[发明专利]连接表面镀覆有薄膜金属层的AlN陶瓷和SiC/Al复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子封装材料及封装技术领域，提供了一种连接氮化铝陶瓷(AlN)与碳化硅铝基复合材料(SiC/Al)的方法。

背景技术

AlN陶瓷具有高热导率、低的介电常数和介电损耗、优异的力学性能和电绝缘性、无毒以及与Si相匹配的热膨胀系数等特点，被认为是新一代高功率电子器件陶瓷基片和封装的首选材料，在微电子领域的应用前景十分广阔。SiC/Al复合材料热导率高，密度低，热膨胀系数可通过控制碳化硅的体积分数调节，被认为是取代传统封装材料如可伐合金、钨铜、钼铜等的理想材料，在电子领域获得了越米越广泛的应用。为了使AlN和SiC/Al同时用于电子封装领域，有时需要将这两种材料的相互连接使用。

活性钎焊连接法是目前研究较多的用于连接AlN与其他材料的方法，主要利用钎料中的钛(Ti)、锆(Zr)等活性元素，与AlN表面发生反应来实现连接。但是一般这种焊料的熔点较高，钎焊温度通常在Al的熔点以上，因此，不适宜连接AlN和Al基复合材料。因此，需要研究一种既能很好的连接AlN和SiC/Al，又不影响到母材性能的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种连接表面镀覆有薄膜金属层的AlN陶瓷和SiC/Al复合材料的方法。本发明采用钎焊连接方法，能够在低于600℃的温度下实现两种材料的钎焊，钎焊温度在母材中铝的熔点以下，不影响母材的性能。

一种连接表面镀覆有薄膜金属层的AlN陶瓷和SiC/Al复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)使用的AlN陶瓷和SiC/Al复合材料均已表面镀覆1～10μm的薄膜金属层，焊料为Al-Ag-Cu共晶焊料；

(2)，AlN陶瓷、SiC/Al以及焊料清洗干净后，将焊料放入氟化物助焊剂中浸泡3～5秒；

(3)然后将浸泡后的Al-Ag-Cu焊料薄片，置于AlN陶瓷和SiC/Al复合材料焊接面之间，并加一小块压块，使焊料与母材之间充分接触；

(4)将上述准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入保护性气体，在保护性气体条件下进行钎焊，钎焊程序为直线或阶梯升温至560～600℃，在温度为560～600℃的保护性气氛中保温3～30分钟，再随炉或阶梯冷却至室温。

所述AlN陶瓷和SiC/Al复合材料表面需要先进行薄膜金属化，即镀镍。

所述使用的焊料为40Al-40.7Ag-19.3Cu共晶焊料。

所述步骤(4)中的钎焊程序为：以10℃/min的速率升温至560～600℃，随炉冷却至室温或将升温程序设置为300℃保温3min，400℃保温3min，550℃保温3min，560～600℃保温5min。冷却程序为快速冷却至500℃，接着缓慢冷却至室温。

本发明的特点在于实现了SiC/Al和AlN在500～600℃这个温度阶段的钎焊，不影响母材的基本性能，钎焊接头剪切强度达到100MPa以上，气密性为1.0×10^-11Pa·m³/s，均达到国家标准。

具体实施方式

实施实例1：将Al-Ag-Cu焊料薄片打磨光滑平整到0.1mm，使用丙酮溶液清洗干净并在氟化物钎剂中浸泡5秒，然后置于AlN和SiCp/Al的焊接面之间，并加一小块压块，使焊料与母材之间充分接触，将以上准备好的材料放入钎焊炉；给钎焊炉通入氩气，以10℃/min的速率升温至570℃，并保温10min，最后随炉冷却至室温，即可实现氮化铝与碳化硅铝基的连接，钎焊接头剪切强度达到100MPa以上，气密性为1.0×10^-11Pa·m³/s，均达到国家标准。

实施实例2：将Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.2mm，清洗干净并在氟化物钎剂中浸泡5秒，然后置于AlN和SiCp/Al的焊接面之间，并加一小块压块，使母材与焊料充分接触，将以上准备好的材料放入钎焊炉；给钎焊炉通入氩气，以10℃/min的速率升温至580℃，并保温5min，最后随炉冷却至室温，钎焊接头剪切强度达到100MPa以上，气密性为1.0×10^-11Pa·m³/s，均达到国家标准。