[发明专利]一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法，属于覆铜基板制造技术领域。本发明在陶瓷基板的上下两个表面分别进行双层预金属化和钎焊，解决了现有的陶瓷覆铜板焊接强度低，界面应力大，使用可靠性低的问题。具体步骤为：(1)将氮化铝陶瓷进行清洗，然后采用真空磁控溅射或离子镀的方法对陶瓷表面进行离子轰击；(2)依次在陶瓷上下表面真空磁控溅射或离子镀沉积Ti、Zr、Hf或Cr金属层，Cu金属层；(3)在沉积了金属层的陶瓷基板两侧涂覆金属焊膏，装卡后在真空钎焊炉中进行高温焊接。本发明可以实现氮化铝陶瓷基板厚铜连接，工艺简单，并提高了氮化铝陶瓷厚铜金属化的效果，与直接钎焊相比界面应力更低。

技术领域

本发明属于覆铜基板制造技术领域，具体涉及间接钎焊中降低氮化铝陶瓷基板界面应力的方法。

背景技术

陶瓷覆铜板是大功率模块封装中的关键材料，是指在陶瓷表面进行金属化的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，耐热循环性能好，可靠性高，界面结合强度高，并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，和传统的工艺相比，活性钎焊陶瓷覆铜板可实现陶瓷基板的厚铜金属化，使其线路具有很大的载流能力。陶瓷覆铜板具有足够高的机械强度，除搭载元件外，也能作为支持构件使用；因此，陶瓷覆铜板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。但由于陶瓷和金属性质上的差异，陶瓷和金属连接较为困难。目前陶瓷与金属的钎焊分为直接钎焊和间接钎焊方法，直接钎焊方法是使用含有Ti或Zr的活性元素的钎料,直接把陶瓷与金属钎焊在一起。一般直接钎焊选用的钎料熔化温度较高,能满足陶瓷构件高温状态使用的要求。但由于陶瓷和金属之间存在大的热膨胀系数差异，冷却过程和使用过程中会产生大的应力而产生微裂纹，并且一般的金属对陶瓷润湿性较差，达不到钎焊要求从而影响了钎焊的效果。间接钎焊法是对氮化铝表面进行预金属化，在其表面形成一层致密且牢固的金属化层，使其与钎料具有较好的润湿性，从而实现陶瓷和金属的钎焊连接。

申请号为201310752241.7的中国专利提出了高导热氮化硅陶瓷覆铜板及其制备方法，采用直接活性钎焊Ag、Cu、Ti或Ag、Cu、Zr粉末制成活性金属焊膏，涂覆装卡后真空高温焊接，此方法采用弯曲强度更高的氮化硅陶瓷基板将氮化铝或氧化铝基板替换得到耐冲击能力更强的陶瓷基板。

申请号为CN 105330340 A的中国专利提出一种用于钎焊的氧化铝陶瓷金属化方法，采用间接钎焊法钎焊氧化铝陶瓷基板，采用真空磁控溅射、真空蒸镀或真空磁控溅射或离子镀的方法在氧化铝陶瓷的表面依次沉积其特征在于步骤(2) 中，控制Ti、Zr或Hf金属层的厚度为0.2-0.9μm，Mo或Cr金属层的厚度为I-2.5 μm，Ni或Cu金属层的厚度为2-4.5μm，金属层Mo或Cr金属层可以缓解在钎焊冷却过程中产生的残余应力，有利于获得牢固可靠的钎焊接头，最外层的Ni 或Cu金属层可大大提高普通钎料(如AgCu28)在金属化层上的润湿性，改善钎焊效果。

申请号为CN102515874A的中国专利一种氮化铝陶瓷的表面金属化方法，采用间接钎焊法钎焊微波真空器件，磁控溅射镀膜Ti、Ta或Ta，形成第一层金属膜，厚度为e.采用Cu、Au、或W、Mo、Ni、Ta、Zr，或W_Cu、 Mo-Cu合金形成第二层金属膜，厚度为f.采用电镀或化学镀的方法 Ni、Au或Cu形成第三层金属膜，厚度为1-5μm。

研究表明直接钎焊可实现陶瓷基板的金属化，但样品中容易产生较大的热应力和缺陷造成产品失效。而上述专利间接钎焊工艺较复杂，本专利采用真空磁控溅射或离子镀双层预金属化层，工艺简单，可以得到低应力状态、可靠性好的界面。