CN102009240A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN102009240A
CN102009240A CN 201010520717 CN201010520717A CN102009240A CN 102009240 A CN102009240 A CN 102009240A CN 201010520717 CN201010520717 CN 201010520717 CN 201010520717 A CN201010520717 A CN 201010520717A CN 102009240 A CN102009240 A CN 102009240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sic
aln
metal layer
scolder
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 201010520717
Other languages
English (en)
Inventor
曲选辉
秦明礼
钟小婧
王英贤
张怀龙
吴茂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN 201010520717 priority Critical patent/CN102009240A/zh
Publication of CN102009240A publication Critical patent/CN102009240A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了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，属于电子封装材料与技术领域。其方法及步骤如下：使用的AlN陶瓷和SiC/Al复合材料均已表面镀覆薄膜金属，金属层为1～10μm的镍。焊料为40Al-40.7Ag-19.3Cu共晶焊料，需配合使用氟化物钎剂。首先将AlN陶瓷、SiC/Al以及焊料采用物理或化学方法清洗干净；再将焊料置于AlN陶瓷和SiC/Al复合材料焊接面之间，加适量氟化物钎剂；最后在温度为560～600℃的保护性气氛中保温3～30分钟。本发明的特点是在此钎焊温度下不会影响母材的基本性能；焊料不会侵入母材而影响母材及接头性能；焊接后接头性能良好，接头剪切强度达到110MPa，气密性为1.0×10-11Pa·m3/s。

Description

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
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。
实施实例3：将Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.3mm，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；将钎焊炉通入氩气，以10℃/min的速率升温至590℃；保温3min；最后随炉冷却至室温，即可实现连接，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4：将Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.1mm，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，使焊料与母材充分接触，将以上准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，升温程序设置为快速升至300℃保温3min，接着快速升温至400℃保温3min，然后快速升温至550℃并保温3min，最后快速升至钎焊温度570℃保温5min。保温时间结束后随炉冷却，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5：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，将准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，升温程序设置为快速升至300℃保温3min，接着快速升温至400℃保温3min，然后快速升温至550℃保温3min，最后快速升温至580℃保温5min。保温时间结束后随炉冷却即可实现氮化铝与碳化硅铝基复合材料的连接，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6：将Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.3mm，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，将准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，升温程序设置为先快速升温至300℃保温3min，接着快速升至400℃保温3min，再快速升温至550℃保温3min，最后快速升温至590℃保温5min。保温时间结束后随炉冷却，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7：将Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.1mm，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，使母材与焊料间充分接触，将准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，以10℃/min的速率升温至570℃；保温10min；冷却程序为快速冷却至500℃，之后缓慢冷却至室温，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。
实施实例8：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，并将准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，以10℃/min的速率升温至580℃；保温5min；冷却程序为快速冷却至500℃，之后缓慢冷却至室温，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。
实施实例9：将Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.3mm，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，使母材与焊料间充分接触，并将准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，以10℃/min的速率升温至590℃；保温3min；冷却程序为快速冷却至500℃，之后缓慢冷却至室温，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。
实施实例10：将Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.1mm，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，使母材与焊料间充分接触，并将准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，升温程序设置为快速升温至300℃保温3min，接着快速升至400℃保温3min，再快速升至550℃保温3min，最后快速升至焊接温度585℃保温5min。冷却程序为快速冷却至500℃，之后缓慢冷却至室温，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。
实施实例11：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，使母材与焊料间充分接触，并将准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，升温程序设置为快速升至300℃保温3min，接着快速升温至400℃保温3min，再快速升至550℃保温3min，最后快速升至580℃保温5min。冷却程序为快速冷却至500℃，之后缓慢冷却至室温，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。
实施实例12：将Al-Ag-Cu焊料打磨光滑平整到0.3mm，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，使母材与焊料间充分接触，并将准备好的材料放入钎焊炉；将钎焊炉通入氩气，升温程序设置为先快速升温至300℃并保温3min，接着快速升温至400℃保温3min，再快速升温至550℃保温3min，最后快速升至钎焊温度590℃保温3min，其他温度阶段快速升温。冷却程序为快速冷却至500℃，之后缓慢冷却至室温，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。

Claims (5)

1.一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，其特征在于，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。
(2)焊料为Al-Ag-Cu共晶焊料，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。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，AlN陶瓷和SiC/Al复合材料表面需要先进行薄膜金属化——镀镍。
3.根据权利要求1所述的连接表面镀有覆薄膜金属层的AlN陶瓷和SiC/Al复合材料的方法，其特征在于，，使用的焊料为40Al-40.7Ag-19.3Cu共晶焊料。
4.根据权利要求1所述的连接表面镀有覆薄膜金属层的AlN陶瓷和SiC/Al复合材料的方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的连接表面镀有覆薄膜金属层的AlN陶瓷和SiC/Al复合材料的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的钎焊程序为：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。
CN 201010520717 2010-10-20 2010-10-20 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 Pending CN102009240A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010520717 CN102009240A (zh) 2010-10-20 2010-10-20 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010520717 CN102009240A (zh) 2010-10-20 2010-10-20 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102009240A true CN102009240A (zh) 2011-04-13

