【技術實現步驟摘要】
本申請涉及一種基板材料，特別是涉及一種含有鋁元素的活性金屬硬焊(amb)基板材料及其制造方法。
技術介紹
1、在各國節能減碳政策的推動下，全球的電動車市場正在蓬勃地發展。隨著近年各大車廠陸續推出800伏特(volts)的高壓車型產品，其帶動了碳化硅(sic)陶瓷基板材料的需求快速地成長。然而，基于碳化硅(sic)陶瓷基板材料的功率組件，在電壓、頻率及工作溫度的要求方面不斷地提升，使得陶瓷基板材料也需要對應具有更佳的散熱能力及可靠度。
2、以往被廣泛使用的直接覆銅(direct-bonding-copper，dbc)陶瓷基板是通過共晶鍵合法制備而成，銅層和陶瓷基板之間沒有黏結材料。然而，在高溫操作的過程中，往往會因為銅層和陶瓷基板(如al2o3或aln)之間的熱膨脹系數不同，而產生較大的熱應力，從而導致銅層從陶瓷基板的表面上剝離。因此，傳統的直接覆銅陶瓷基板已經難以滿足高溫、大功率、高散熱及高可靠性的封裝要求。
3、目前主流的基板材料正逐漸從直接覆銅陶瓷基板轉向活性金屬硬焊(activemetal?brazing，amb)基板材料。
4、活性金屬硬焊基板材料利用活性金屬元素(如：ti、zr、ta、nb、v、hf等)可以潤濕陶瓷基板表面的特性，將超厚銅箔在高溫下硬焊于陶瓷基板上。通過活性金屬硬焊制程形成于銅層及陶瓷基板間的硬焊層具有更高的連接強度。
5、在常見的活性金屬硬焊的膏體材料中，銀銅鈦(ag-cu-ti)為常被使用的金屬復合材料。在上述的銀銅鈦金屬復合材料中，銀的含量通常超過5
6、一般采用銀銅鈦用于活性金屬硬焊膏體材料上的硬焊溫度通常需達到900℃以上(如：915℃)。由上述活性金屬硬焊形成的焊料層內包含大量的金屬銀(貴金屬)，使得活性金屬硬焊陶瓷基板的材料成本以及制造成本高居不下。再者，由經過蝕刻制程殘留的金屬銀所導致的電遷移問題，也一直是需要解決的課題。
技術實現思路
1、本申請要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足提供一種含有鋁元素的活性金屬硬焊基板材料及其制造方法，其降低了金屬銀的用量，并將硬焊溫度降至900℃以下，從而減少了高溫對于金屬性能的影響，并且同時降低了材料成本以及制程成本。
2、為了解決上述的技術問題，本申請所采用的其中一技術方案是，提供一種含有鋁元素的活性金屬硬焊基板材料，包括：一陶瓷基板層；一活性金屬層，包含：一第一硬焊層，其設置于所述陶瓷基板層的一側表面上；其中，所述第一硬焊層的組成包含一第一金屬復合材料，其包含金屬銀(ag)、金屬銅(cu)及一第一活性金屬成份；基于所述第一金屬復合材料的總重為100重量份，所述金屬銀的含量不小于50重量份；及一第二硬焊層，其設置于所述第一硬焊層的遠離于所述陶瓷基板層的一側表面上；其中所述第二硬焊層的組成包含一第二金屬復合材料，其包含金屬鋁(al)、金屬銅(cu)、及一第二活性金屬成份；基于所述第二金屬復合材料的總重為100重量份，所述金屬鋁的含量不小于40重量份，且所述第二金屬復合材料未包含金屬銀；其中，所述第一硬焊層以及所述第二硬焊層的厚度加總是至少不小于12微米，而所述第一硬焊層的厚度至少不小于5微米；以及一導電金屬層，其設置于所述第二硬焊層的遠離于所述第一硬焊層的一側表面上。
3、可選地，基于所述活性金屬層中所有金屬成份的總重為100wt％，所述金屬鋁的含量是介于25wt％至48wt％，所述金屬銀的含量不大于50wt％，所述第一活性金屬成份及所述第二活性金屬成份的含量總和介于0.3wt％至8wt％，并且所述金屬銅(cu)為余量的金屬成份。
4、可選地，在所述活性金屬層中，所述第一硬焊層的所述厚度以及所述第二硬焊層的厚度之間的一厚度比例是介于15％～50％：50％～85％。
5、可選地，所述第一活性金屬成份及所述第二活性金屬成份分別是選自，由：鈦(ti)、鋯(zr)、鉭(ta)、鈮(nb)、釩(v)、鉿(hf)及上述金屬的氫化物，所組成的材料群組的至少其中之一。
6、可選地，所述陶瓷基板層為氮化硅陶瓷基板、碳化硅陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板及氧化鋁陶瓷基板的至少其中之一；并且所述導電金屬層為金屬銅箔、金屬鋁箔及銅鋁合金箔的至少其中之一。
