【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體陶瓷，尤其涉及一種陶瓷與金屬焊接用焊料及其制備方法。
技術介紹
1、目前，電子集成和封裝技術以及半導體技術正朝向高集成度、多功能化、高可靠性方向發展，對電子元件的可靠性提出了更高要求。陶瓷特別是電子陶瓷，屬于先進陶瓷范疇，是應用于電子信息
的功能陶瓷，是構建各種電子陶瓷元器件的基礎材料，在國民經濟及國防建設中占有重要地位。一般具有熔點高、耐腐蝕性好、硬度高等優點，一些電子陶瓷在某些方面具有更為顯著的優勢，例如熱導率高、體積電阻大、高頻損耗小、熱膨脹系數小、機械強度大等優點，在電子封裝領域以及半導體應用廣泛。近年來，由于功率半導體元件更為小型化和高功率密度化，每個元件的電流通過量增加，同樣的發熱增多，以及一些特殊的需要進行發熱的元件，溫度也越來越高，對陶瓷與金屬結合的界面提出了更高的要求。不僅需要界面處的焊接要耐受更高的溫度，還需要具有更好的導熱性。
2、現在常用的陶瓷及金屬連接技術中，主要包括機械連接、有機物粘結劑粘接、低溫焊接。其中機械連接是較為傳統的連接手段，主要是通過結構設計，構造出卡扣機構或者使用螺栓進行連接，該方法由于陶瓷與金屬界面不是緊密貼合，而是存在空氣夾層，導致在熱傳導方面存在較大熱阻，而且該方法無法適用于精密結構元件。使用有機粘結劑粘接是作為一種新型陶瓷與金屬鏈接手段，廣泛應用于電子元件的制作，其較機械連接的明顯優勢為空氣夾層消失，使用導熱粘結劑代替，導熱性能有一定提升，但該類型粘結無法適用于200℃以上的工作環境。低溫焊接作為成熟的焊接工藝，同樣在電子元件的制備中廣泛使用
技術實現思路
1、為了解決上述現有技術的不足，本專利技術的目的之一是提供一種陶瓷與金屬焊接用焊料，所述焊料具有高界面潤濕性和高熔點等特點，使用時陶瓷與金屬的焊接強度高且具有優異的抗高低溫沖擊能力。
2、本專利技術的另一目的在于提供一種陶瓷與金屬焊接用焊料制備方法，所述制備方法工藝簡單、操作易控，利于工業化生產，制得的焊料用于陶瓷與金屬焊接時，具有優異的焊接強度，焊接效果好。
3、本專利技術的目的通過如下技術方案實現：一種陶瓷與金屬焊接用焊料，包括如下質量百分比的原料：ti?20-45％、cu?8-25％和ag?20-55％，并包括如下質量百分比的原料中的至少一種：al?3-15％、zr?20-45％、ni?25-40％。
4、本專利技術創造性地將ti、cu、ag等原料復配并精心設計其用量配比，制得陶瓷與金屬焊接用焊料。在進行陶瓷與金屬結構件焊接過程中，焊接用焊料的液相線低于金屬結構件的固相線，保證焊料與金屬的良好焊接效果以及金屬結構件的結構完整、尺寸準確。本專利技術在焊料中引入的ti在元素周期表處于過渡區間，能夠與陶瓷表面的氧、碳或硅發生化學鍵合，例如可與氧化物陶瓷產生反應生成tio、cu2ti4o固溶體，從而實現與陶瓷表面的化學鍵結合形成活性過渡層，該過渡層對金屬結構件的浸潤性良好，使其能夠有效的潤濕和擴散，最終達到良好的焊接效果。所述焊料具有低表面張力、高界面潤濕性、高熔點和高可靠性等特點，焊接強度高且具有優異的抗高低溫沖擊能力。
5、進一步的，所述陶瓷與金屬焊接用焊料包括如下質量百分比的原料：ti?25-40％、cu10-22％、ag?25-50％、al?5-12％。更進一步的，所述陶瓷與金屬焊接用焊料包括如下質量百分比的原料：ti?25-38％、cu?10-23％、ag?40-48％、al?7-12％。
6、進一步的，所述陶瓷與金屬焊接用焊料包括如下質量百分比的原料：ti?20-40％、cu10-22％、ag?25-50％、zr?20-45％。更進一步的，所述陶瓷與金屬焊接用焊料包括如下質量百分比的原料：ti?25-30％、cu?10-15％、ag?25-40％、zr?25-40％。
7、進一步的，所述陶瓷與金屬焊接用焊料包括如下質量百分比的原料：ti?20-40％、cu10-22％、ag?25-50％、ni?20-45％。更進一步的，所述陶瓷與金屬焊接用焊料包括如下質量百分比的原料：ti?20-30％、cu?10-20％、ag?25-45％、ni?20-30％。
8、本專利技術的另一目的通過如下技術方案實現：一種上述陶瓷與金屬焊接用焊料的制備方法，包括如下步驟：
9、(1)混合：取陶瓷與金屬焊接用焊料用金屬原料粉體，按照比例混合，得到混合金屬粉；
10、(2)熔煉：將步驟(1)得到的混合金屬粉加熱到900-1100℃，熔煉為金屬漿；
11、(3)坯體成型：將步驟(2)中熔煉好的金屬漿取出，并倒入水冷銅模中，待冷卻后，形成合金坯體；
12、(4)軋制：將合金坯體加熱至600-800℃，進行第一次軋制，得到合金料帶；然后酸洗去除合金料帶表面的氧化層；再將去除氧化層的合金料帶進行第二次軋制，得到陶瓷與金屬焊接用焊料帶。
13、進一步的所述步驟(1)中，取陶瓷與金屬焊接用焊料用金屬原料粉體，按照比例加入到球磨機中，以轉速30-50r/min的速度處理3-8h，得到混合金屬粉。
14、進一步的，所述步驟(1)中，金屬原料粉體的粒徑為20-100μm。
15、進一步的，所述步驟(2)中，將混合金屬粉裝入石墨坩堝，并放入中頻感應電爐加熱到900-1100℃，將混合金屬粉熔煉為金屬漿。
16、進一步的，所述步驟(2)中，中頻感應電爐加熱以5-7℃/min的速度逐步升溫900-1100℃，并在900-1100℃溫度下保溫0.5-2h。
17、進一步的，所述步驟(3)中，將金屬漿從中頻感應電爐中取出，并倒入水冷銅模中，待冷卻15-30min后，形成合金坯體。
