CN113953609A - 一种amb陶瓷-金属钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于陶瓷‑金属复合材料制造技术领域，尤其涉及一种基于冷喷涂工艺的AMB陶瓷‑金属钎焊方法，包括如下步骤：将陶瓷基板进行超声清洗、烘干和喷砂处理；将活性钎料金属粉末以惰性气体为介质，在陶瓷基板上喷涂出一定厚度的钎料涂层；用磨床将陶瓷基板上的活性钎料涂层加工成所需厚度；将洁净的无氧铜箔装夹在上述复合基板上，活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，将其置于真空钎焊炉中进行高温钎焊，以实现陶瓷基板‑活性钎料涂层‑铜箔三者之间的充分钎焊融合。相对于现有技术，该工艺实现了陶瓷基板与铜导体层之间的致密、可靠的钎焊结合，使AMB陶瓷覆铜板的冷热循环可靠性提高。

Description

一种AMB陶瓷-金属钎焊方法
技术领域
本发明属于陶瓷-金属复合材料制造技术领域，尤其涉及一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB（Active Metal Bonding, 活性金属钎焊)陶瓷-金属钎焊方法。
背景技术
第三代半导体工业中大量使用的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管) 是实现电能转换和控制的最先进的电力电子器件，具有输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、饱和压降低、安全工作区大和可耐高电压和大电流等一系列优点，被誉为现代工业变流装置的“CPU”，在轨道交通、航空航天、新能源汽车、风力发电、国防工业等战略性产业广泛应用。陶瓷覆铜板是IGBT模块中的重要组成部件，其中用到的高品质陶瓷基板主要有Al2O3、AlN或Si3N4基覆铜板。
制备陶瓷电路板时首先要将实现陶瓷表面金属化，即将作为导体层的铜箔和陶瓷基板牢固地结合在一起。陶瓷表面金属化有两种典型工艺：一是直接覆铜陶瓷基板(DCB)技术，即利用高温下铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上。二是活性金属钎焊覆铜陶瓷基板(AMB)，其原理是利用钎料中含有的少量活性元素与陶瓷高温下进行化学反应生成能被液态钎料润湿的反应层，从而实现陶瓷与金属之间高结合强度。传统的活性金属钎焊工艺流程为：先在陶瓷表面印刷膏状的活性金属焊料浆料，烘干后，再与无氧铜箔装夹在一起，放入真空钎焊炉中进行高温钎焊。
传统AMB钎焊工艺的可靠性很大程度上取决于活性钎料成分、钎焊工艺、钎焊层组织结构等诸多关键因素，工艺难度较大。焊膏对于焊接的可靠性影响极大，目前高可靠活性金属焊膏技术仍掌握在日本、德国等几家公司手中，国产AMB焊膏的常见的问题是钎焊的可靠度还不够好，产品性能波动大，容易产生空洞、虚焊、焊接强度不够等缺陷。这些缺陷使封装基板在长时间使用后易产生破裂或者覆铜层剥落失效，影响到大功率IGBT功率模块的可靠性。这一品质不足严重限制了陶瓷覆铜板在高速铁路、城市轨道交通、新能源汽车、智能电网和风能发电等领域的国产化供应，因为这些高压大功率IGBT模块要求封装材料散热性能更好、可靠性更高、载流量更大，对产品稳定性的要求更为苛刻。
因此，寻求一种能将陶瓷和铜箔层稳定、有效、牢固地结合在一起的新工艺方法，生产出可靠性高、耐温性能好、载流能力强的优质陶瓷覆铜基板成为业界共识。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有AMB陶瓷覆铜板传统钎焊的工艺难题，提出一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，将超音速冷气动力喷涂技术应用到陶瓷与铜箔之间的真空钎焊中。本发明所提出的钎焊工艺摒弃了传统的焊膏丝网印刷工艺流程，在钎焊过程中完全避免了有机物参与，因而无需考虑原工艺中存在的焊膏中所含有机物的挥发、分解以及避免了分解残余物对钎焊质量造成的负面影响。此外，由于冷气动力喷涂在较低温度下即可实现焊料粉末之间的冶金级结合，在钎焊粉末的选择上具有更大的灵活性：既可以使用完全合金化的AgCuTi系粉末作为钎焊料，也可以使用按照配方比例将各组元混合后的金属粉末作为钎焊料，依然可获得较为理想的钎焊效果，该特性可降低焊料成本。具体而言，采用超音速冷气动力喷涂设备，先将活性钎料金属粉喷涂在陶瓷基板上形成涂层，随后用磨床将涂层磨至合适厚度，再将洁净无氧铜箔放置在该活性钎料涂层上，将覆铜板放置于真空钎焊炉中进行高温钎焊，使钎料熔化，彼此之间形成牢固可靠的界面融合。采用该工艺钎焊制造的覆铜板，陶瓷基板与无氧铜箔之间实现了牢固的结合，界面无空洞、无脆性相、氧化相等缺陷产生。采用本发明的钎焊工艺所生产的覆铜板的载流能力更强、可靠性更高、耐冷热循环性能也更好。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将陶瓷基板进行超声清洗、烘干和喷砂处理，以获得干净且表面凹凸的基板面，作为活性钎料涂层与之嵌合的界面；
