[发明专利]一种基于PVD沉积方法的氮化铝陶瓷板和金属的连接方法

说明书

本发明公开了一种基于PVD沉积方法的氮化铝陶瓷板和金属的连接方法，所述的方法是：首先在氮化铝陶瓷板表面通过PVD沉积方法形成一层钛膜，然后再沉积一定厚度的银锡层，接着用夹持模具将氮化铝陶瓷板镀膜面和镀有铜膜的金属板(块)贴合并施加一定的压力，最后放入真空退火炉中加热并保温，即可实现氮化铝陶瓷板和金属的高强度连接。本发明在获得氮化铝陶瓷板与金属高焊接强度的同时，简化了传统陶瓷金属连接方法工艺，避免了直接覆铜法中靠氧化物结合而导致的结合面气密性的问题，而且还提高了基板的导热和散热性能。

技术领域

本发明属于陶瓷金属化领域，特别涉及一种基于PVD沉积方法的氮化铝陶瓷板和金属的连接方法。

背景技术

高功率、高密度和高集成电子器件的散热问题严重影响器件的使用效率和寿命，是制约器件发展的主要问题。氮化铝(AlN)陶瓷具有很好的导热性能(导热系数可达150～300W/m·K)，以及较高的机械强度和无毒性等优良性能，是新一代电子器件封装理想的基板材料。

但是氮化铝陶瓷因其很强的共价键，很难与电子芯片或者金属铜热沉实现有效连接，从而限制了氮化铝陶瓷作为封装基板的使用。目前通用的技术都是利用直接覆铜法(DBC法)将氮化铝陶瓷和金属的连接。直接覆铜法依靠将铜表面氧化的氧化亚铜(Cu2O)和氮化铝表面氧化的氧化铝(Al2O3)在一定温度下生成CuAlO2中间产物而实现氮化铝陶瓷和铜的连接。但陶瓷基板与金属反应能力低，润湿性差导致连接强度不高，且CuAlO2中间产物导热率极低严重降低了整体的导热性能，同时还因为大量氧的引入，还降低了器件封装的气密性。

还有一种传统技术通过引入氧化物中间层的方法解决氮化铝陶瓷和铜的结合。但是氧化物中间层的热导率很低，大大降低了氮化铝陶瓷基板的性能。还有通过将固相反应合成所得到的含有活泼金属的非氧化物共晶合金粉末置于氮化铝陶瓷和铜之间，然后经过高温处理实现氮化铝陶瓷和铜的直接结合。这种方法的过程较为繁琐，且须经过高温处理。还有提供了一种使用磁控溅射沉积NiCr结合过渡层然后在NiCr结合过渡层上利用脉冲磁控溅射铜层，得到氮化铝陶瓷覆铜板的方法，指出NiCr与氮化铝陶瓷的反应区只有一两个原子层厚，且氧也在结合中起到重要作用，所以这种方法仅对连接较薄的铜层有效，且也会降低氮化铝陶瓷板的导热性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PVD沉积方法的氮化铝陶瓷板和金属的连接方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于PVD沉积方法的氮化铝陶瓷板和金属的连接方法，包括以下步骤：

步骤1，对待使用的氮化铝陶瓷基板进行清洗；

步骤2，在氮化铝陶瓷板上利用磁控溅射沉积一层钛过渡层；

步骤3，在镀好的钛过渡层上再沉积一定厚度的银锡焊料层；

步骤4，将氮化铝陶瓷板与镀有铜膜的金属贴合，在真空退火炉中加热并保温，完成氮化铝陶瓷板和金属的连接。

进一步的，步骤2中，进行钛过渡层沉积时，磁控溅射腔室的本底真空度为1×10^-4Pa～3×10^-4Pa，溅射气体为纯度为99.99％的氩气，气压为0.3Pa～0.5Pa，钛靶采用直流电源功率150W，先对纯度为99.99％的钛靶溅射15min～25min，然后加基底负偏压为﹣50V～﹣100V，基底加温100℃～400℃，沉积80nm～120nm后完成钛过渡层的沉积制备。

进一步的，步骤3中，磁控溅射沉积银锡膜焊料层时，通入纯度为99.99％的氩气，气流20sccm～40sccm，气压为0.3Pa～0.5Pa，银锡靶采用直流电源功率130W～160W，基底负偏压为﹣60V～﹣100V，沉积80min～100min完成银锡焊料层的制备。