[发明专利]一种氮化铝陶瓷覆铜板的间接钎焊方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝陶瓷覆铜板的间接钎焊方法，属于陶瓷覆铜板制造技术领域。制备过程：将Ag粉、Cu粉、镀铜低膨胀陶瓷粉和镀铜石墨烯粉混合均匀后制备复合钎料，向复合钎料中加入有机粘结剂制备复合钎料浆料；在氮化铝陶瓷表面沉积活性金属元素Ti、Zr、Hf或Cr。将复合钎料涂覆到溅射有活性元素的氮化铝陶瓷基板表面后，双面复合无氧铜片，所得装配体烘干后放入真空炉中进行钎焊。本发明将具有低膨胀系数的陶瓷颗粒引入到钎料中，使接头热膨胀系数梯度过渡，进而显著降低了接头的残余应力水平。本发明将具有高导热性和高强度的石墨烯引入的复合钎料中，既能增加钎料的强度又能改善其导热性。

技术领域

本发明涉及陶瓷覆铜板制造技术领域，具体涉及一种氮化铝陶瓷覆铜板的间接钎焊制造方法。

背景技术

陶瓷覆铜板由无氧铜与陶瓷基板组合而成，它同时兼顾了无氧铜的高导电、高导热性以及陶瓷材料的高绝缘、低膨胀等特性，是极其重要的电子封装材料，在新能源汽车、动力机车、航空航天等领域具有广阔的应用前景。氮化铝陶瓷具有导热系数高、化学稳定性好等突出的优点，是制造高导热陶瓷覆铜板的常用材料。

目前氮化铝陶瓷覆铜板的制造方法主要包括直接镀铜法(DPC)、直接键合法(DBC)和活性金属钎焊法(AMB)。其中活性钎焊法依靠钎料中的活性元素在高温条件下与陶瓷基体发生化学反应来实现两者的冶金结合。该方法具有结合强度高、可靠性好等诸多优点。

然而由于氮化铝陶瓷(4.7×10^-6℃^-1)和无氧铜(18.6×10^-6℃^-1)之间存在较大的热膨胀系数差异，同时陶瓷覆铜板的连接面积较大(常见产品尺寸为4.5英寸、6英寸等)，并且陶瓷覆铜板在使用过程中冷热循环会进一步导致残余应力的累积。因此接头残余应力问题已经成为制约氮化铝陶瓷覆铜板使用寿命的关键难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化铝陶瓷覆铜板的间接钎焊方法，该方法能够提高陶瓷覆铜板的结合强度和抗冷热循环能力。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种氮化铝陶瓷覆铜板的间接钎焊方法，该方法包括如下步骤：

(1)材料准备：将氮化铝陶瓷基片在酒精或丙酮中进行超声清洗20-30min，去除表面油污，然后采用吹风机吹干备用；无氧铜片酸洗(10-15wt.％H₂SO₄)5-10min，去除表面氧化膜，然后在酒精或丙酮中进行超声清洗20-30min，最后采用吹风机吹干备用；

(2)复合钎料浆料的制备：将Ag粉、Cu粉、镀铜低膨胀陶瓷粉和镀铜石墨烯粉混合均匀后制备出复合钎料，向复合钎料中加入重量为复合钎料5％-20％的有机粘结剂并搅拌均匀后获得复合钎料浆料；

(3)活性元素引入：采用真空磁控溅射或离子镀的方法在清洗后的氮化铝陶瓷基片表面沉积活性金属元素Ti、Zr、Hf和Cr中的一种；

(4)接头装配：将步骤(2)制备的复合钎料浆料涂覆到步骤(3)沉积有活性金属元素的氮化铝陶瓷基板表面，然后按照在涂覆复合钎料浆料的氮化铝陶瓷基板两个表面复合所述无氧铜片，即按照“无氧铜片/复合钎料/活性金属元素/氮化铝/活性金属元素/复合钎料/无氧铜片”的结构进行装配，形成装配体；

(5)烘干：将步骤(4)所得装配体放在真空干燥箱中烘干，以去除有机粘结剂，烘干温度为50-100℃，烘干时间为20-60min；

(6)真空钎焊：将烘干后的装配体放入真空炉中进行钎焊，真空度为1×10^-2Pa-1×10^-4Pa，钎焊后即获得所述氮化铝陶瓷覆铜板。