步骤二、将AMB活性钎料粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，采用惰性气体作为气动介质进行冷喷涂，在陶瓷基板上形成一层活性钎料涂层；工作时，送粉系统上的AMB活性钎料粉末被喷枪喷出的气流加速后高速撞向陶瓷基板，使粉体颗粒发生塑性变形，嵌合沉积在陶瓷基板表面上。
步骤三、用磨床将陶瓷基板上的活性钎料涂层磨至所需的厚度；
步骤四、将洁净的无氧铜箔置于步骤三所获得的复合基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，再置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接，以实现陶瓷基板-活性钎料涂层-铜箔三者之间的充分钎焊融合，即可获得AMB陶瓷覆铜板。
作为本发明基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法的一种改进，步骤一中的陶瓷基板的材质为Al2O3、AlN或Si3N4；喷砂处理所用的材料为金刚石、碳化硼或立方氮化硼，这三种材料的硬度均高于陶瓷基板，可实现将基板表面粗糙化之目的；喷砂的粒度为16～60目范围内。
作为本发明基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法的一种改进，步骤二所用的AMB活性钎料粉末为AgCuTi系高温钎料，其典型成份为AgCuTiX，其中AgCu含量占重量百分比90%以上，Ti含量占重量百分比0.5-8%，其中的X组元为In、Zr、Sn、Zn、Cd、Ni中的至少一种，组元X与Ti的质量分数比总和为0-10%。该AMB活性钎料粉末可以是完全合金化的粉末，也可以是各组元金属粉末按配方比例混合而成。所述的金属组元粉末也包括在后续的高温工艺条件下分解后才生成相应金属单质的化合物粉末，如TiH2、ZrH2等。所述AMB活性钎料粉末的粒径分布范围为0.1-53μm，粉末平均含氧量<500ppm。
作为本发明基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法的一种改进，步骤二所述的冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪，喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂的介质气体为高纯氩气或氦气，气压为1.5～3.5Mpa，介质气体的工作温度为室温～750℃，粉末输送量为0.1～200g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，喷涂后在基板上可获得与喷涂原料粉末成分相同的涂层。
作为本发明基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法的一种改进，步骤二中AMB活性钎料的喷涂厚度为30-100μm，优选为70-80μm，步骤三中磨床研磨减薄后的活性钎料涂层的厚度控制在20-80μm范围内，优选为40-50μm。
作为本发明基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法的一种改进，步骤四所用的无氧铜箔，厚度为50-1500μm，纯度≧99.995%，含氧量<20ppm，电导率>99.9%IACS。如采用导电性能更优异的单晶铜箔，则电导率可达105% IACS以上，载流能力更高。
作为本发明基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法的一种改进，对陶瓷覆铜板可以单面喷涂AMB钎料粉末，也可以双面喷涂AMB钎料粉后制备成双面覆铜板。
作为本发明基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法的一种改进，对AMB涂层的表面精整，采用的是磨床机械研磨方式，直至获得所设定的活性钎料涂层厚度。
作为本发明基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法的一种改进，步骤四中高温焊接的真空度为10-2-10-4 Pa，钎焊温度为800-1000℃，保温时间10-200min，在该条件下实现陶瓷基板-活性钎料涂层-无氧铜箔三者之间的界面钎焊。
相对于现有钎焊技术，本发明是一种全新的AMB钎焊工艺方法，它摒弃了传统的焊膏制备以及丝网印刷工艺，而是将钎料粉末预先沉积在陶瓷基板上形成涂层，完全避免了有机物参与，无需考虑钎焊时有机物挥发、分解以及分解残余物对钎焊造成的负面影响。本发明将超音速冷气动力喷涂技术应用到陶瓷与铜箔之间的真空钎焊工艺中。具体而言，本发明将合适粒径的金属粉末加速至超音速后使其撞击到陶瓷基板表面，粉末发生大塑性变形并嵌合到基板上，并聚合形成涂层，其过程类似于塑性变形+冷焊合。首先喷涂一层30-100μm厚度的活性钎料涂层，经磨床加工对涂层厚度加以精整，获得精准的涂层厚度；随后将洁净的无氧铜箔放置在上述覆有活性钎料的陶瓷基板上，置于真空钎焊炉中进行常规高温焊接，以此实现陶瓷-活性钎料-无氧铜箔三者之间的充分钎焊融合，获得符合要求的AMB陶瓷覆铜板产品。
