一种制造技术

本发明专利技术属于电子封装材料领域，涉及一种

【技术实现步骤摘要】
一种Si3N4陶瓷覆银板及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷金属化
，特别涉及一种
Si3N4陶瓷覆银基板及其制备方法
。

技术介绍

[0002]目前
IGBT
作为重要的电力电子的核心器件，其可靠性是决定整个装置安全运行的最重要因素
。
散热问题已成为大功率
IGBT
模块发展中需要解决的关键问题
。
作为封装材料的陶瓷基板是
IGBT
模块中关键的配套材料
。IGBT
应用在很多领域，广泛应用于轨道交通
、
智能电网
、
航空航天
、
电动汽车与新能源装备等领域，尤其在电源行业
、
新能源汽车及光伏类
IGBT
快速增长的大背景下，高性能散热陶瓷基板的需求将与日俱增，而且对基板的性能要求严格
。
[0003]目前国内做封装
IGBT
的陶瓷基板主要有
Al2O3和
AlN
陶瓷
。
而
Al2O3陶瓷的热导率很低
(20
‑
30W/m
·
k)
，
Al2O3陶瓷基板很难应用于高电压
、
高电流的功率器件；
AlN
陶瓷基板的热导率很高
(170
‑
230W/(m
·
k)),
但是其抗弯曲强度相对较低，力学性能较差，导致
AlN
基板的使用寿命较短
。
与
Al2O3和
AlN
陶瓷基板材料相比，
Si3N4具有一系列独特的优势，同时
Si3N4具有高强度
、
高硬度
、
耐高温
、
良好的热震性和低介电损耗的特点而且具有非常接近半导体
Si
芯片的热膨胀系数
。
现阶段商用的
Si3N4陶瓷的热导率为
90W/m
·
k
，但近年来国内的一些研究机构对
Si3N4的研究有一些成果，就如中科院上硅所曾宇平研究团队研制出平均热导率为
95W/m
·
k
，最高可达
120W/m
·
k。
可见
Si3N4陶瓷基板是一种理性的散热和封装材料
。
[0004]目前对
Si3N4陶瓷覆
Ag
基板的研究极少，由文献“Experimental and theoretical study on air reaction wetting and brazing of Si3N
4 ceramic by Ag
‑
CuO filler metal:Performance and interfacial behavior”中
Ag
与
Si3N4陶瓷的接触角为
92
°
，氮化硅与
Ag
的润湿性很差，使得
Ag
与
Si3N4的结合较为困难，所以选择合适的
Si3N4陶瓷基板金属化的方法十分重要
。

技术实现思路

[0005]本专利技术在于提供了一种
Si3N4陶瓷覆
Ag
基板及制备方法，目的是为了解决制备
Si3N4陶瓷覆
Ag
板中
Ag
与
Si3N4陶瓷之间的附着
、
以及
Si3N4陶瓷覆
Ag
基板的图案化的设计，故在
Si3N4陶瓷表面烧结一层金属
Ni
，为了让
Si3N4陶瓷与
Ag
片之间依次形成纯
Ni
和
Ag
‑
Ni
复合层，从而促进
Si3N4陶瓷与
Ag
的附着
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的，一种
Si3N4陶瓷覆
Ag
基板及其制备方法，氮化硅表面金属化的制备方法由如下步骤组成：
[0007](1)
对
Si3N4陶瓷基板和
Ag
片进行预处理；
[0008](2)
配制有机溶剂：将市售的乙基纤维素
、
松油醇
、
司盘和蓖麻油以一定的质量比配制，置于一定温度的磁力搅拌水浴锅中进行混合均匀；
[0009](3)Ni
粉：去市售的
Ni
粉进行球磨，烘干，得到尺寸一致的
Ni
粉末；
[0010](4)
将上述配制的有机溶剂与制备的
Ni
粉末以一定的质量比进行配制，并在一定温度下的磁力搅拌水浴锅中混合均匀得到
Ni
浆料；
[0011](5)
通过丝网印刷工艺将上述获得的
Ni
浆料均匀印刷在上述处理好的陶瓷基板上；
[0012](6)
将上述印刷好的陶瓷基板放入多功能烧结炉内烧结金属
Ni
层；
[0013](7)
在上述烧结好的陶瓷基板表面放置预处理好的
Ag
片，并将其放入通有惰性气体炉内进行烧结
。
[0014]步骤
(1)
中，预处理分别是：对
Si3N4陶瓷基板进行预处理的方法为：
Si3N4陶瓷衬底双面磨平
、
抛光后，依次置于
5mol/L
氢氧化钠溶液
、
去离子水
、1mol/L
稀盐酸溶液
、
去离子水
、
丙酮
、
去离子水中各进行超声清洗
30min
，再置于干燥箱
80℃
中烘干备用；对
Ag
片进行预处理的方法为：置于
1mol/L
稀盐酸溶液
、
去离子水中各进行超声清洗
30min
，再置于干燥箱
80℃
中烘干
。
[0015]步骤
(2)
中，乙基纤维素
、
松油醇
、
司盘和蓖麻油的质量比为
8:87:3.5:1.5
；水浴温度为
85
～
95℃。
[0016]步骤
(4)
中，
Ni
粉与有机溶剂的质量比为
2:1
，水浴温度为
85℃。
[0017]步骤
(5)
中，丝网印刷的网格目数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Si3N4陶瓷覆银基板的制备方法，所述
Si3N4陶瓷基板与银片之间依次含有纯
Ni
和
Ag
‑
Ni
复合层，其特征在于，具体步骤如下：
(1)
对
Si3N4陶瓷基板和
Ag
片进行预处理；
(2)
配制有机溶剂：将市售的乙基纤维素
、
松油醇
、
司盘和蓖麻油以一定的质量比配制，置于一定温度的磁力搅拌水浴锅中进行混合均匀；
(3)Ni
粉：去市售的
Ni
粉进行球磨，烘干，得到尺寸一致的
Ni
粉末；
(4)
将上述配制的有机溶剂与制备的
Ni
粉末以一定的质量比进行配制，并在一定温度下的磁力搅拌水浴锅中混合均匀得到
Ni
浆料；
(5)
通过丝网印刷工艺将上述获得的
Ni
浆料均匀印刷在上述处理好的陶瓷基板上；
(6)
将上述印刷好的陶瓷基板放入多功能烧结炉内烧结金属
Ni
层；
(7)
在上述烧结好的陶瓷基板表面放置预处理好的
Ag
片，并将其放入通有惰性气体炉内进行烧结
。2.
如权利要求1所述的一种
Si3N4陶瓷覆银基板的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，预处理分别是：对
Si3N4陶瓷基板进行预处理的方法为：
Si3N4陶瓷衬底双面磨平
、
抛光后，依次置于
5mol/L
氢氧化钠溶液
、
去离子水
、1mol/L
稀盐酸溶液
、
去离子水
、
丙酮
、
去离子水中各进行超声清洗
30min
，再置于干燥箱
80℃
中烘干备用；对
Ag
片进行预处理的方法为：置于
1mol/L
稀盐酸溶液
、
去离子水中各进行超声清洗
30min
，再置于干燥箱
80℃
中烘干
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂武，王北极，张相召，周研声，杨建，乔冠军，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：