7、可選地，所述活性金屬層需被加熱的一硬焊溫度不大于900℃，并且所述陶瓷基板層及所述導電金屬層通過所述活性金屬層的焊接，具有不小于50n/cm的一剝離強度。
8、可選地，在一真空高溫的燒結中，所述第一硬焊層中的所述第一活性金屬成份能濕潤所述陶瓷基板層的所述側表面，并且與所述陶瓷基板層的陶瓷材料發生反應，以提升所述活性金屬層與所述陶瓷基板層間的結合力；所述第二硬焊層能與所述導電金屬層的金屬成份，在界面處發生微米級的共晶反應，以形成牢固的共晶組織，從而使得所述活性金屬層能與所述導電金屬層緊密地結合。
9、為了解決上述的技術問題，本申請采用的其中另一技術方案是，提供一種活性金屬硬焊基板材料的制造方法，包括：實施一第一硬焊層制備作業，包含：將一第一活性焊膏涂布于一陶瓷基板層的一側表面上，并且進行干燥，以形成一第一硬焊層；其中所述第一活性焊膏包含第一活性焊料粉末，其由金屬銀粉末、金屬銅粉末及第一活性金屬粉末組成；其中基于所述第一活性焊料粉末為100重量份，所述金屬銀粉末的含量不小于50重量份；實施一第二硬焊層制備作業，包含：將一第二活性焊膏涂布于所述第一硬焊層遠離于所述陶瓷基板層的一側表面上，并且進行干燥，以形成一第二硬焊層；其中所述第二活性焊膏包含第二活性焊料粉末，其由金屬鋁粉末、金屬銅粉末及第二活性金屬粉末組成；其中基于所述第二活性焊料粉末為100重量份，所述金屬鋁粉末的含量不小于40重量份；其中，所述第二活性焊料粉末不包含金屬銀粉末；以及實施一導電金屬層制備作業，其包含：將一導電金屬層設置于所述第二硬焊層遠離于所述第一硬焊層的一側表面上，并且將所述導電金屬層，在一真空高溫燒結的處理程序下，通過由所述第一硬焊層及所述第二硬焊層所構成的一活性金屬層，硬焊于所述陶瓷基板層上；其中，所述第一硬焊層以及所述第二硬焊層的厚度加總是至少不小于12微米且所述第一硬焊層的厚度不小于5微米。
10、可選地，所述第一活性焊料粉末中的所述金屬銀粉末；所述金屬銅粉末：所述第一活性金屬粉的重量比例介于50～75：20～48：2～5；所述第二活性焊料粉末中的所述金屬鋁粉末；所述金屬銅粉末：所述第二活性金屬粉的重量比例介于45～75：20～50：0.5～5。
11、可選地，所述真空高溫燒結的處理程序包含：溫度條件不大于500℃的一第一階段熱處理程序及溫度條件不小于800℃的一第二階段熱處理程序。
12、本申請的有益效果在于，本申請提供的含有鋁元素的活性金屬硬焊基板材料及其制造方法，能通過“第一硬焊層及第二硬焊層”的設計，以有效降低金屬銀的用量，并將硬焊溫度降至900℃以下，從而減少了高溫對于金屬性能的影響，并且同時本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種含有鋁元素的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，所述活性金屬硬焊基板材料包括：
2.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，基于所述活性金屬層中所有金屬成份的總重為100wt％，所述金屬鋁的含量是介于25wt％至48wt％，所述金屬銀的含量不大于50wt％，所述第一活性金屬成份及所述第二活性金屬成份的含量總和介于0.3wt％至8wt％，并且所述金屬銅(Cu)為余量的金屬成份。
3.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，在所述活性金屬層中，所述第一硬焊層的所述厚度以及所述第二硬焊層的厚度之間的一厚度比例是介于15％～50％：50％～85％。
4.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，所述第一活性金屬成份及所述第二活性金屬成份分別是選自，由：鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、釩(V)、鉿(Hf)、及上述金屬的氫化物，所組成的材料群組的至少其中之一。
5.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，所述陶瓷基板層為氮化硅陶瓷基板、碳化硅陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板及氧
