本發(fā)明涉及電子封裝領(lǐng)域，特別涉及一種陶瓷基板與覆銅箔片低溫連接的焊膏及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
陶瓷具有散熱性佳、耐潮濕，耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大功率電子模塊中，如GTG、IG-BT、大功率DC/DC電源模塊、固態(tài)繼電器、半導(dǎo)體致冷堆等。在目前的陶瓷基板覆銅方法中，主流技術(shù)是直接覆銅法(DBC)。這種技術(shù)可用于氧化鋁基板或經(jīng)氧化處理的氮化鋁基板，陶瓷基板與銅箔加熱到1063℃左右時(shí)，Cu和O會(huì)形成共晶液相CuO, 這種Cu-O共晶會(huì)潤(rùn)濕相互接觸的氧化鋁基板與銅箔，并生成Cu(AlO2)2, CuAlO2等復(fù)合氧化物，將二者連接起來(lái)。DBC技術(shù)對(duì)表面質(zhì)量的要求較高，對(duì)于氮化鋁基板還需在覆銅前進(jìn)行預(yù)氧化，工藝復(fù)雜，增加了成本。且覆銅過(guò)程的溫度高，工藝窗口窄，界面層存在熱應(yīng)力，還易產(chǎn)生空洞等缺陷，影響基板的導(dǎo)熱性與絕緣性，成品率不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有DBC技術(shù)中連接溫度高、熱應(yīng)力大，空洞率高的缺陷，提供一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏。用以簡(jiǎn)化工藝，降低連接溫度，緩解熱應(yīng)力和降低空洞率來(lái)提高接頭質(zhì)量。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏，由釬料粉末和助焊膏組成，所述釬料粉末為錫、銀、銅、鈦組成的混合金屬粉末，所述助焊膏由以下重量百分比材料組成：松香24%-35%，溶劑45%-50%，緩蝕劑2%-6%，活性劑8%，觸變劑6%，增稠劑4%-15%。
進(jìn)一步，所述錫銀銅鈦粉末中Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%-50%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%-8%，Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%-35%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%-40%。
進(jìn)一步，所述松香主要由二氫化松香，二聚松香，水白松香中的至少一種組成。
進(jìn)一步，所述溶劑是由松油醇、二乙二醇甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、2-乙基-1，3-己二醇中的至少一種組成。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述溶劑是由松油醇、二乙二醇甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、2-乙基-1，3-己二醇中的任三種組成的三組元溶劑。
所述的觸變劑主要由聚酰胺，聚酰胺蠟中的一種或兩種組成。
所述活性劑由烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚或含氟的表面活性劑中的至少一種組成。
一種陶瓷基板與覆銅箔片低溫連接的焊膏的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下步驟：
1）將錫、銀、銅、鈦的金屬粉末混合后制成釬料粉末；
2）向步驟1）所述釬料粉末中加入丙酮并混合至粘稠狀，放入球磨機(jī)中以120-180轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨6-8小時(shí)，球料比為2：1；球磨后釬料粉末的平均粒徑為1-4微米，優(yōu)選2微米；
3）將松香、溶劑和增稠劑置于容器中，在90-95℃的條件下用乳化分散機(jī)分散15~25分鐘至溶液呈透明清澈狀態(tài)，制得溶液a；
4）將步驟3）所述的溶液a降溫至75-80℃ ，以保證溶劑的適當(dāng)溶解度，同時(shí)使溶液粘度較小便于分散。加入緩蝕劑并用乳化分散機(jī)分散15~25min分鐘，制得溶液b；
5）將步驟4）所述的溶液b溫至55-60℃ ，再向其中加入觸變劑和活化劑，以免高溫使觸變劑失活。用乳化分散機(jī)分散15~25分鐘，制得溶液c；
6）將步驟5）所述的溶液c冷卻至20~25℃，成粘稠膏狀制得助焊膏；
7）將步驟6）制得的助焊劑和步驟2）制得的釬料粉末按照4~6：1的重量比放入密封攪拌器中攪拌均勻制得焊膏。
進(jìn)一步，上述技術(shù)方案中制備助焊膏的過(guò)程中使用重量百分比為24%-35%的松香，45%-50%的溶劑，2%-6%的緩蝕劑，8%的活性劑，6%的觸變劑，4%-15%的增稠劑。
進(jìn)一步，上述技術(shù)方案中制備釬料粉末過(guò)程中Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%-50%，Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%-35%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%-40%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%-8%。
與現(xiàn)有的直接覆銅連接技術(shù)相比，采用本發(fā)明連接陶瓷基板與銅可以簡(jiǎn)化工藝，氮化鋁基板無(wú)需進(jìn)行預(yù)氧化就可以與銅箔進(jìn)行連接。活性元素Ti的存在使釬料對(duì)陶瓷基板有良好的潤(rùn)濕性，并且釬料中的低熔點(diǎn)組元Sn能夠顯著降低連接溫度，連接溫度可從氧銅共晶的1063℃降低至700℃左右，從而降低熱應(yīng)力和界面空洞率，保證了接頭質(zhì)量。而且釬料的使用溫度還可隨Sn元素的含量增減而上下變化，使得工藝窗口大大變寬，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
