陶瓷板和厚铜的焊接，铜板的厚度可以达到2mm以上，接头的剪切强度可以达到30MPa以上。
[0007]一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
[0008]一、预处理：
[0009]①
、将AlN陶瓷、厚铜板和钎料在SiC砂纸上打磨光滑，去除杂质和污染物，得到打磨后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料；
[0010]步骤一
①
中所述的钎料为纯锡或锡基钎料；
[0011]②
、将打磨后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料置于无水乙醇中，进行超声清洗，干燥，得到预处理后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料；
[0012]二、将预处理后的钎料置于钎料池中加热，加热至钎料熔化，对液态钎料持续施加超声振动；
[0013]三、将预处理后的AlN陶瓷置于液态钎料中5s～30s，取出，在大气环境下自然冷却至室温，得到表面含有钎料的AlN陶瓷；
[0014]四、把表面含有钎料的AlN陶瓷和厚铜板装卡并固定，使厚铜板与AlN陶瓷上的钎料相接触，得到待焊件；将待焊件加热至钎料熔化温度，并在该温度下对待焊件施加超声振动1s～10s，随后缓慢冷却至室温，得到AlN陶瓷覆厚铜基板，完成AlN陶瓷和厚铜的连接。
[0015]本专利技术的原理：
[0016]陶瓷材料是一种由共价键或离子键组成的稳定化合物，表面状态稳定，很难实现润湿。本专利技术借助超声辅助活化润湿作用，利用声空化产生的热效应，实现低温锡基钎料对陶瓷的润湿，再把润湿之后的AlN陶瓷和厚铜之间进行焊接，焊接时间从几十分钟甚至几小时缩短至几十秒，同时降低了制备温度，从而极大程度上缓解了AlN陶瓷和厚铜之间由于热膨胀系数不一直带来的热应力，进而，增加了陶瓷基板可覆铜层的厚度，接头的力学性能良好，剪切强度可以达到30MPa以上。
[0017]本专利技术的优点：
[0018]一、本专利技术采用低温锡基钎料(纯锡或Sn9Zn合金)，把钎焊法制备陶瓷覆铜基板的温度从～800℃降低到～200℃；
[0019]二、相比于传统的DBC和DPC覆铜基板制备技术，铜板的厚度增加到2mm以上，提高了覆铜基板的电流承载能力；
[0020]三、覆铜基板的制备时间从几十分钟甚至几小时降低到几十秒，提高了生产效率，适合批量化生产；
[0021]四、相比于DPC技术，该方法中无电镀液的使用，绿色环保；
[0022]五、本专利技术中AlN陶瓷和厚铜的焊接只需要在大气环境下即可完成，不需要真空或惰性气体保护；
[0023]六、基板材料也可以是AlN之外的其他陶瓷材料，钎料可以是纯锡、Sn9Zn合金或者其他低熔点金属，本专利技术方法适用范围广。
附图说明
[0024]图1为实施例1中AlN陶瓷和厚铜板装卡的示意图；
[0025]图2为实施例1中超声作用下AlN陶瓷和2mm厚铜板的接头显微组织图；
[0026]图3为对比例中无超声作用下AlN陶瓷和2mm厚铜板的接头显微组织图。
具体实施方式
[0027]具体实施方式一：本实施方式一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
[0028]一、预处理：
[0029]①
、将AlN陶瓷、厚铜板和钎料在SiC砂纸上打磨光滑，去除杂质和污染物，得到打磨后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料；
[0030]步骤一
①
中所述的钎料为纯锡或锡基钎料；
[0031]②
、将打磨后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料置于无水乙醇中，进行超声清洗，干燥，得到预处理后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料；
[0032]二、将预处理后的钎料置于钎料池中加热，加热至钎料熔化，对液态钎料持续施加超声振动；
[0033]三、将预处理后的AlN陶瓷置于液态钎料中5s～30s，取出，在大气环境下自然冷却至室温，得到表面含有钎料的AlN陶瓷；
[0034]四、把表面含有钎料的AlN陶瓷和厚铜板装卡并固定，使厚铜板与AlN陶瓷上的钎料相接触，得到待焊件；将待焊件加热至钎料熔化温度，并在该温度下对待焊件施加超声振动1s～10s，随后缓慢冷却至室温，得到AlN陶瓷覆厚铜基板，完成AlN陶瓷和厚铜的连接。
[0035]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：一、预处理：
①
、将AlN陶瓷、厚铜板和钎料在SiC砂纸上打磨光滑，去除杂质和污染物，得到打磨后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料；步骤一
①
中所述的钎料为纯锡或锡基钎料；
②
、将打磨后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料置于无水乙醇中，进行超声清洗，干燥，得到预处理后的AlN陶瓷、厚铜板和钎料；二、将预处理后的钎料置于钎料池中加热，加热至钎料熔化，对液态钎料持续施加超声振动；三、将预处理后的AlN陶瓷置于液态钎料中5s～30s，取出，在大气环境下自然冷却至室温，得到表面含有钎料的AlN陶瓷；四、把表面含有钎料的AlN陶瓷和厚铜板装卡并固定，使厚铜板与AlN陶瓷上的钎料相接触，得到待焊件；将待焊件加热至钎料熔化温度，并在该温度下对待焊件施加超声振动1s～10s，随后缓慢冷却至室温，得到AlN陶瓷覆厚铜基板，完成AlN陶瓷和厚铜的连接。2.根据权利要求1所述的一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法，其特征在于步骤一
①
中所述的SiC砂纸为#600SiC砂纸。3.根据权利要求1所述的一种AlN陶瓷覆厚铜基板的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈姝，许志武，李政玮，马钟玮，闫久春，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：