该工艺摒弃了目前AMB覆铜板生产中技术难度最大且极易造成产品稳定性波动的传统钎焊工艺，实现了陶瓷基板与铜导体层之间的致密、可靠的钎焊结合，使覆铜板的冷热循环可靠性提高。该AMB陶瓷覆铜板在电流承载能力、散热能力、力学性能、冷热循环可靠性等方面均具有明显优势。该陶瓷覆铜板在高铁、大功率LED、电动汽车、5G通讯模组等领域应用前景十分广阔。因此，本发明具有重要的工业应用价值。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：
本实施例提供了一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将AlN陶瓷标准基板进行超声清洗、烘干，用粒度为30～60目的碳化硼颗粒对陶瓷表面进行喷砂，获得干净且表面有一定凹凸的基板面，作为活性钎料与之嵌合的界面。
步骤二、将AgCuTi4.5活性钎料粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，该AgCuTi4.5粉末系惰性气体雾化法生产的合金粉末，其粒径分布范围为5-53微米，球形度>80%，粉末含氧量<800ppm。其中，冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪，喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂介质气体为高纯氩气，喷涂气压为2.5～3.5Mpa，介质气体的工作温度为450℃，粉末输送量为150～200g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，喷嘴距离陶瓷基板150mm，按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，AlN陶瓷基板上即可沉积出厚度相对均匀的活性钎料涂层。控制喷涂工艺条件，使该活性钎料涂层厚度为60-70μm。
步骤三、用磨床将AlN陶瓷基板上的活性钎料涂层研磨至55μm厚度；
步骤四、将厚度为0.8mm的的无氧铜箔经无水乙醇超声波清洗烘干后，放置在步骤三所获得的覆有活性钎料的陶瓷基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接：真空度为3*10-3 Pa，钎焊温度为850-880℃，保温时间45-60min。完成钎焊工艺流程后即可实现陶瓷基板-活性钎料涂层-铜箔三者之间的充分钎焊融合。经优化后的覆铜板样品，剥离强度>160N/cm，焊接孔隙率<0.4%，焊料润湿性为100%；热循环1100次无裂纹（-40℃～+150℃）。
实施例2：
本实施例提供了一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将Si3N4陶瓷标准基板进行超声清洗、烘干，用粒度为16～30目的碳化硼颗粒对陶瓷表面进行喷砂，获得干净且表面有一定凹凸的基板面，作为活性钎料与之嵌合的界面。
步骤二、将AgCuTi4.5合金粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，该AgCuTi4.5粉末系惰性气体雾化法生产的，其粒径分布范围为5-53微米，球形度>80%，粉末含氧量<800ppm。其中，冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪，喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂气压为3.0～3.5Mpa，介质气体的工作温度为500℃，粉末输送量为160～180g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，喷嘴距离陶瓷基板150mm；按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，Si3N4陶瓷基板上即可获得相对均匀的活性钎料涂层，控制喷涂工艺条件，使活性钎料涂层厚度为90-100μm。
步骤三、用磨床将Si3N4陶瓷板上的活性钎料涂层研磨至80μm厚度；
步骤四、将厚度为1.2mm的的无氧铜箔经无水乙醇超声波清洗后烘干，放置在步骤三所获得的覆有活性钎料的陶瓷基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接：真空度为8*10-4 Pa，钎焊温度为900-920℃，保温时间50min。完成钎焊后的Si3N4陶瓷覆铜板，电流承载能力为320-330A，焊面孔隙率<0.5%，焊料润湿性为100%；可靠性测试（-40℃～+150℃热循环）大于4800次无裂纹无翘曲。
实施例3：
本实施例提供了一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将Al2O3陶瓷标准基板进行超声清洗、烘干，用粒度为30～60目的碳化硅颗粒对陶瓷表面进行喷砂，获得干净且表面有一定凹凸的基板面，作为活性钎料与之嵌合的界面。
