CN103350541A - 陶瓷金属化结构及制造该结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷金属化结构及其制造方法，所述结构包括陶瓷基体，套印在金属-陶瓷封接界面并形成预设图形的金属化浆料，以及待所述金属化浆料干燥后，沿预设图形的边缘在所述陶瓷基体和金属化浆料层的边缘区域上套印的阻焊剂，所述金属化浆料和阻焊剂在高温共烧后分别成为金属化层和阻焊层。本发明能够避免应力导致的金属化层与陶瓷基体开裂、分离，提高金属化强度，可以广泛应用于各种金属陶瓷封接。

Description

陶瓷金属化结构及制造该结构的方法
技术领域
本发明涉及焊接结构及焊接方法，尤其是一种提高陶瓷金属化强度的结构设计和方法。
背景技术
陶瓷具有机械强度高、绝缘性能好、高频损耗小、耐电强度高、耐高温、抗热震等优点，是使用最广泛的电子陶瓷材料。如图1所示，陶瓷11与金属15无法直接焊接，需在陶瓷表面烧结一层金属薄膜12，即进行金属化。金属化是在氧化铝陶瓷坯料表面印刷金属化浆料，在陶瓷烧结过程中浆料在陶瓷表面形成一层金属薄膜的工艺。较高的金属化强度才能保证金属与陶瓷之间的结合面在后续钎焊14和使用过程中的冲击、温度循环中不发生破坏。
金属化强度决定于金属化层与陶瓷的结合力，该结合力与金属化浆料配方和烧结工艺有关，但金属化浆料配方和烧结工艺的改变往往难以与原有的多层陶瓷工艺兼容，并大幅增加成本。
发明内容
发明目的：本发明要提供一种陶瓷金属化结构，以提高金属化强度，并进一步提供了制造该结构的方法。
技术方案：
一种陶瓷金属化结构，包括陶瓷基体，设置在金属-陶瓷封接界面的金属化层和至少覆盖所述金属化层边缘的阻焊层。
所述的陶瓷金属化结构的制造方法，包括如下步骤：按照预定的图形在陶瓷基体上印刷金属化浆料；待所述金属化浆料干燥后，对所述图形进行滚压处理；沿所述图形边缘，在陶瓷基体和金属化浆料上印刷阻焊剂；共烧。
一种陶瓷金属化结构，包括陶瓷基体，套印在金属-陶瓷封接界面并形成预设图形的金属化浆料，以及待所述金属化浆料干燥后，沿预设图形的边缘在所述陶瓷基体和金属化浆料层的边缘区域上套印的阻焊剂，所述金属化浆料和阻焊剂在高温共烧后分别成为金属化层和阻焊层。
有益效果：本发明不需要改变金属化浆料配方和烧结工艺，能够避免应力导致的金属化层与陶瓷基体开裂、分离，提高金属化强度，可以广泛应用于各种金属陶瓷封接；本发明的制造方法可以和原有的多层陶瓷工艺兼容，从而降低降低成本。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是本发明的局部结构示意图。
具体实施方式
如图2至图3所示，本发明的陶瓷金属化结构，包括陶瓷基体1，设置在金属-陶瓷封接界面的金属化层2和至少覆盖金属化层2边缘的阻焊层3，焊料4，金属线框5，以及引线6。根据阻焊层的位置，可以将阻焊层3分成阻焊区31和强化区32两部分，阻焊区31覆盖于金属化层2的边缘，强化区32烧结于陶瓷基体1上，金属化层上未覆盖组焊层的为焊接区21。焊接区宽度为300微米至800微米，阻焊区宽度为200微米至500微米，强化区宽度300微米至800微米，金属化层厚度为10微米至30微米，位于阻焊区31的阻焊层厚度为10微米至20微米，位于强化区32的阻焊层厚度为20微米至50微米。 
上述结构是在分析原因后提出的：受封接面结构影响，金属化层边缘区域首先与陶瓷基体分离形成裂纹，裂纹扩展使金属化与陶瓷分离。因此，可以通过封接面的结构设计能在保持原有金属化配方和烧结工艺的情况下，改善应力分布以提高金属化强度。
在本发明中，阻焊剂由无机粉体和有机载体构成，其中无机粉体在高温共烧过程中形成具有阻焊功能的涂层，有机载体提供阻焊剂所需的流动性、触变性以适应多层陶瓷制备工艺。该结构中焊接区提供形成饱满焊缝的空间；阻焊区将应力作用点与金属化层边缘隔离，阻焊层与金属化层的渗透能提高金属化层与陶瓷基体的结合力，强化区则提供阻焊层与陶瓷基体的结合力。根据试验结果本发明能显著增加金属化强度。且该结构易于高温共烧多层陶瓷工艺实现，可广泛应用于各种陶瓷金属化封接工艺。
上述陶瓷金属化结构的制造方法包括如下步骤：
按照预定的图形在陶瓷基体上印刷金属化浆料；待金属化浆料干燥后，对图形进行滚压处理；沿图形边缘，在陶瓷基体和金属化浆料上印刷阻焊剂；共烧，其中，金属化浆料的烧结温度为1450摄氏度至1650摄氏度，阻焊剂包括与金属化浆料的活化剂体系相同的助烧剂，含量不超过无机粉体总量的5%，例如，助烧剂由至少含有钙、镁、铝、硅中的化合物按一定比例混合组成。换句话说，阻焊剂中的助烧剂成分需选择与金属化浆料活化剂相同的体系，主体成分与陶瓷基体组分相同，具有满足丝网印刷工艺所需的粘度和触变性。套印采用图形精度高于±50微米的印刷工艺。滚压处理用以提高图形平整度。烧结过程采用带气氛保护的多层陶瓷烧结工艺。
在另一实施例中，陶瓷金属化结构包括陶瓷基体，还包括套印在金属-陶瓷封接界面并形成预设图形的金属化浆料，以及待金属化浆料干燥后，沿预设图形的边缘在陶瓷基体和金属化浆料层的边缘区域上套印的阻焊剂，金属化浆料和阻焊剂在高温共烧后分别成为金属化层和阻焊层。同样，焊接区提供形成饱满焊缝的空间；阻焊区将应力作用点与金属化层边缘隔离，阻焊层与金属化层的渗透能提高金属化层与陶瓷基体的结合力，强化区则提供阻焊层与陶瓷基体的结合力。
需要说明的是，上述几个实施例仅是案例性的，而非限制性的，本领域的技术人员可以根据本发明公开的内容进行等同改变。

