[发明专利]一种WP/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基复合屏蔽材料与电子封装用陶瓷的焊接方法，特别涉及一种W_p/Al复合材料与Al₂O₃陶瓷的焊接方法，属于屏蔽性封装技术领域。

背景技术

在航空航天领域使用的半导体器件长期工作在空间辐射环境下，受宇宙射线、高能电子、质子等的辐照，其电参数尤其是MOS器件的阈值电压等很快退化，严重影响了航天器的使用寿命，针对半导体器件的抗辐射加固工艺研究，一直是微电子屏蔽性封装领域关注的课题。

W_p/Al复合材料是一种具有辐射屏蔽功能的结构/功能一体化材料。该复合材料含有的W元素具有很大的比重，可有效屏蔽宇宙射线、高能电子、质子以及由它们所产生的二次γ射线辐射。W颗粒不但作为一种屏蔽组元发挥屏蔽作用，而且它还能作为一种增强相提高复合材料的拉伸强度等力学性能。因此采用该复合材料对半导体器件进行封装，能够使这种封装具有屏蔽辐射的功能。

然而W_p/Al复合材料与常用的钎料润湿性较差，如果不对其表面进行处理，很难实现可靠地封装效果，封装后的气密性和结合强度等达不到使用要求。

发明内容

针对W_p/Al复合材料与常用的钎料润湿性较差的问题，本发明的目的在于提供一种W_p/Al复合材料与Al₂O₃陶瓷的焊接方法，以实现焊接后W_p/Al复合材料与Al₂O₃陶瓷的有效焊接。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种W_p/Al复合材料与Al₂O₃陶瓷的焊接方法，包括以下步骤：

(1)将W_p/Al复合材料表面打磨、除油、见光，用去离子水洗涤；

(2)将处理后的W_p/Al复合材料放入浸锌液中进行浸锌预处理；

(3)采用磁控溅射法在W_p/Al复合材料表面溅射厚度为0.5～2μm的金属沉积层；

(4)将表面镀有Au层的Al₂O₃陶瓷、Au-Sn焊料和步骤(2)中得到的具有金属沉积层的Wp/Al复合材料依次叠放，一并放入真空烧结炉中进行真空焊接，焊接温度为310～350℃，保温时间为3～10min，然后降温至50℃以下出炉。

W_p/Al表示复合材料以Al为基体，以W颗粒为屏蔽组元。对于W_p/Al复合材料，W的体积分数大于25％时才具有很好的屏蔽效果，但当W的体积分数大于30％以后会由于体积分数太大会导致致密度降低，给制备加工和焊接工艺带来很大的难度。因此，在本发明的焊接方法中，W_p/Al复合材料中的W的体积分数优选为26％～30％。

在本发明的焊接方法中，Al₂O₃陶瓷上预制的Au层的厚度不小于5μm。

其中，所述除油的工艺为：将复合材料浸入温度为60～80℃、浓度为10～20g/L的Na₂CO₃水溶液中2～5min，然后用去离子水冲洗；所述见光的工艺为：将除油后的复合材料浸入浓度为20％～50％的HNO₃水溶液中10～20min后取出。

所述的浸锌液中包含100～150g/L的NaOH、10～20g/L的ZnO、30～50g/L的酒石酸钾钠。

所述浸锌预处理的工艺为：将复合材料浸入浸锌液中20～50s，然后浸入浓度为20％～50％的HNO₃水溶液中5～10s进行酸洗剥锌，再将复合材料浸入浸锌液中20～50s，取出后用去离子水洗涤，烘干。

所述的金属沉积层为单一的Au层，或者是包括Ni层和Au层的双层，其中位于W_p/Al复合材料表面最外层的为Au层；在磁控溅射过程中需对复合材料进行加热处理，使复合材料的温度保持在150～250℃，以提高溅射膜与基体的结合力。

所述的Au-Sn焊料中金的质量百分数为80％，其余为Sn；在真空焊接过程中，在250℃以下的升温速率不大于100℃/h，250℃以上的升温速率为200～300℃/h，降温速率不大于100℃/h。

本发明的优点在于：