一种采用钎焊工艺制备金刚石双面覆铜基板的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种采用钎焊工艺制备金刚石双面覆铜基板的方法及应用，将金刚石基片、活性焊料、铜箔按照铜箔/活性焊料/金刚石基片/活性焊料/铜箔方式堆叠后真空钎焊连接，然后经切割处理后既得金刚石双面覆铜基板；所述活性焊料成分由选自钛、锆、钒、钽、铪、铌、铬、铝、镁中的至少一种活性元素与选自金、铜、银、锡、铟、镍、钯中的至少一种非活性元素组成。属于芯片载板和散热技术领域关键核心技术。金刚石双面覆铜基板的制备，为高性能功率芯片和激光芯片模块制造奠定了基础。光芯片模块制造奠定了基础。光芯片模块制造奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种采用钎焊工艺制备金刚石双面覆铜基板的方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种采用钎焊工艺制备金刚石双面覆铜基板的方法及应用，属于芯片载板和散热


技术介绍

[0002]功率芯片和激光芯片模块的热流密度越来越大。陶瓷双面覆铜基板是芯片模块中重要的载板和散热部件，其性能决定了芯片模块的寿命。
[0003]目前，陶瓷双面覆铜基板使用的陶瓷基片主要为Al2O3、AlN和Si3N4陶瓷。其中Al2O3陶瓷基片的热导率为20~30 W/(m
·
K)，断裂韧性为3.3 MPa/m
0.5
；AlN陶瓷基片的热导率为260 W/(m
·
K)，断裂韧性为3.0 MPa/m
0.5
；Si3N4陶瓷的断裂韧性为6 MPa/m
0.5
，理论热导率为400 W/(m
·
K)，但目前商用Si3N4陶瓷产品的热导率仅为80~100 W/(m
·
K)。
[0004]随着芯片模块对陶瓷双面覆铜基板散热能力和机械性能的要求越来越高，AlN陶瓷基片和Si3N4陶瓷基片的综合性能存在发展瓶颈。金刚石是目前已知自然界中热导率最高的物质，热导率为1000~2200 W/(m
·
K)，优胜于其他陶瓷基片数十倍甚至上百倍；并且具有较高的断裂韧性5.3 MPa/m
0.5
，是制造更低功耗、更高功率密度芯片用双面覆铜基板的最佳基片材料。
[0005]目前关于金刚石双面覆铜基板的报道较少。本专利技术提出并采用活性焊料钎焊连接的方法实现了金刚石双面覆铜基板的制备，是芯片载板和覆铜板领域重大技术创新和进步。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种采用钎焊工艺制备金刚石双面覆铜基板的方法及应用，本专利技术采用活性焊料钎焊连接金刚石与铜箔，实现金刚石双面覆铜基板的制备。
[0007]本专利技术提供一种采用钎焊工艺制备金刚石双面覆铜基板的方法，将金刚石基片、活性焊料、铜箔按照铜箔/活性焊料/金刚石基片/活性焊料/铜箔方式堆叠后真空钎焊连接，然后经切割处理后既得金刚石双面覆铜基板；所述活性焊料成分由选自钛、锆、钒、钽、铪、铌、铬、铝、镁中的至少一种活性元素与选自金、铜、银、锡、铟、镍、钯中的至少一种非活性元素组成。所述金刚石双面覆铜基板自上而下分别为铜层、连接层、界面结合层、金刚石基片、界面结合层、连接层、铜层；界面结合层的厚度为0.001μm ~20 μm，所述界面结合层选自TiC、Ti2C、Ti3C2、Ti4C3、Ti5C4、Ti6C3、Ti7C3、Ti8C5、ZrC、Zr2C、Zr3C2、V2C、V6C5、V8C7、TaC、Ta2C、Ta4C3、HfC、NbC、Nb2C、Nb3C、Nb5C2、Nb4C3、Cr3C、Cr3C2、Cr7C3、Cr
23
C6、Al2C、Al3C、Al4C3、MgC、Mg2C3、MgC2中的一种或多种；所述连接层由选自钛、锆、钒、钽、铪、铌、铬、铝、镁中的至少一种元素与选自金、铜、银、锡、铟、镍、钯中的至少一种元素组成。
[0008]进一步地，在上述技术方案中，所述活性焊料为焊片或焊膏。
[0009]进一步地，在上述技术方案中，所述活性焊料中活性元素含量为0.1 wt.%~15 wt.%；优选0.1 wt.%~10 wt.%；更优选0.1 wt.%~5 wt.%。
[0010]进一步地，在上述技术方案中，所述金刚石基片为单晶金刚石或多晶金刚石；所述金刚石基片面积为不小于3
×
3 mm2；所述金刚石基片的厚度为不小于2 μm。
[0011]进一步地，在上述技术方案中，所述铜箔为无氧铜；所述无氧铜的纯度为不小于99.9%；所述铜箔厚度为不大于2 mm。
