【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种基板材料，特别是涉及一种含有铝元素的活性金属硬焊(amb)基板材料及其制造方法。
技术介绍
1、在各国节能减碳政策的推动下，全球的电动车市场正在蓬勃地发展。随着近年各大车厂陆续推出800伏特(volts)的高压车型产品，其带动了碳化硅(sic)陶瓷基板材料的需求快速地成长。然而，基于碳化硅(sic)陶瓷基板材料的功率组件，在电压、频率及工作温度的要求方面不断地提升，使得陶瓷基板材料也需要对应具有更佳的散热能力及可靠度。
2、以往被广泛使用的直接覆铜(direct-bonding-copper，dbc)陶瓷基板是通过共晶键合法制备而成，铜层和陶瓷基板之间没有黏结材料。然而，在高温操作的过程中，往往会因为铜层和陶瓷基板(如al2o3或aln)之间的热膨胀系数不同，而产生较大的热应力，从而导致铜层从陶瓷基板的表面上剥离。因此，传统的直接覆铜陶瓷基板已经难以满足高温、大功率、高散热及高可靠性的封装要求。
3、目前主流的基板材料正逐渐从直接覆铜陶瓷基板转向活性金属硬焊(activemetal brazing，amb)基板材料。
4、活性金属硬焊基板材料利用活性金属元素(如：ti、zr、ta、nb、v、hf等)可以润湿陶瓷基板表面的特性，将超厚铜箔在高温下硬焊于陶瓷基板上。通过活性金属硬焊制程形成于铜层及陶瓷基板间的硬焊层具有更高的连接强度。
5、在常见的活性金属硬焊的膏体材料中，银铜钛(ag-cu-ti)为常被使用的金属复合材料。在上述的银铜钛金属复合材料中，银的含量通常超过5
6、一般采用银铜钛用于活性金属硬焊膏体材料上的硬焊温度通常需达到900℃以上(如：915℃)。由上述活性金属硬焊形成的焊料层内包含大量的金属银(贵金属)，使得活性金属硬焊陶瓷基板的材料成本以及制造成本高居不下。再者，由经过蚀刻制程残留的金属银所导致的电迁移问题，也一直是需要解决的课题。
技术实现思路
1、本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种含有铝元素的活性金属硬焊基板材料及其制造方法，其降低了金属银的用量，并将硬焊温度降至900℃以下，从而减少了高温对于金属性能的影响，并且同时降低了材料成本以及制程成本。
2、为了解决上述的技术问题，本申请所采用的其中一技术方案是，提供一种含有铝元素的活性金属硬焊基板材料，包括：一陶瓷基板层；一活性金属层，包含：一第一硬焊层，其设置于所述陶瓷基板层的一侧表面上；其中，所述第一硬焊层的组成包含一第一金属复合材料，其包含金属银(ag)、金属铜(cu)及一第一活性金属成份；基于所述第一金属复合材料的总重为100重量份，所述金属银的含量不小于50重量份；及一第二硬焊层，其设置于所述第一硬焊层的远离于所述陶瓷基板层的一侧表面上；其中所述第二硬焊层的组成包含一第二金属复合材料，其包含金属铝(al)、金属铜(cu)、及一第二活性金属成份；基于所述第二金属复合材料的总重为100重量份，所述金属铝的含量不小于40重量份，且所述第二金属复合材料未包含金属银；其中，所述第一硬焊层以及所述第二硬焊层的厚度加总是至少不小于12微米，而所述第一硬焊层的厚度至少不小于5微米；以及一导电金属层，其设置于所述第二硬焊层的远离于所述第一硬焊层的一侧表面上。
3、可选地，基于所述活性金属层中所有金属成份的总重为100wt％，所述金属铝的含量是介于25wt％至48wt％，所述金属银的含量不大于50wt％，所述第一活性金属成份及所述第二活性金属成份的含量总和介于0.3wt％至8wt％，并且所述金属铜(cu)为余量的金属成份。
4、可选地，在所述活性金属层中，所述第一硬焊层的所述厚度以及所述第二硬焊层的厚度之间的一厚度比例是介于15％～50％：50％～85％。
5、可选地，所述第一活性金属成份及所述第二活性金属成份分别是选自，由：钛(ti)、锆(zr)、钽(ta)、铌(nb)、钒(v)、铪(hf)及上述金属的氢化物，所组成的材料群组的至少其中之一。
6、可选地，所述陶瓷基板层为氮化硅陶瓷基板、碳化硅陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板及氧化铝陶瓷基板的至少其中之一；并且所述导电金属层为金属铜箔、金属铝箔及铜铝合金箔的至少其中之一。