6.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，所述活性金屬層需被加熱的一硬焊溫度不大于900℃，并且所述陶瓷基板層及所述導電金屬層通過所述活性金屬層的焊接，具有不小于50N/cm的一剝離強度。
7.根據權利要求1至權利要求6任一項所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，在一真空高溫的燒結中，所述第一硬焊層中的所述第一活性金屬成份能濕潤所述陶瓷基板層的所述側表面，并且與所述陶瓷基板層的陶瓷材料發生反應，以提升所述活性金屬層與所述陶瓷基板層間的結合力；所述第二硬焊層能與所述導電金屬層的金屬成份，在界面處發生微米級的共晶反應，以形成牢固的共晶組織，從而使得所述活性金屬層能與所述導電金屬層緊密地結合。
8.一種活性金屬硬焊基板材料的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：實施一第一硬焊層制備作業，包含：將一第一活性焊膏涂布于一陶瓷基板層的一側表面上，并且進行干燥，以形成一第一硬焊層；其中所述第一活性焊膏包含第一活性焊料粉末，其由金屬銀粉末、金屬銅粉末、及第一活性金屬粉末組成；其中基于所述第一活性焊料粉末為100重量份，所述金屬銀粉末的含量不小于50重量份；
9.根據權利要求8所述的活性金屬硬焊基板材料的制造方法，其特征在于，所述第一活性焊料粉末中的所述金屬銀粉末；所述金屬銅粉末：所述第一活性金屬粉的重量比例介于50～75：20～48：2～5；所述第二活性焊料粉末中的所述金屬鋁粉末；所述金屬銅粉末：所述第二活性金屬粉的重量比例介于45～75：20～50：0.5～5。
10.根據權利要求8所述的活性金屬硬焊基板材料的制造方法，其特征在于，所述真空高溫燒結的處理程序包含：溫度條件不大于500℃的一第一階段熱處理程序及溫度條件不小于800℃的一第二階段熱處理程序。
...【技術特征摘要】
1.一種含有鋁元素的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，所述活性金屬硬焊基板材料包括：
2.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，基于所述活性金屬層中所有金屬成份的總重為100wt％，所述金屬鋁的含量是介于25wt％至48wt％，所述金屬銀的含量不大于50wt％，所述第一活性金屬成份及所述第二活性金屬成份的含量總和介于0.3wt％至8wt％，并且所述金屬銅(cu)為余量的金屬成份。
3.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，在所述活性金屬層中，所述第一硬焊層的所述厚度以及所述第二硬焊層的厚度之間的一厚度比例是介于15％～50％：50％～85％。
4.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，所述第一活性金屬成份及所述第二活性金屬成份分別是選自，由：鈦(ti)、鋯(zr)、鉭(ta)、鈮(nb)、釩(v)、鉿(hf)、及上述金屬的氫化物，所組成的材料群組的至少其中之一。
5.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，所述陶瓷基板層為氮化硅陶瓷基板、碳化硅陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板及氧化鋁陶瓷基板的至少其中之一；并且所述導電金屬層為金屬銅箔、金屬鋁箔、及銅鋁合金箔的至少其中之一。
6.根據權利要求1所述的活性金屬硬焊基板材料，其特征在于，所述活性金屬層需被加熱的一硬焊溫度不大于900℃，并且所述陶瓷基板層及所述導電金屬層通過所述活性金屬層的焊接，具有不小于50n/cm的一剝離強度。
<...【專利技術屬性】
技術研發人員：毛植葳，張宗穎，魏仲和，徐明義，黃琦雯，
申請(專利權)人：同欣電子工業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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