[0012]进一步地，在上述技术方案中，所述真空钎焊真空度为10
‑1Pa ~10
‑5Pa；优选10
‑2Pa ~10
‑5Pa；更优10
‑3Pa ~10
‑4Pa。
[0013]进一步地，在上述技术方案中，所述钎焊温度为300℃~950 ℃；优选500℃~800 ℃；更优600℃~750 ℃。
[0014]进一步地，在上述技术方案中，所述钎焊时间为0.1 min ~60 min；优选0.1 min ~30 min；更优0.1 min ~10 min。
[0015]进一步地，在上述技术方案中，所述钎焊压力为0.1 kPa ~1000 kPa；优选0.1 kPa ~500 kPa；更优0.1 kPa ~100 kPa。
[0016]进一步地，在上述技术方案中，所述界面结合层的厚度为0.001μm ~20 μm；优选0.01μm
ꢀ‑
10 μm；更优选0.1μm
ꢀ‑
3 μm。
[0017]进一步地，在上述技术方案中，所述连接层的厚度为1μm ~200 μm；优选1μm
ꢀ‑
150 μm；更优选1μm
ꢀ‑
100 μm。
[0018]本专利技术提供上述方法得到的金刚石双面覆铜基板在芯片载板和散热
的应用。
[0019]有益效果本专利技术涉及一种采用钎焊工艺制备金刚石双面覆铜基板的方法及应用，属于芯片载板和散热
关键核心技术。本专利技术采用活性焊料钎焊连接金刚石基片与铜箔，实现金刚石双面覆铜基板制备，为高性能功率芯片和激光芯片模块制造奠定基础。
附图说明
[0020]图1a是实施例1中制备的金刚石双面覆铜基板立体图；图1b是实施例1中制备的金刚石双面覆铜基板截面图；图2是实施例1中制备的金刚石双面覆铜基板单侧显微组织SEM图；图3是实施例2中制备的金刚石双面覆铜基板单侧显微组织SEM图；图4是实施例3中制备的金刚石双面覆铜基板单侧显微组织SEM图；图中，1、金刚石；2、铜。
具体实施方式
[0021]以下结合附图对本专利技术作进一步说明。以下实施例只是作为理解本专利技术用，并不限制本专利技术。
[0022]实施例1本实施例所用金刚石基片为多晶金刚石，面积为10
×
10 mm2，厚度为900 μm；无氧铜箔厚度为0.3 mm，纯度为99.99%，面积为15
×
15 mm2；活性焊片的成分为64Ag34.25Cu1.75Ti (wt.%)，厚度为40 μm，面积为12
×
12 mm2。
[0023]（1）按照铜箔/活性焊片/金刚石基片/活性焊片/铜箔堆叠顺序装夹在工装夹具
中，将工装夹具放置于真空钎焊炉中进行钎焊；真空度2
×
10
‑3Pa，钎焊温度820 ℃，钎焊时间10 min，钎焊压力20 kPa。
[0024]（2）待真空钎焊炉冷却至室温，取出经切割处理后既得金刚石双面覆铜基板；金刚石双面覆铜基板自上而下分别为铜层，连接层，界面结合层，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种采用钎焊工艺制备金刚石双面覆铜基板的方法，其特征在于：将金刚石基片、活性焊料、铜箔按照铜箔/活性焊料/金刚石基片/活性焊料/铜箔方式堆叠后真空钎焊连接，然后经切割处理后既得金刚石双面覆铜基板；所述活性焊料成分由选自钛、锆、钒、钽、铪、铌、铬、铝、镁中的至少一种活性元素与选自金、铜、银、锡、铟、镍、钯中的至少一种非活性元素组成；所述金刚石双面覆铜基板自上而下分别为铜层、连接层、界面结合层、金刚石基片、界面结合层、连接层、铜层；界面结合层的厚度为0.001μm ~20 μm，所述界面结合层选自TiC、Ti2C、Ti3C2、Ti4C3、Ti5C4、Ti6C3、Ti7C3、Ti8C5、ZrC、Zr2C、Zr3C2、V2C、V6C5、V8C7、TaC、Ta2C、Ta4C3、HfC、NbC、Nb2C、Nb3C、Nb5C2、Nb4C3、Cr3C、Cr3C2、Cr7C3、Cr
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C6、Al2C、Al3C、Al4C3、MgC、Mg2C3、MgC2中的一种或多种；所述连接层由选自钛、锆、钒、钽、铪、铌、铬、铝、镁中的至少一种元素与选自金、铜、银、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍宏，刘海瑞，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：