步骤二、将AgCu28钎料合金粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，该AgCu28合金粉末为惰性气体雾化法生产的球形粉，粒径分布范围为8-53μm，粉末含氧量<200ppm。其中，冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪，喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂介质气体为高纯氩气，喷涂气压为1.5～2.0Mpa，介质气体的工作温度为350℃，粉末输送量为150～180g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，喷嘴距离陶瓷基板180mm；按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，Al2O3陶瓷基板上即可获得相对均匀的活性钎料涂层，控制喷涂工艺条件，使活性钎料涂层厚度为60-70μm。
步骤三、用磨床将Al2O3陶瓷基板上的活性钎料涂层研磨至50μm厚度；
步骤四、将厚度为1.0mm的的无氧铜箔经无水乙醇超声波清洗后，烘干，放置在步骤三所获得的覆有活性钎料的陶瓷基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接：真空度为5*10-3 Pa，钎焊温度为830-850℃，保温时间90min。完成钎焊工艺流程后该Al2O3陶瓷覆铜板焊面孔隙率<0.5%，焊料润湿性为100%；可靠性测试（-40℃～+150℃热循环）>620次无裂纹无翘曲无剥落。
实施例4：
本实施例提供了一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将AlN陶瓷标准基板进行超声清洗、烘干，用粒度为30～60目的立方氮化硼颗粒对陶瓷表面进行喷砂，获得干净且表面有一定凹凸的基板面，作为活性钎料与之嵌合的界面。
步骤二、将AgCuTi5.5Sn0.4活性钎料合金粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，该AgCuTi5.5Sn0.4粉末系惰性气体雾化法生产的，其粒径分布范围为15-45微米，球形度>70%，粉末含氧量<800ppm。其中，冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪，喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂介质气体为高纯氦气，喷涂气压为2.5～3.5Mpa，介质气体的工作温度为450℃，粉末输送量为130～150g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，喷嘴距离陶瓷基板150mm；按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，AlN陶瓷基板上即可获得相对均匀的活性钎料涂层，控制喷涂工艺条件，使该活性钎料涂层厚度为60-70μm。
步骤三、用磨床将AlN陶瓷基板上的活性钎料涂层研磨至53μm厚度；
步骤四、将厚度为0.8mm的的无氧铜箔经无水乙醇超声波清洗后，烘干，放置在步骤三所获得的覆有活性钎料的陶瓷基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接：真空度为7*10-4 Pa，钎焊温度为900-920℃，保温时间60min。完成钎焊工艺流程后即可实现陶瓷基板-活性钎料涂层-铜箔三者之间的充分钎焊融合，获得陶瓷覆铜板。
实施例5：
本实施例提供了一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将Si3N4陶瓷标准基板进行超声清洗、烘干，用粒度为30～60目的金刚石颗粒对陶瓷表面进行喷砂，获得干净且表面有一定凹凸的基板面，作为活性钎料与之嵌合的界面。
步骤二、将AgCuTi3.5In0.5活性钎料混合物粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，该粉末为混合物，其百分比构成为96%的AgCu28粉末、3.5%的纯Ti粉、0.5%的纯In粉，其中的AgCu28粉末系惰性气体雾化法生产，其粒径分布范围为5-38微米，球形度>90%，粉末含氧量<200ppm；纯Ti粉为等离子体雾化法生产的球形粉末，其粒径分布范围为为5-53微米，含氧量<1000ppm，球形度>95%，纯In粉为旋转盘雾化法生产，其粒径分布范围均为5-10微，粉末含氧量<200ppm。其中，冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪，喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂介质气体采用高纯氦气，喷涂气压为2.5～3.5Mpa，介质气体的工作温度为450℃，粉末输送量为150～200g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，喷嘴距离陶瓷基板160mm；按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，Si3N4陶瓷基板上即可获得相对均匀的活性钎料涂层，调整喷涂工艺条件，控制活性钎料涂层厚度为70-80μm。
