CN116589298B - 改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法 - Google Patents

改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法，包括如下步骤，S1、将陶瓷片装载在陶瓷预弯支架上，陶瓷预弯支架对陶瓷片的外缘进行支撑；2、对装载有陶瓷片的陶瓷预弯支架进行加热，加热完成后冷却至室温出炉，得到预弯陶瓷片；S3、将厚铜片置于氧化环境下加热；S4、准备DBC烧结支架，将预弯陶瓷片的凹面朝下放置在DBC烧结支架上，DBC烧结支架对预弯陶瓷排泥的中部进行支撑，再将预氧化后的厚铜片放置在预弯陶瓷上；S5、将S4组装完毕的结构放置在烧结炉内烧结，烧结完成后冷却至室温。本发明的一种改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法在实现薄瓷厚铜结构的同时，能够消除产品翘曲或将翘曲控制在较小范围内。

Description

改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷基板覆铜技术领域，特别是涉及一种改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法。
背景技术
单面烧结DBC基板的覆铜层的厚度小于陶瓷厚度，正常产品DBC基板的金属化厚度小于0.4mm，大电流的功率模块等需求特殊的控制电路等产品需要金属层的厚度较厚，对于厚铜薄瓷片类型，没有产品问世，对于金属化厚度大于0.4mm的产品工艺繁多复杂。现有的技术方案为将瓷片至于正常的烧结支架上，然后铜片预氧化，最后将铜片置于瓷片的上方，进行单面烧结。
由于原材料的物理特性，单面厚铜薄瓷烧结技术必然会带来产品翘曲的问题，铜片冷却是产生的翘曲甚至可以将陶瓷直接拉断，那么为了减少翘曲就必须采用比较厚的陶瓷表面金属化，较厚的陶瓷就带来了较大的热阻和重量，不利电子产品的小型化、轻量化等。
发明内容
为克服现有技术存在的技术缺陷，本发明提供一种改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法，其在实现薄瓷厚铜结构的同时，能够消除产品翘曲或将翘曲控制在较小范围内。
本发明采用的技术解决方案是：采用具有一定弯曲程度的陶瓷片进行覆铜作业，将预氧化后的厚铜片叠在弯曲的陶瓷片上进行烧结，厚铜片架热后变形并贴合在弯曲的陶瓷片上，在冷却过程中，由于铜材料的收缩率较陶瓷大，收缩的厚铜片会拉动反向弯曲的陶瓷片逐渐向正向弯曲。此外，采用本申请技术方案制备覆铜基板时，覆铜层的厚度要大于陶瓷的厚度，以保证在冷却过程中厚铜片能够拉动陶瓷片复位。
制备具有一定弯曲程度的陶瓷片可通过加热的方法实现，通过对陶瓷片进行加热，同时对陶瓷片的外缘进行支撑，加热后的陶瓷片中部向下凹陷，最后冷却，陶瓷片即具备一定的弯曲度。
在烧结厚铜片及陶瓷片时，对陶瓷片的凹面进行支撑，厚铜片放置在陶瓷片的凸面上，在冷却时，厚铜片逐渐拉动弯曲的陶瓷片复位，使得最终的产品不变形或变形小。
改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法具体包括如下步骤，
S1、装载，准备陶瓷预弯支架，将陶瓷片装载在陶瓷预弯支架上，陶瓷预弯支架对陶瓷片的外缘进行支撑；
S2、预弯，将装载有陶瓷片的陶瓷预弯支架，单放或叠放在一起放置在高温炉内，对陶瓷片进行加热，加热完成后冷却至室温出炉，得到预弯陶瓷片；
S3、预氧化，将厚铜片置于氧化环境下加热；
S4、垒叠，准备DBC烧结支架，所述DBC烧结支架中部设置支撑杆，将预弯陶瓷片的凹面朝下放置在DBC烧结支架上，DBC烧结支架对预弯陶瓷排泥的中部进行支撑，再将预氧化后的厚铜片放置在预弯陶瓷上；
S5、将S4组装完毕的结构放置在烧结炉内烧结，烧结完成后冷却至室温。
优选地，S2中的加热温度为1000℃-1500℃，保温时间为大于0.5小时。
优选地，S3中的加热温度为1000℃，保温时间为25分钟，氧化环境含氧量为1000ppm。
优选地，所述厚铜片的厚度≥0.5mm。
优选地，所述陶瓷预弯支架包括框架及设在框架内侧拐角处的支撑片，所述陶瓷片的四角分别放置在对应位置的支撑片上。
优选地，所述框架的的顶部设有凹槽，所述框架的底部设有可与所述凹槽配合的插块。
优选地，所述DBC烧结支架包括底板及设在底板顶部中间的两条支撑杆。
优选地，所支撑杆横向或纵向设置。
本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案可以通过温度设置和时间设置来控制陶瓷弯曲的弧度，陶瓷预弯支架可以保证在烧结DBC过程中使陶瓷沿着预定方向弯曲，在烧结前，陶瓷片是弯曲的，厚铜片在高温状态下会很软,直接贴附在陶瓷片并反应, 二者完全在一起.当逐渐冷却的过程中, 厚铜片的收缩率比较大,就会拉着反向弯曲的瓷片朝着正向弯曲，如此以实现薄瓷厚铜的DBC产品消除翘曲或将翘曲控制在一定范围内，实现了薄瓷厚铜的DBC的结构。
