基于原位自生AlNp网络的DBA陶瓷基板及制备方法

专利2026-03-01  13


本发明涉及陶瓷材料,具体而言,涉及基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板及制备方法。


背景技术:

1、随着电子技术的不断发展,芯片的集成度越来越高,电路的布线也越来越精细,因而单位面积上的功率耗散也越来越大,产生的热量也在不断增加。如果这些热量不能及时散发,就会导致器件失效。aln陶瓷具有出色的导热性能、较低的介电常数以及优异的力学性能,而且,aln陶瓷的热膨胀系数与硅和砷化镓相匹配,因此,aln陶瓷逐渐代替al2o3陶瓷,成为混合集成电路、功率电子器件以及大规模集成电路等领域的理想封装材料。

2、直接覆铝(direct bond aluminum,dba)陶瓷基板是在dbc工艺技术基础上发展起来的新工艺,该工艺直接将铝敷接在陶瓷上,其不仅具有良好的导热性能,还具有较高的耐冷热冲击性与可靠性,是目前电子封装领域研究的热点。相关研究人员采用铝合金与aln陶瓷获得了dba陶瓷基板,但采用该方法制得的dba陶瓷基板存在的问题在于:一是,铝合金与aln陶瓷的界面导热性较差,使得dba陶瓷的导热性较差;二是,铝合金与aln陶瓷的热膨胀系数差异较大,造成接头残余应力过大,导致接头强度较低。


技术实现思路

1、本发明解决的问题是以下问题中的至少一种:采用铝合金和aln陶瓷制备dba陶瓷基板时,铝合金与aln陶瓷的界面导热性较差,使得dba陶瓷基板的导热性较差;铝合金与aln陶瓷的热膨胀系数差异较大,造成接头残余应力过大,导致接头强度较低。

2、为解决上述问题,本发明提供一种基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,包括:

3、步骤s1、将al-si合金粉与氮化硼混合后,进行球磨处理,得到第一混合物;其中,所述al-si合金粉中al和si的质量比为1:(1-9);

4、步骤s2、向所述第一混合物中加入粘结剂,混合均匀,得到复合钎料;

5、步骤s3、将所述复合钎料均匀涂覆在aln陶瓷的待焊面上,得到表面形成有钎料层的aln陶瓷待焊件;

6、步骤s4、将所述aln陶瓷待焊件与铝合金待焊件装配在一起,以使得所述钎料层位于所述aln陶瓷与所述铝合金待焊件之间,得到组合待焊件;

7、步骤s5、向所述组合待焊件施加预设压力,在预设真空度下将所述组合待焊件加热至450-640℃,保温15-60min,冷却后得到dba陶瓷基板。

8、可选地,所述步骤s1中,所述氮化硼与所述al-si合金粉的质量比为(8-10):(90-92)。

9、可选地,所述步骤s2中,所述粘结剂为松油醇,所述粘结剂与所述第一混合物的质量比为1:(5-6)。

10、可选地,所述步骤s1中,所述球磨处理包括:在惰性气体保护氛围下,以乙醇为球磨液体,将所述al-si合金粉与所述氮化硼混合得到的粉体在350-400rpm的转速下球磨1-2h,然后进行真空干燥处理。

11、可选地,所述真空干燥处理的温度为40-60℃,时间为2-4h。

12、可选地,所述步骤s3中,所述钎料层的厚度为50-100μm。

13、可选地,所述步骤s3中,所述将所述复合钎料均匀涂覆在aln陶瓷的待焊面上采用丝网印刷的方式进行。

14、可选地,所述步骤s5中,所述预设压力为3-5mpa,所述预设真空度为(1-2)×10-4pa。

15、可选地,所述步骤s5中,所述在预设真空度下将所述组合待焊件加热至450-640℃的过程中的加热速率为5-10℃/min。

16、本发明还提供了一种基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板,采用如上所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法制得。

17、与现有技术相比,本发明的提供的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,通过在aln陶瓷的待焊面上涂覆含有al-si合金粉和bn的复合钎料,在进行加热处理后,在aln陶瓷与铝合金的界面处生成了三维alnp网络,三维alnp网络在aln陶瓷与铝合金形成了过渡层,由于三维alnp网络的热膨胀系数介于铝合金与氮化铝陶瓷之间,因而可以减少接头的残余应力,有利于提升dba陶瓷基板的接头强度;另外,三维alnp网络的导热性较好,因而dba陶瓷基板在铝合金与aln陶瓷界面处的导热性较好,使得本发明中制得的dba陶瓷基板的导热性较好。



技术特征:

1.一种基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中,所述氮化硼与所述al-si合金粉的质量比为(8-10):(90-92)。

3.根据权利要求2所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中,所述粘结剂为松油醇,所述粘结剂与所述第一混合物的质量比为1:(5-6)。

4.根据权利要求1所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中,所述球磨处理包括:在惰性气体保护氛围下,以乙醇为球磨液体,将所述al-si合金粉与所述氮化硼混合得到的粉体在350-400rpm的转速下球磨1-2h,然后进行真空干燥处理。

5.根据权利要求4所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,所述真空干燥处理的温度为40-60℃,时间为2-4h。

6.根据权利要求1所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中,所述钎料层的厚度为50-100μm。

7.根据权利要求1所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中,所述将所述复合钎料均匀涂覆在aln陶瓷的待焊面上采用丝网印刷的方式进行。

8.根据权利要求1所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,所述步骤s5中,所述预设压力为3-5mpa,所述预设真空度为(1-2)×10-4pa。

9.根据权利要求1所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法,其特征在于,所述步骤s5中,所述在预设真空度下将所述组合待焊件加热至450-640℃的过程中的加热速率为5-10℃/min。

10.一种基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板,其特征在于,采用如权利要求1-9任一项所述的基于原位自生alnp网络的dba陶瓷基板的制备方法制得。


技术总结
本发明提供了基于原位自生AlN<subgt;p</subgt;网络的DBA陶瓷基板及制备方法,涉及陶瓷材料技术领域,该方法包括:将Al‑Si合金粉与氮化硼混合后,进行球磨处理,得到第一混合物;向第一混合物中加入粘结剂,混合均匀,得到复合钎料;将复合钎料均匀涂覆在AlN陶瓷的待焊面上,得到表面形成有钎料层的AlN陶瓷待焊件;将AlN陶瓷待焊件与铝合金待焊件装配在一起,得到组合待焊件;向组合待焊件施加预设压力,在预设真空度下将所述组合待焊件加热至450‑640℃,保温15‑60min,冷却后得到DBA陶瓷基板。采用本发明的方法,能够提升DBA陶瓷基板的接头强度与导热性。

技术研发人员:王策,徐瑞,林铁松,何鹏
受保护的技术使用者:哈尔滨工业大学
技术研发日:
技术公布日:2024/7/25
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