Claims (10)

1.一种陶瓷金属化结构，包括陶瓷基体（1），其特征在于，还包括设置在金属-陶瓷封接界面的金属化层（2）和至少覆盖所述金属化层（2）边缘的阻焊层（3）。
2.如权利要求1所述的陶瓷金属化结构，其特征在于，所述阻焊层（3）分成阻焊区（31）和强化区（32）两部分，所述阻焊区（31）覆盖于所述金属化层（2）的边缘，所述强化区（32）烧结于所述陶瓷基体（1）上。
3.如权利要求2所述的陶瓷金属化结构，其特征在于，所述阻焊区宽度为200微米至500微米，所述强化区宽度300微米至800微米。
4.如权利要求3所述的陶瓷金属化结构，其特征在于，所述金属化层厚度为10微米至30微米，位于阻焊区（31）的阻焊层厚度为10微米至20微米，位于强化区（32）的阻焊层厚度为20微米至50微米。
5.权利要求1至4任一项所述的陶瓷金属化结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：按照预定的图形在陶瓷基体上印刷金属化浆料；待所述金属化浆料干燥后，对所述图形进行滚压处理；沿所述图形边缘，在陶瓷基体和金属化浆料上印刷阻焊剂；共烧。
6.如权利要求5所述的实现方法，其特征在于：所述金属化浆料的烧结温度为1450摄氏度至1650摄氏度。
7.如权利要求5或6所述的实现方法，其特征在于：所述阻焊剂包括与金属化浆料的活化剂体系相同的助烧剂，含量不超过无机粉体总量的5%。
8.如权利要求5所述的实现方法，其特征在于：所述印刷的精度高于50微米。
9.如权利要求5所述的实现方法，其特征在于：采用带气氛保护的多层陶瓷烧结工艺进行共烧。
10.一种陶瓷金属化结构，包括陶瓷基体，其特征在于，还包括套印在金属-陶瓷封接界面并形成预设图形的金属化浆料，以及待所述金属化浆料干燥后，沿预设图形的边缘在所述陶瓷基体和金属化浆料层的边缘区域上套印的阻焊剂，所述金属化浆料和阻焊剂在高温共烧后分别成为金属化层和阻焊层。
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