[发明专利]一种用于陶瓷与金属焊接的钎料及焊接方法

说明书

本发明提供了一种用于陶瓷与金属焊接的钎料及焊接方法，所述用于陶瓷与金属焊接的钎料为铋基玻璃料，所述铋基玻璃料包含的组分及其质量百分比为Bi₂O₃ 60‑80%，B₂O₃ 5‑20%，ZnO 7‑20%，其余为微量添加元素；所述微量添加元素包含SiO₂、TiO₂、MgO中的一种或几种。本发明的技术方案，基于金属与铋氧化物的化学交互作用，获得了更高的结合强度，不同于以往陶瓷与金属简单的玻璃粘结和高温烧结的连接方法，该方法简单，成本低，可操作性强，为微型器件制造提供了又一种切实可行的方法。

技术领域

本发明属于半导体器件制造工艺技术领域，尤其涉及一种用于陶瓷与金属焊接的钎料及焊接方法。

背景技术

陶瓷与金属的连接在半导体制造领域具有重要应用。将陶瓷与金属进行封装, 是将陶瓷应用到电器件的重要环节。大功率密度电子封装中所产生的热量主要是通过陶瓷覆金属板传导到外壳而散发出去的，最常用的是陶瓷覆铜，目前陶瓷覆铜板主要通过高导电无氧铜在高温下直接键合到陶瓷表面而形成。它既具有陶瓷的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低膨胀等特性，又具有无氧铜金属的高导电性和优异的焊接性能，并能像PCB线路板一样刻蚀出各种图形，是电力电子领域功率模块封装连接芯片与散热衬底的关键材料。但是这种方法成本高，而且操作复杂，不便于控制。

另一种陶瓷与金属的连接技术是活性金属钎焊法，由于其具有适用范围广、连接强度高、生产成本低、高效可靠等优点，而备受人们的青睐。这种方法通常采用含有适量活性元素的特殊钎料，在真空条件下直接连接陶瓷与金属。钎焊过程中，钎料中的活性元素在一定温度下与陶瓷发生冶金反应，在陶瓷/ 钎料界面形成一定厚度的能被液态金属钎料润湿的过渡层, 从而实现陶瓷与金属的化学结合。然而该方法普遍使用大量的银，银在钎料中的占比超过70%，成本高昂。本方法不采用贵金属，成本低廉，且能达到较高的连接强度，为陶瓷覆铜的连接又提供了一种新的方法。

但是，上述方法获得的结合强度仍有待提高，而且前者的成本高，操作复杂，不便于控制。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种用于陶瓷与金属焊接的钎料及焊接方法，该方法突破了制备陶瓷覆铜的传统方法，降低了制备成本。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种用于陶瓷与金属焊接的钎料，其为铋基玻璃料，所述铋基玻璃料包含的组分及其质量百分比为：Bi₂O₃ 60-80%，B₂O₃ 5-20%，ZnO 7-20%，其余为微量添加元素；所述微量添加元素包含SiO₂、TiO₂、MgO中的一种或几种。本发明的技术方案，采用含有高的氧化铋含量的铋基玻璃料作为焊接原材料，利用高温下铋玻璃晶化与金属发生化学反应，使得焊接凝固后陶瓷与金属之间得到更高的强度。

作为本发明的进一步改进，所述微量添加元素的质量百分比为2~6%；优选的，所述微量添加元素的质量百分比为3~5%。

作为本发明的进一步改进，其包含的组分及其质量百分比为：Bi₂O₃ 65-75%，B₂O₃8-18%，ZnO 10-16%，其余为微量添加元素。所述微量添加元素至少包含SiO₂、TiO₂、MgO。

作为本发明的进一步改进，所述用于陶瓷与金属焊接的钎料的外形为块状、薄膜、微米线、微米带、微米管、微米颗粒、纳米线、纳米带、纳米管或纳米颗粒。

作为本发明的进一步改进，所述陶瓷为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或氮化硅陶瓷。