7、可选地，所述活性金属层需被加热的一硬焊温度不大于900℃，并且所述陶瓷基板层及所述导电金属层通过所述活性金属层的焊接，具有不小于50n/cm的一剥离强度。
8、可选地，在一真空高温的烧结中，所述第一硬焊层中的所述第一活性金属成份能湿润所述陶瓷基板层的所述侧表面，并且与所述陶瓷基板层的陶瓷材料发生反应，以提升所述活性金属层与所述陶瓷基板层间的结合力；所述第二硬焊层能与所述导电金属层的金属成份，在界面处发生微米级的共晶反应，以形成牢固的共晶组织，从而使得所述活性金属层能与所述导电金属层紧密地结合。
9、为了解决上述的技术问题，本申请采用的其中另一技术方案是，提供一种活性金属硬焊基板材料的制造方法，包括：实施一第一硬焊层制备作业，包含：将一第一活性焊膏涂布于一陶瓷基板层的一侧表面上，并且进行干燥，以形成一第一硬焊层；其中所述第一活性焊膏包含第一活性焊料粉末，其由金属银粉末、金属铜粉末及第一活性金属粉末组成；其中基于所述第一活性焊料粉末为100重量份，所述金属银粉末的含量不小于50重量份；实施一第二硬焊层制备作业，包含：将一第二活性焊膏涂布于所述第一硬焊层远离于所述陶瓷基板层的一侧表面上，并且进行干燥，以形成一第二硬焊层；其中所述第二活性焊膏包含第二活性焊料粉末，其由金属铝粉末、金属铜粉末及第二活性金属粉末组成；其中基于所述第二活性焊料粉末为100重量份，所述金属铝粉末的含量不小于40重量份；其中，所述第二活性焊料粉末不包含金属银粉末；以及实施一导电金属层制备作业，其包含：将一导电金属层设置于所述第二硬焊层远离于所述第一硬焊层的一侧表面上，并且将所述导电金属层，在一真空高温烧结的处理程序下，通过由所述第一硬焊层及所述第二硬焊层所构成的一活性金属层，硬焊于所述陶瓷基板层上；其中，所述第一硬焊层以及所述第二硬焊层的厚度加总是至少不小于12微米且所述第一硬焊层的厚度不小于5微米。
10、可选地，所述第一活性焊料粉末中的所述金属银粉末；所述金属铜粉末：所述第一活性金属粉的重量比例介于50～75：20～48：2～5；所述第二活性焊料粉末中的所述金属铝粉末；所述金属铜粉末：所述第二活性金属粉的重量比例介于45～75：20～50：0.5～5。
11、可选地，所述真空高温烧结的处理程序包含：温度条件不大于500℃的一第一阶段热处理程序及温度条件不小于800℃的一第二阶段热处理程序。
12、本申请的有益效果在于，本申请提供的含有铝元素的活性金属硬焊基板材料及其制造方法，能通过“第一硬焊层及第二硬焊层”的设计，以有效降低金属银的用量，并将硬焊温度降至900℃以下，从而减少了高温对于金属性能的影响，并且同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含有铝元素的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，所述活性金属硬焊基板材料包括：
2.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，基于所述活性金属层中所有金属成份的总重为100wt％，所述金属铝的含量是介于25wt％至48wt％，所述金属银的含量不大于50wt％，所述第一活性金属成份及所述第二活性金属成份的含量总和介于0.3wt％至8wt％，并且所述金属铜(Cu)为余量的金属成份。
3.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，在所述活性金属层中，所述第一硬焊层的所述厚度以及所述第二硬焊层的厚度之间的一厚度比例是介于15％～50％：50％～85％。
4.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，所述第一活性金属成份及所述第二活性金属成份分别是选自，由：钛(Ti)、锆(Zr)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、铪(Hf)、及上述金属的氢化物，所组成的材料群组的至少其中之一。
5.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，所述陶瓷基板层为氮化硅陶瓷基板、碳化硅陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板及氧