步骤三、用磨床将Si3N4陶瓷基板上的钎料涂层研磨至65μm厚度；
步骤四、将厚度为1.2mm的的无氧铜箔经无水乙醇超声波清洗后，烘干，放置在步骤三所获得的覆有活性钎料的陶瓷基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接：真空度为2*10-3 Pa，钎焊温度为920-930℃，保温时间150min。完成该钎焊工艺流程后即可实现陶瓷基板-活性钎料涂层-铜箔三者之间的充分钎焊融合，获得陶瓷覆铜板。
实施例6：
本实施例提供了一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将Si3N4陶瓷标准基板进行超声清洗、烘干，用粒度为16～30目的碳化硼颗粒对陶瓷表面进行喷砂，获得干净且表面有一定凹凸的基板面，作为活性钎料与之嵌合的界面。
步骤二、将AgCuTi2.5Zr1.2活性钎料粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，该AgCuTi2.5Zr1.2粉末系惰性气体雾化法生产，其粒径分布范围为10-53微米，球形度>80%，粉末含氧量<1000ppm。冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪。喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂介质气体为高纯氩气，喷涂气压为3.0～3.5Mpa，介质气体的工作温度为480℃，粉末输送量为150～180g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，Si3N4陶瓷基板上即可获得相对均匀的活性钎料涂层，控制喷涂工艺条件，使活性钎料涂层厚度为70-80μm。
步骤三、用磨床将Si3N4陶瓷基板上的活性钎料涂层研磨至60μm厚度；
步骤四、将厚度为1.2mm的的无氧铜箔经无水乙醇超声波清洗后，烘干，放置在步骤三所获得的覆有活性钎料的陶瓷基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接：真空度为7*10-4 Pa，钎焊温度为920-930℃，保温时间90min。完成钎焊工艺流程后即可实现陶瓷基板-活性钎料涂层-铜箔三者之间的充分钎焊融合，获得陶瓷覆铜板。
实施例7
本实施例提供了一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将AlN陶瓷标准基板进行超声清洗、烘干，用粒度为16～30目的碳化硼颗粒对陶瓷表面进行喷砂，获得干净且表面有一定凹凸的基板面，作为活性钎料与之嵌合的界面。
步骤二、取符合要求的AgCu28合金粉末与TiH2粉末按照重量百分比为AgCu28：TiH2=97:3，将它们混合后进行低强度球磨，其中的AgCu28粉末系惰性气体雾化法生产，其粒径分布范围为5-38微米，球形度>90%，粉末含氧量<200ppm；TiH2粉末为化学纯超细粉末，其纯度>99.9%，粒径为0.1-0.5微米，经24hr球磨混合后，微细TiH2粉末粘附在AgCu28粉末表面形成复合粉。将AgCu28- TiH2复合粉输入冷喷涂系统的送粉系统；冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪。喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂介质气体采用高纯氦气，喷涂气压为2.5～3.5Mpa，介质气体的工作温度为480℃，粉末输送量为150～200g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，喷嘴距离陶瓷基板180mm；按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，在AlN陶瓷基板面上即可获得相对均匀的活性钎料涂层，该涂层嵌合在陶瓷基板的粗糙表面上。在喷涂工艺温度条件下，复合在AgCu28粉末表面的TiH2超细粉末大部分分解为单质Ti和H2（H2随惰性气体一起逸散）这些新生成的Ti微粒具有极高的活性，它们较均匀地分布在钎料涂层内。控制喷涂工艺条件，使活性钎料涂层厚度为70-80μm。
步骤三、用磨床将AlN陶瓷基板上的钎料涂层研磨至60μm厚度；