18、進一步的，所述步驟(4)中，將合金坯體加熱至600-800℃，放入軋鋼機中進行第一次軋制，得到厚度為2-6mm的合金料帶；然后酸洗去除合金料帶表面的氧化層；再將去除氧化層的合金料帶放入軋鋼機中，在20-35℃溫度下進行第二次軋制，得到厚度為20-300μm的陶瓷與金屬焊接用焊料帶。
19、進一步的，所述步驟(4)中，采用hf-hno3混合酸對合金料帶進行清洗，清洗溫度為35-55℃，清洗時間為10-20min；所述hf-hno3混合酸中，hf的濃度為3-8wt％，hno3的濃度為10-35wt％。
【技術保護點】
1.一種陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：包括如下質量百分比的原料：Ti?20-45％、Cu8-25％和Ag?20-55％，并包括如下質量百分比的原料中的至少一種：Al?3-15％、Zr20-45％、Ni?25-40％。
2.根據權利要求1所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：包括如下質量百分比的原料：Ti?25-40％、Cu?10-22％、Ag?25-50％、Al?5-12％。
3.根據權利要求1所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：包括如下質量百分比的原料：Ti?20-40％、Cu?10-22％、Ag?25-50％、Zr?20-45％。
4.根據權利要求1所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：包括如下質量百分比的原料：Ti?25-40％、Cu?10-22％、Ag?20-50％、Ni?25-40％。
5.一種如權利要求1-4任意一項所述的陶瓷與金屬焊接用焊料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的陶瓷與金屬焊接用焊料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中，將混合金屬粉裝入石墨坩堝，并放入
7.根據權利要求5所述的陶瓷與金屬焊接用焊料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中，中頻感應電爐加熱以5-7℃/min的速度逐步升溫900-1100℃，并在900-1100℃溫度下保溫0.5-2h。
8.根據權利要求5所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：所述步驟(3)中，將金屬漿從中頻感應電爐中取出，并倒入水冷銅模中，待冷卻15-30min后，形成合金坯體。
9.根據權利要求5所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：所述步驟(4)中，將合金坯體加熱至600-800℃，放入軋鋼機中進行第一次軋制，得到厚度為2-6mm的合金料帶；然后酸洗去除合金料帶表面的氧化層；再將去除氧化層的合金料帶放入軋鋼機中進行第二次軋制，得到厚度為20-300μm的陶瓷與金屬焊接用焊料帶。
10.根據權利要求5所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：所述步驟(4)中，采用HF-HNO3混合酸對合金料帶進行清洗，清洗溫度為35-55℃，清洗時間為10-20min；所述HF-HNO3混合酸中，HF的濃度為3-8wt％，HNO3的濃度為10-35wt％。
...【技術特征摘要】
1.一種陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：包括如下質量百分比的原料：ti?20-45％、cu8-25％和ag?20-55％，并包括如下質量百分比的原料中的至少一種：al?3-15％、zr20-45％、ni?25-40％。
2.根據權利要求1所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：包括如下質量百分比的原料：ti?25-40％、cu?10-22％、ag?25-50％、al?5-12％。
3.根據權利要求1所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：包括如下質量百分比的原料：ti?20-40％、cu?10-22％、ag?25-50％、zr?20-45％。
4.根據權利要求1所述的陶瓷與金屬焊接用焊料，其特征在于：包括如下質量百分比的原料：ti?25-40％、cu?10-22％、ag?20-50％、ni?25-40％。
5.一種如權利要求1-4任意一項所述的陶瓷與金屬焊接用焊料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的陶瓷與金屬焊接用焊料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中，將混合金屬粉裝入石墨坩堝，并放入中頻感應電爐加熱到900-11...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳聞杰，陳關亮，常鑫烽，李國明，蘭建輝，
申請(專利權)人：廣東精瓷新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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