6.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，所述活性金属层需被加热的一硬焊温度不大于900℃，并且所述陶瓷基板层及所述导电金属层通过所述活性金属层的焊接，具有不小于50N/cm的一剥离强度。
7.根据权利要求1至权利要求6任一项所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，在一真空高温的烧结中，所述第一硬焊层中的所述第一活性金属成份能湿润所述陶瓷基板层的所述侧表面，并且与所述陶瓷基板层的陶瓷材料发生反应，以提升所述活性金属层与所述陶瓷基板层间的结合力；所述第二硬焊层能与所述导电金属层的金属成份，在界面处发生微米级的共晶反应，以形成牢固的共晶组织，从而使得所述活性金属层能与所述导电金属层紧密地结合。
8.一种活性金属硬焊基板材料的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：实施一第一硬焊层制备作业，包含：将一第一活性焊膏涂布于一陶瓷基板层的一侧表面上，并且进行干燥，以形成一第一硬焊层；其中所述第一活性焊膏包含第一活性焊料粉末，其由金属银粉末、金属铜粉末、及第一活性金属粉末组成；其中基于所述第一活性焊料粉末为100重量份，所述金属银粉末的含量不小于50重量份；
9.根据权利要求8所述的活性金属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属银粉末；所述金属铜粉末：所述第一活性金属粉的重量比例介于50～75：20～48：2～5；所述第二活性焊料粉末中的所述金属铝粉末；所述金属铜粉末：所述第二活性金属粉的重量比例介于45～75：20～50：0.5～5。
10.根据权利要求8所述的活性金属硬焊基板材料的制造方法，其特征在于，所述真空高温烧结的处理程序包含：温度条件不大于500℃的一第一阶段热处理程序及温度条件不小于800℃的一第二阶段热处理程序。
...【技术特征摘要】
1.一种含有铝元素的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，所述活性金属硬焊基板材料包括：
2.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，基于所述活性金属层中所有金属成份的总重为100wt％，所述金属铝的含量是介于25wt％至48wt％，所述金属银的含量不大于50wt％，所述第一活性金属成份及所述第二活性金属成份的含量总和介于0.3wt％至8wt％，并且所述金属铜(cu)为余量的金属成份。
3.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，在所述活性金属层中，所述第一硬焊层的所述厚度以及所述第二硬焊层的厚度之间的一厚度比例是介于15％～50％：50％～85％。
4.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，所述第一活性金属成份及所述第二活性金属成份分别是选自，由：钛(ti)、锆(zr)、钽(ta)、铌(nb)、钒(v)、铪(hf)、及上述金属的氢化物，所组成的材料群组的至少其中之一。
5.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，所述陶瓷基板层为氮化硅陶瓷基板、碳化硅陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板及氧化铝陶瓷基板的至少其中之一；并且所述导电金属层为金属铜箔、金属铝箔、及铜铝合金箔的至少其中之一。
6.根据权利要求1所述的活性金属硬焊基板材料，其特征在于，所述活性金属层需被加热的一硬焊温度不大于900℃，并且所述陶瓷基板层及所述导电金属层通过所述活性金属层的焊接，具有不小于50n/cm的一剥离强度。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：毛植葳，张宗颖，魏仲和，徐明义，黄琦雯，
申请(专利权)人：同欣电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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