步骤四、将厚度为1.2mm的的单晶铜箔经无水乙醇超声波清洗后，烘干，放置在步骤三所获得的覆有活性钎料的陶瓷基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接：真空度为5*10-4 Pa，钎焊温度为850-860℃，保温时间120min。完成该钎焊工艺流程后即可实现陶瓷基板-活性钎料涂层-铜箔三者之间的充分钎焊融合，获得陶瓷覆铜板。
步骤六、在步骤五获得的覆铜板表面上印刷图案，采用类似于PCB板的湿法刻蚀工艺，在AlN陶瓷覆铜板表面上按照设计图案制成电路板。
该AlN陶瓷覆铜板进行后续表面镀金工艺后，即可成为覆铜板成品。
实施例8
本实施例提供了一种基于超音速冷气动力喷涂工艺的AMB陶瓷-金属钎焊方法，至少包括如下步骤：
步骤一、将Si3N4陶瓷标准基板进行超声清洗、烘干，用粒度为16～30目的碳化硼颗粒对陶瓷表面进行喷砂，获得干净且表面有一定凹凸的基板面，作为活性钎料与之嵌合的界面。
步骤二、取符合要求的AgCu28合金粉末与纯Ti粉末按照质量百分比为AgCu28：Ti=96:4充分混合均匀后，将混合粉输入冷喷涂系统的送粉系统；其中的AgCu28粉末系惰性气体雾化法生产，其粒径分布范围为5-38微米，球形度>90%，粉末含氧量<200ppm；纯Ti粉为等离子体喷涂法生产的球形粉末，其粒径分布范围为为5-53微米，含氧量<800ppm，球形度>95%。冷喷涂介质气体采用高纯氦气，喷涂气压为1.5～3.5Mpa，介质气体的工作温度为400-450℃，粉末输送量为150～180g/min；工作时，喷枪安装在机械臂上，按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，在Si3N4陶瓷基板面上即可获得相对均匀的活性钎料涂层，该涂层嵌合在陶瓷基板的粗糙表面上。控制喷涂工艺条件，使活性钎料涂层厚度为60-70μm。
步骤三、用磨床将Si3N4陶瓷基板上的活性钎料涂层研磨至50μm厚度；
步骤四、将厚度为0.8mm的的无氧铜箔经无水乙醇超声波清洗后，烘干，放置在步骤三所获得的覆有活性钎料的陶瓷基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接：真空度为5*10-4 Pa，钎焊温度为880-900℃，保温时间120min。完成钎焊工艺流程后即可实现陶瓷基板-活性钎料涂层-铜箔三者之间的充分钎焊融合，获得陶瓷覆铜板。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式及具体工艺参数进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的配方范围内相关合金元素配比变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将陶瓷基板进行超声清洗、烘干和喷砂处理，以获得干净且表面凹凸的基板面，作为活性钎料粉末与之嵌合的界面；
步骤二、将AMB活性钎料粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，以惰性气体为气动介质进行超音速冷气动力喷涂，在陶瓷基板上形成活性钎料涂层，获得复合基板；
步骤三、将洁净的无氧铜箔置于步骤二所获得的复合基板上，且活性钎料涂层位于无氧铜箔与陶瓷基板之间，再置于真空钎焊炉中进行高温真空焊接，以实现陶瓷基板-活性钎料涂层-铜箔三者之间的充分钎焊融合，即可获得AMB陶瓷覆铜板。
2.根据权利要求1所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，所述方法还包括用磨床将步骤二所得的复合基板上的活性钎料涂层研磨减薄至所需的厚度，然后再进行步骤三。
3.根据权利要求1所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，步骤一中的陶瓷基板的材质为Al2O3、AlN或Si3N4；步骤一中的喷砂处理所用的材料为金刚石、碳化硼或立方氮化硼，喷砂的粒度为16～60目。
4.根据权利要求1所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，步骤二所述的AMB活性钎料粉末为AgCuTi系的高温钎料，其典型成份为AgCuTiX，其中Ag、Cu含量之和占质量百分比90%以上，Ti含量占重量百分比0.5-8%，配方中的X为V、Zr、Hf、In、Cr、Sn、Zn、Cd、Si、Al和Ni元素中的至少一种，元素X与Ti的质量分数比总和为0-10%。
5.根据权利要求1所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，步骤二所述的AMB活性钎料粉末的粒径分布范围为0.1-53μm，粉末平均含氧量<500ppm。
6.根据权利要求1所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，步骤二所述的冷喷涂系统包括送粉系统、高压气源、用于对高压气源进行加热的气体加热器、用于调节高压气源送出的气体的压力的气体调节控制系统和喷枪，喷枪采用拉瓦尔喷枪，冷喷涂的介质气体为高纯氩气或氦气，气压为1.5～3.5Mpa，介质气体的工作温度为室温～750℃，粉末输送量为0.1～200g/min；工作时，将喷枪安装在机械臂上，按照预先设计的路径一边喷涂一边移动，喷涂后在基板上可获得与喷涂原料粉末成分相同的涂层。
