[发明专利]一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法，本发明通过氮化硅陶瓷基板与无氧铜层之间的活性金属焊料层的改变，通过在活性金属焊料层中设置分层的方式，通过活性金属焊料A层与B层的不同焊料组合，改变其热膨胀系数与弹性模量，使得活性金属焊料层内的应变能得以被降低与分解，并且本发明还使用激光处理陶瓷基板表面，使得陶瓷基板与铜层的结合能力更强，并可以具有更长的使用寿命；此外本发明还利用了在钎焊过程中利用超声波的空化作用，辅助钎焊，节约了钎焊时间与成本，在我国陶瓷覆铜基板市场有着广泛的应用。

技术领域

本发明涉及半陶瓷金属化技术领域，具体为一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法。

背景技术

目前功率电器器件用陶瓷覆铜基板的材料主要有氧化铝、氮化铝和氮化硅陶瓷，氧化铝陶瓷覆铜基板多采用直接覆铜法制备，受制于材料本身以及加工工艺的限制，氧化铝陶瓷覆铜基板热导率低、散热能力差，只能用于要求精度不高的领域；氮化铝陶瓷覆铜基板则具有着较好的散热能力，可以应用在一些具有精度要求，且大电流、大功率和需要高散热的场合，但是由于氮化铝陶瓷本身强度较低，导致了其应用范围的一些限制。

氮化硅陶瓷覆铜基板以其高强度、高韧性、高可靠性成为目前陶瓷覆铜基板领域最具前途的材料之一，虽然相较于氧化铝陶瓷与氮化铝陶瓷而言，氮化硅陶瓷的散热能力以及与无氧铜的适配性均有一定的提升，然而在使用过程中，氮化硅陶瓷覆铜基板依然无法达到其理论计算的强度值与使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：所述氮化硅陶瓷覆铜基板包括氮化硅陶瓷基板和陶瓷覆铜基板两侧表面的铜层，其中所述氮化硅陶瓷基板和所述铜层之间设置有活性金属焊料层，所述活性金属焊料层包括活性金属焊料A层与活性金属焊料B层，其中，所述活性金属焊料A层与氮化硅陶瓷基板接触；所述活性金属焊料B层与铜层接触。

进一步的，按重量份数计，所述活性金属焊料A层含有75-90份软质组分和10-25份硬质组分，其中软质组分为Ti、Ag、Cu、Sn、Ni和Al中的一种或多种，硬质组分为陶瓷颗粒、碳纤维、碳化钨颗粒中的一种或多种。

进一步的，所述活性金属焊料B层，其组分为Ti、Ag、Cu、Sn、Ni和Al中的一种或多种。

进一步的，所述氮化硅陶瓷基板厚度为0.3-0.8mm，所述铜层厚度为0.2-0.4mm。

进一步的，所述活性金属焊料层厚度为10-25μm；所述硬质材料粒径为0.5-1μm，所述软质材料颗粒粒径为1-3μm。

目前功率电器器件用陶瓷覆铜基板的材料主要有氧化铝、氮化铝和氮化硅陶瓷，氧化铝陶瓷覆铜基板多采用直接覆铜法制备，受制于材料本身以及加工工艺的限制，氧化铝陶瓷覆铜基板热导率低、散热能力差，只能用于要求精度不高的领域；氮化铝陶瓷覆铜基板则具有着较好的散热能力，可以应用在一些具有精度要求，且大电流、大功率和需要高散热的场合，但是由于氮化铝陶瓷本身强度较低，导致了其应用范围的一些限制。且上述两种陶瓷覆铜基板除去陶瓷基板自身的性质缺陷外，均有着热膨胀系数与无氧铜不匹配的问题，氧化铝陶瓷的热膨胀系数为6.8 ppm/K，氮化铝陶瓷的热膨胀系数为4.7 ppm/K，而无氧铜的热膨胀系数为 1.86 ppm/K，在工作环境下，由于电流电阻以及其它工作环境的影响，陶瓷覆铜基板会不断地经历升温与降温的过程，致使在铜层与陶瓷层之间残留有较大的应力，并随着工作寿命的不断延长而增大，最终导致陶瓷覆铜基板的损坏。

氮化硅陶瓷覆铜基板以其高强度、高韧性、高可靠性成为目前陶瓷覆铜基板领域最具前途的材料之一，氮化硅陶瓷覆铜基板具有着与氮化铝陶瓷覆铜基板相当的散热能力，而且氮化硅陶瓷的热膨胀系数为 2.5ppm/K，与无氧铜的热膨胀系数接近，因此在工作时氮化硅陶瓷覆铜基板铜层与陶瓷层之间产生的热膨胀应力较小，从而使得氮化硅陶瓷覆铜基板的使用寿命大大延长。