[发明专利]电子线路基片

说明书

本申请是申请日为1995年4月11日，申请号为95104308.0，发明名称为“制造金属陶瓷焊接材料或部件的方法、其产品和产品用途”的中国发明专利申请的分案申请。

本发明涉及由牢固的金属陶瓷焊接(MBC)(metal-bonded-ceramic)部件板制成的电子线路基片。

MBC部件被广泛用于汽车、电子设备及其它领域，因为它利用了陶瓷的化学稳定性、高熔点、绝缘性和高的硬度，以及金属的高强度、高韧性、自由加工性和传导性。这些部件的典型应用包括汽车涡轮增压器的转子、以及用于安装大功率电子元件的基片和包封。

已经知道MBC材料及部件可用不同方法例如粘合、电镀、金属化、热喷射、钎焊、DBC、热装套和浇铸来制造。粘合是一种用有机或无机粘合剂将金属件与陶瓷元件焊接起来的方法。电镀方法包括活化陶瓷件的表面，并将其浸于电解槽内以形成一个金属镀层。金属化的方法是在陶瓷件的表面涂上一层含金属颗粒的浆料，然后进行烧结以形成金属层。热喷射是将熔融金属(或陶瓷)的液滴喷射到陶瓷(或金属)件的表面，从而在那个表面上形成了一层金属(或陶瓷)层。钎焊是借助低熔点的填料金属或合金将金属和陶瓷元件焊接起来。为了保证使填料金属或合金与陶瓷件牢固焊接，通过一种合适的方法例如金属化或热喷射，在陶瓷的焊接表面加上一种与陶瓷高度反应的金属组份或在陶瓷的焊接表面预先形成一层金属层。DBC是为了将氧化物陶瓷件与铜元件结合起来而特定开发的技术。根据DBC，当铜元件与陶瓷件焊接时，将含氧的铜元件在惰性气氛中加热，或者首先将无氧的铜板表面氧化形成一层氧化层，然后将其焊接到陶瓷件上。为了利用DBC技术将非氧化物陶瓷件与铜元件焊接起来，首先要在非氧化物陶瓷件的表面形成一层氧化物层。在热装套时，在要结合的陶瓷和金属件上分别形成一个凸起和凹处，便得凸起部分的外径与凹处的内径相等，然后加热金属使凹处膨胀，并将瓷件上的凸起部分放入凹处，此后，将两个元件冷却，使它们形成一个整体结合，其中陶瓷件上的凸起部分嵌套在金属件上的凹处。浇铸与热装套相类似，只是它将金属浇铸在陶瓷周围并冷却，使金属收缩，并使得陶瓷件嵌套成为一个整体部分。

但是，这些现有技术有它们的问题。粘合法制得的复合材料的粘合强度和耐热性差。电镀、金属化和热喷射方法的应用通常局限于形成厚度从几微米到几十微米范围内的薄的金属(或陶瓷)层时的情况。热装套或浇铸法仅适用于某些特殊情况，即至少部分陶瓷件要嵌套在金属中，在DBC方法中，铜是能被焊接的唯一金属，而且焊接温度必须在接近Cu—O低共熔点的很窄的范围内，因此很容易形成焊接缺陷如隆起和焊接不完全。钎焊使用昂贵的填料金属或合复，而且要求焊接操作在真空中进行，因此，操作费用太高以至于限制了该方法在大范围内的应用。

如上所述的，MBC部件可用作安装大功率电子元件的基片。现在所用的MBC基片有在表面形成有铜线路图案的陶瓷基片。根据所用陶瓷基片的种类和制造MBC基片的方法，市场上的复合材料基片可分为铜/氧化铝直接焊接基片，铜/氮化铝直接焊接基片，铜/氧化铝钎焊基片和铜/氮化铝钎焊基片。

未审查的日本专利52—37914公开了一种制造铜/氧化铝直接焊接基片的方法：将一块合氧铜板叠放在一块氧化铝基片上，或者在将铜板通过形成在界面上的铜和铝的复合氧化物焊接在氧化铝上之前，将无氧铜板在氧化气氛下加热，以在无氧铜板的表面形成氧化铜。

为了制造铜/氮化铝直接焊接基片，必须首先在氮化铝基片的表面形成一层氧化物。未审查日本专利3—93687中叙述了一种这样的生产方法：首先，将氮化铝基片在大约1000℃的温度下于空气中处理，以在其表面形成一层氧化膜，然后使用前面一段所述的方法，通过中间的氧化层将铜板焊在氮化铝基片上。

为制造铜/氧化铝或氮化铝钎焊的基片，借助低熔点的填料金属将铜板焊接在陶瓷基片上。一种常用的填料金属是由包括Ag、Cu和Ti的合金制成。在这种情况下，加入Ag的目的是为了降低熔点，而添加Ti是为了增加填料金属对陶瓷的湿润性。