Family

ID=43839671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010520717 Pending CN102009240A (zh) 2010-10-20 2010-10-20 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102009240A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102489896A (zh) * 2011-12-18 2012-06-13 湖南科技大学 钎焊金属基复合封装材料的中温钎料薄带及其制备、钎焊
CN102528199A (zh) * 2011-12-10 2012-07-04 中国振华集团永光电子有限公司 一种电子元器件密封封装的焊接方法
CN103978277A (zh) * 2014-06-06 2014-08-13 哈尔滨工业大学 一种采用Al/Cu/Al复合箔扩散钎焊SiCp/Al复合材料的方法
CN104741808A (zh) * 2013-12-25 2015-07-01 北京有色金属研究总院 一种WP/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法
CN107234309A (zh) * 2017-04-24 2017-10-10 广东威特真空电子制造有限公司 用于钎焊的金属化陶瓷结构及其制造方法及磁控管
CN107427966A (zh) * 2014-12-31 2017-12-01 部件再设计股份有限公司 用于连接材料的高温方法及利用该方法的装置
CN115446407A (zh) * 2022-09-02 2022-12-09 中国航发北京航空材料研究院 一种高体积分数SiCp/Al基复合材料与AlN陶瓷的钎焊方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101468799A (zh) * 2007-09-11 2009-07-01 西安交通大学 一种ZrO2陶瓷与Al2O3陶瓷无压钎焊的方法
CN101475395A (zh) * 2009-01-20 2009-07-08 贵研铂业股份有限公司 一种不锈钢/氧化铝陶瓷低应力气密封接钎料
CN101502904A (zh) * 2009-03-03 2009-08-12 北京科技大学 微电子封装用铝碳化硅复合材料与可伐合金的钎焊方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101468799A (zh) * 2007-09-11 2009-07-01 西安交通大学 一种ZrO2陶瓷与Al2O3陶瓷无压钎焊的方法
CN101475395A (zh) * 2009-01-20 2009-07-08 贵研铂业股份有限公司 一种不锈钢/氧化铝陶瓷低应力气密封接钎料
CN101502904A (zh) * 2009-03-03 2009-08-12 北京科技大学 微电子封装用铝碳化硅复合材料与可伐合金的钎焊方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102528199A (zh) * 2011-12-10 2012-07-04 中国振华集团永光电子有限公司 一种电子元器件密封封装的焊接方法
CN102489896A (zh) * 2011-12-18 2012-06-13 湖南科技大学 钎焊金属基复合封装材料的中温钎料薄带及其制备、钎焊
CN104741808A (zh) * 2013-12-25 2015-07-01 北京有色金属研究总院 一种WP/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法
CN104741808B (zh) * 2013-12-25 2016-09-14 北京有色金属研究总院 一种WP/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法
CN103978277A (zh) * 2014-06-06 2014-08-13 哈尔滨工业大学 一种采用Al/Cu/Al复合箔扩散钎焊SiCp/Al复合材料的方法
CN107427966A (zh) * 2014-12-31 2017-12-01 部件再设计股份有限公司 用于连接材料的高温方法及利用该方法的装置
CN107234309A (zh) * 2017-04-24 2017-10-10 广东威特真空电子制造有限公司 用于钎焊的金属化陶瓷结构及其制造方法及磁控管
CN115446407A (zh) * 2022-09-02 2022-12-09 中国航发北京航空材料研究院 一种高体积分数SiCp/Al基复合材料与AlN陶瓷的钎焊方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102009240A (zh) 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
CN101401197B (zh) 电子元器件模块
JP5156566B2 (ja) 金属面の接続方法及びそのためのペースト
CN108033810A (zh) 一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法
TWI619207B (zh) 接合體、電源模組用基板、電源模組及接合體之製造方法
Suganuma et al. Ultra heat-shock resistant die attachment for silicon carbide with pure zinc
CN108520855A (zh) 一种纳米银浆提高陶瓷覆铜板可靠性的方法
JP6013347B2 (ja) 熱電モジュールとその製造方法
JP5829403B2 (ja) 放熱用絶縁基板及びその製造方法
JP2010109132A (ja) 熱電モジュールを備えたパッケージおよびその製造方法
TWI781246B (zh) 附散熱器的功率模組用基板及附散熱器的功率模組用基板的製造方法
CN102409299B (zh) 一种氧化物陶瓷溅射靶的制备方法
JP6256176B2 (ja) 接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法
US20120103380A1 (en) Thermoelectric module and process for the production thereof
CN101733583A (zh) 用于氮化硼陶瓷与金属封接的焊料及其使用方法
TWI813593B (zh) 接合體及絕緣電路基板
CN103057202B (zh) 层叠结构热沉材料及制备方法
CN111146076B (zh) 一种纳米烧结铜与晶圆结合的制备方法及其连接结构
JP2021038132A (ja) 銅／セラミックス接合体、及び、絶縁回路基板
CN108640701B (zh) 一种氮化硅陶瓷散热翅覆铜板及其制备方法
CN103354219B (zh) 用于光学和电子器件的图案化功能结构基板
CN102709258A (zh) 一种金刚石-硅复合材料
CN102674840B (zh) 一种金刚石-硅材料的快速烧结制备方法
JP2019067803A (ja) セラミックス回路基板及びその製造方法
JP7298988B2 (ja) セラミックス回路基板及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20110413