7.根据权利要求1所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，步骤二中AMB活性钎料的喷涂厚度为30-100μm。
8.根据权利要求7所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，步骤三所用的无氧铜箔，厚度为25-1500μm，纯度≧99.95%，含氧量<20ppm，电导率>99.9% IACS。
9.根据权利要求2所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，经磨床研磨减薄后的活性钎料涂层的厚度为20-80μm。
10.根据权利要求1所述的AMB陶瓷-金属钎焊方法，其特征在于，步骤三中高温真空焊接的真空度为10-2-10-4 Pa，钎焊温度为800-1000℃，保温时间10-200min。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115894064A (zh) * 2022-11-18 2023-04-04 大连海外华昇电子科技有限公司 一种低银含陶瓷金属化用amb浆料及其制备方法
CN115991609A (zh) * 2023-01-09 2023-04-21 南京理工大学 一种陶瓷-金属放电等离子连接方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010228991A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Dowa Metaltech Kk 金属セラミックス接合基板及びその製造方法
CN102651349A (zh) * 2011-02-25 2012-08-29 三菱综合材料株式会社 功率模块用基板及制法、自带散热器的该基板及功率模块
JP2012211061A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Dowa Holdings Co Ltd 金属セラミックス接合基板およびその製造方法
CN103828040A (zh) * 2011-09-28 2014-05-28 日本发条株式会社 散热结构体、功率模块、散热结构体的制造方法以及功率模块的制造方法
CN111172525A (zh) * 2020-01-08 2020-05-19 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种利用冷喷涂连接异质材料的方法
CN113122837A (zh) * 2021-04-25 2021-07-16 黎铭坚 一种基于冷喷涂工艺的AgCuTiX合金箔带钎料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010228991A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Dowa Metaltech Kk 金属セラミックス接合基板及びその製造方法
CN102651349A (zh) * 2011-02-25 2012-08-29 三菱综合材料株式会社 功率模块用基板及制法、自带散热器的该基板及功率模块
JP2012211061A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Dowa Holdings Co Ltd 金属セラミックス接合基板およびその製造方法
CN103828040A (zh) * 2011-09-28 2014-05-28 日本发条株式会社 散热结构体、功率模块、散热结构体的制造方法以及功率模块的制造方法
CN111172525A (zh) * 2020-01-08 2020-05-19 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种利用冷喷涂连接异质材料的方法
CN113122837A (zh) * 2021-04-25 2021-07-16 黎铭坚 一种基于冷喷涂工艺的AgCuTiX合金箔带钎料及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115894064A (zh) * 2022-11-18 2023-04-04 大连海外华昇电子科技有限公司 一种低银含陶瓷金属化用amb浆料及其制备方法
CN115894064B (zh) * 2022-11-18 2023-11-14 大连海外华昇电子科技有限公司 一种低银含陶瓷金属化用amb浆料及其制备方法
CN115991609A (zh) * 2023-01-09 2023-04-21 南京理工大学 一种陶瓷-金属放电等离子连接方法

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