一种无银低CTE氮化硅覆铜陶瓷基板结构及制备方法与流程

本发明属于陶瓷覆铜基板，特别涉及一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构及制备方法。

背景技术：

1、陶瓷基板覆铜是将高导电率无氧铜在高温下直接键合到陶瓷基板表面而形成的一种复合金属陶瓷基板，它既具有陶瓷的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低膨胀等特性，又具有无氧铜的高导电性和优异的焊接性能，是电力电子领域功率模块封装连接芯片与散热衬底的关键材料。

2、通常采用agcuti焊料与铜片和氮化硅，装夹成三明治结构后进行真空钎焊。由于焊料的厚度、焊料中银扩散问题、焊料熔融状态的流动等因素的影响，使用agcuti浆料钎焊的焊料层结构不均匀，在使用状态下，银的电迁移和焊料的cte（热膨胀系数）都对后续产品的可靠性有很大影响，ag迁移造成焊料层不均匀，对后续蚀刻和可靠性都有影响，贵金属ag使得物料成本提高，并且在后段蚀刻工艺中存在有环境污染的风险。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构及制备方法。

2、一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，包括氮化硅陶瓷层，氮化硅陶瓷层的顶部设置有焊料反应层一，焊料反应层一的上方通过焊料连接层一连接有铜合金层一，氮化硅陶瓷层的底部设置有焊料反应层二，焊料反应层二的下方通过焊料连接层二连接铜合金层二；

3、铜合金层一和铜合金层二为铜与低熔点金属的合金；焊料反应层一和焊料反应层二为活性金属与氮化硅陶瓷反应生成的氮化层，氮化层由接近陶瓷的多活性金属合金焊料或焊片层与陶瓷反应所得；焊料连接层一和焊料连接层二为少或无活性金属焊料或焊片层与铜和少量的活化金属合金反应所得，焊料连接层一和焊料连接层二无ag合金。

4、本发明的进一步改进在于，活性金属为ti、zr、hf中的一种元素，主要为ti元素。

5、本发明的进一步改进在于，低熔点金属为sn, al, in, bi中的一种元素。

6、本发明的进一步改进在于，焊料连接层一和焊料连接层二加入适量的同源氮化物陶瓷粉。

7、本发明的进一步改进在于，氮化层的厚度为1～3μm。

8、本发明的进一步改进在于，焊料连接层一和焊料连接层二的厚度为3～6μm。

9、本发明的进一步改进在于，焊料连接层一、焊料连接层二为铜钛和低熔点金属合金，焊料连接层一、焊料连接层二的热膨胀系数为9-12 ppm/℃。

10、本发明的进一步改进在于，铜合金层一和铜合金层二将焊料中的低熔点金属在烧结过程中迁移至铜中，铜合金层一和铜合金层二的热膨胀系数为12～15 ppm/℃。

11、一种制备无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板的方法，具体步骤包括：

12、步骤一、将多成分活性金属合金层一与si3n4层反应生成焊料反应层一，将少成分活性金属合金层一与cu层一下方的低熔点cu合金层一反应得到焊料连接层一；

13、与此同时，将多成分活性金属合金层二与si3n4层反应生成焊料反应层二，将少成分活性金属合金层二与cu层二上方的低熔点cu合金层二反应得到焊料连接层二；

14、步骤二、装夹成铜合金层一-焊料连接层一-焊料反应层一-氮化硅陶瓷层-焊料反应层二-焊料连接层二-铜合金层二的叠层结构，将叠层结构放置在工装夹具中，给叠层结构施加均匀的压力；

15、步骤三、将步骤二中的叠层结构放置在真空钎焊炉中钎焊成氮化硅覆铜陶瓷基板。

16、与现有技术相比，本发明提供的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构及制备方法，至少实现了如下的有益效果：

17、1.通过两层及以上膏状或片状的合金焊料使焊缝界面结构更易成型，可以减少焊料中imc金属间化合物脆性材料的生成，且钎焊机理为达到一定温度条件，较低熔点的焊料液化使得更多的合金融入，使其活化后可以更好的浸润陶瓷与陶瓷反应，多层焊料对应的工艺参数较单层焊料更低，更易形成特定的焊缝结构，对焊接覆铜陶瓷基板有较高的适配度；

18、2.形成cte递减的覆铜陶瓷基板结构，提高了覆铜陶瓷基板的可靠性，弥补了cu材与si3n4陶瓷间较大的cte差值，起到缓冲和消除残余应力的作用；

19、3.解决了银基覆铜陶瓷基板的银的电迁移影响，其铜-焊料-陶瓷区的cte呈递减趋势，减小了成本，避免了贵金属污染问题，无贵金属ag对产品图形化和后端性能应用有优势。

技术特征：

1.一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，其特征在于，包括氮化硅陶瓷层（4），所述氮化硅陶瓷层（4）的顶部设置有焊料反应层一（3），所述焊料反应层一（3）的上方通过焊料连接层一（2）连接有铜合金层一（1），所述氮化硅陶瓷层（4）的底部设置有焊料反应层二（5），所述焊料反应层二（5）的下方通过焊料连接层二（6）连接铜合金层二（7）；

2.根据权利要求1所述的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板结构，其特征在于，

9.一种制备权利要求1-8任一所述的一种无银低cte氮化硅覆铜陶瓷基板的方法，其特征在于，具体步骤包括：

技术总结本发明公开了一种无银低CTE氮化硅覆铜陶瓷基板结构及制备方法，包括氮化硅陶瓷层（4），所述氮化硅陶瓷层（4）的顶部设置有焊料反应层一（3），所述焊料反应层一（3）的上方通过焊料连接层一（2）连接有铜合金层一（1），所述氮化硅陶瓷层（4）的底部设置有焊料反应层二（5），所述焊料反应层二（5）的下方通过焊料连接层二（6）连接铜合金层二（7），将各层装夹成叠层结构，叠层结构放置在真空钎焊炉中钎焊成氮化硅覆铜陶瓷基板，本发明使焊缝界面结构更易成型，能够减少焊料中IMC金属间化合物脆性材料的生成，更易形成特定的焊缝结构，对焊接覆铜陶瓷基板有较高的适配度。技术研发人员：戴锐锋,谢继华受保护的技术使用者：南通威斯派尔半导体技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29