附图说明
图1为本发明陶瓷预弯支架的结构示意图。
图2为本发明陶瓷片的装载视图。
图3为本发明预弯之后的陶瓷片的结构视图。
图4为本发明DBC烧结支架的结构视图。
图5为本发明DBC烧结支架装载陶瓷片和厚铜片的结构视图。
图6为本发明陶瓷预弯支架的垒叠视图。
附图标记说明：11、陶瓷片；12、预弯陶瓷片；2、陶瓷预弯支架；201、框架；202、支撑片；203、插块；204、凹槽；3、DBC烧结支架；301、底板；302、支撑杆；4、厚铜片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1至图6所示，本实施例提供一种制备覆厚铜陶瓷基板的实施方式，其包括如下步骤：
S1、将规格为138*190*0.38mm规格的陶瓷片11装载在陶瓷预弯支架2上。
S2、陶瓷高温预弯参数设置为：最高温度1350℃，保温30min，得到预弯陶瓷片12。
S3、将规格为134*184*0.50mm的厚铜片4经过预氧化，最高温度为1000℃，保温时间为25min，氧化环境含氧量为1000ppm。
S4、将经过步骤S2、S3的预弯陶瓷片12和厚铜片4叠放在烧结支架上，如图5所示。
S5、将S4组合体放置在连续烧结炉内烧结。烧结温度为1075℃，时间为15min。
在烧结之前，预弯陶瓷片12是弯曲的，在进行烧结时，厚铜片4在高温状态下会很软，直接贴附在预弯陶瓷片12并反应， 二者完全结合在一起.当逐渐冷却的过程中， 厚铜片4的收缩率比较大，就会拉着反向弯曲的预弯陶瓷片12朝着正向弯曲，如此以实现薄瓷厚铜的DBC产品消除翘曲或将翘曲控制在一定范围内，实现了薄瓷厚铜的DBC的结构。
通过将装载有陶瓷片11的陶瓷预弯支架2垒叠在一起，可同时预弯多个陶瓷片11，优选地，所述陶瓷预弯支架2的顶部设有凹槽204，所述陶瓷预弯支架2的底部设有可与所述凹槽204配合的插块203。
本实施例的所述陶瓷预弯支架2包括框架201及设在框架201内侧拐角处的支撑片202，所述框架201部设置凹槽204，框架201的底部设置插块203，装载陶瓷片11后，将陶瓷片11的四角放置在支撑片202上，在进行预弯加热时，陶瓷片11受热变软，陶瓷片11的中部在重力的作用下向下凹陷，冷却后，陶瓷片11即成弯曲的状态。
本实施例的烧结支架的中部设置支撑杆302支撑预弯后的陶瓷片11，厚铜片4垒叠在预弯后的陶瓷片11上，在烧结厚铜片4及预弯陶瓷片12时，支撑杆302对预弯陶瓷片12的凹面进行支撑，厚铜片4放置在预弯陶瓷片12的凸面上，在冷却时，厚铜片4逐渐拉动预弯陶瓷片12复位，使得最终的产品不变形或变形小，优选地，所述DBC烧结支架3包括底板301及设在底板301顶部中间的两条支撑杆302，两条支撑杆302保证支撑稳定，防止冷却过程中产品发生偏转。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、装载，准备陶瓷预弯支架，将陶瓷片装载在陶瓷预弯支架上，陶瓷预弯支架对陶瓷片的外缘进行支撑；
S2、预弯，将装载有陶瓷片的陶瓷预弯支架，单放或叠放在一起放置在高温炉内，对陶瓷片进行加热，加热温度为1000℃-1500℃，保温时间＞0.5小时，加热完成后冷却至室温出炉，得到预弯陶瓷片；
S3、预氧化，将厚铜片置于氧化环境下加热，所述厚铜片的厚度≥0.5mm，加热温度为1000℃，保温时间为25分钟，氧化环境含氧量为1000ppm；
S4、垒叠，准备DBC烧结支架，所述DBC烧结支架中部设置支撑杆，将预弯陶瓷片的凹面朝下放置在DBC烧结支架上，DBC烧结支架对预弯陶瓷排泥的中部进行支撑，再将预氧化后的厚铜片放置在预弯陶瓷上；
S5、将S4组装完毕的结构放置在烧结炉内烧结，烧结完成后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法，其特征在于：所述陶瓷预弯支架包括框架及设在框架内侧拐角处的支撑片，所述陶瓷片的四角分别放置在对应位置的支撑片上。
3.根据权利要求2所述的改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法，其特征在于：所述框架的的顶部设有凹槽，所述框架的底部设有可与所述凹槽配合的插块。
4.根据权利要求1所述的改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法，其特征在于：所述DBC烧结支架包括底板及设在底板顶部中间的两条支撑杆。
5.根据权利要求4所述的改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法，其特征在于：所支撑杆横向或纵向设置。
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