在助焊劑的制備過(guò)程當(dāng)中，溫度越高溶液粘度越低，越容易分散，但高溫會(huì)使某些物質(zhì)揮發(fā)變快或失去活性，因此，待溶液降溫至75-80℃和55-60℃時(shí)分別加入緩蝕劑和觸變劑、活化劑可以在保證組元活性的同時(shí)使溶液有較低的粘度，有利于提高分散過(guò)程的效率。
附圖說(shuō)明
圖1為實(shí)施例3中工藝生產(chǎn)的焊膏連接的陶瓷與銅界面微觀組織圖。
具體實(shí)施方式
下面將通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的具體描述。
實(shí)施例1、3，4中Sn元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為40%，所含活性元素Ti的含量分別為，4%，5%，8%，對(duì)陶瓷基板潤(rùn)濕作用隨Ti含量增高而改善。實(shí)施例2、5、6，7中Sn元素的含量分別為35%，45%，45%，50%，釬料的熔點(diǎn)隨Sn元素的含量增加而降低。
實(shí)施例4中增稠劑含量為9%；實(shí)施例1，5，6，7中增稠劑含量低，為4%。在實(shí)施例3、4、5，7中采用了三組元溶劑。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)施例3中Sn、Ti含量適中，降低熔點(diǎn)同時(shí)保證了與陶瓷側(cè)的良好連接，松油醇、二乙二醇單丁醚，二乙二醇甲醚組成的三組元溶劑能適應(yīng)不同觸變劑、活性劑組合，制成的焊膏粘度適中。采用實(shí)施例3中工藝生產(chǎn)的焊膏連接的陶瓷與銅界面微觀組織見(jiàn)圖1。
實(shí)施例1：
一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏，由釬料粉末與助焊膏組成。其中釬料粉末中：Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。助焊膏主要由以下重量百分比材料組成：
松 香：水白松香35%
溶 劑：松油醇20%，2-乙基-1，3-己二醇25%
觸變劑：聚酰胺蠟6%
活性劑：烷基酚聚氧乙烯醚8%
緩蝕劑2%
增稠劑4%
上述陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏的生產(chǎn)工藝主要包括以下步驟：
(1) 稱(chēng)量40g釬料粉末置于球磨罐中，其中錫、銀、銅、鈦四種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比如前所述；
(2) 向(1)所述釬料粉末中加入適量丙酮并混合至粘稠狀。放入球磨機(jī)中以120-180轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨6-8小時(shí)，球料比2：1，將粉末取出晾干備用；
(3) 按照重量百分比記，取水白松香35%，松油醇20%，2-乙基-1，3-己二醇25%和增稠劑4%置于容器中，在90℃的條件下用乳化分散機(jī)分散20分鐘，使溶液呈透明清澈狀態(tài)，得到溶液a；
(4) 將溶液a降溫至80℃并將重量百分?jǐn)?shù)為2%的緩蝕劑加入其中，隨后用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液b；
(5) 將步驟(4)所述溶液b降溫至60℃，并向其中加入聚酰胺蠟6%和烷基酚聚氧乙烯醚8%，用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液c；
(6) 將步驟(5)所述溶液c 冷卻至20~25℃，成粘稠膏狀，助焊膏制備完成；
(7) 將制備好的助焊膏和混合均勻的釬料粉末按照4：1重量比例放入密封攪拌器中攪拌均勻。
實(shí)施例2
一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏，由釬料粉末與助焊膏組成。其中釬料粉末中：Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%，助焊膏主要由以下重量百分比材料組成：
松 香：二聚松香33%
溶 劑：松油醇20%，二乙二醇單丁醚25%
觸變劑：聚酰胺6%
活性劑：烷基酚聚氧乙烯醚4%，壬基酚聚氧乙烯醚4%
緩蝕劑2%
增稠劑6%
上述陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏的生產(chǎn)工藝主要包括以下步驟：
(1) 稱(chēng)量40g釬料粉末置于球磨罐中，其中錫、銀、銅、鈦四種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比如前所述；
(2) 向(1)所述釬料粉末中加入適量丙酮并混合至粘稠狀。放入球磨機(jī)中以120-180轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨6-8小時(shí)，球料比2：1。將粉末取出晾干備用；
(3) 按照重量百分比記，取二聚松香33%，松油醇20%，二乙二醇單丁醚25%和增稠劑6%置于容器中，在90℃的條件下用乳化分散機(jī)分散20分鐘，使溶液呈透明清澈狀態(tài)，得到溶液a；
(4) 將溶液a降溫至80℃并將重量百分?jǐn)?shù)為2%的緩蝕劑加入其中，隨后用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液b；
(5) 將步驟(4)所述溶液b降溫至60℃，并向其中加入聚酰胺6%和烷基酚聚氧乙烯醚4%，壬基酚聚氧乙烯醚4%，用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液c；
(6) 將步驟(5)所述溶液c冷卻至20~25℃，成粘稠膏狀，助焊膏制備完成；
(7) 將制備好的助焊膏和混合均勻的釬料粉末按照4：1重量比例放入密封攪拌器中攪拌均勻。
實(shí)施例3
一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏，由釬料粉末與助焊膏組成，其中釬料粉末中：Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，助焊膏主要由以下重量百分比材料組成：
松 香：二氫化松香33%
溶 劑：松油醇15%，二乙二醇單丁醚20%，二乙二醇甲醚10%
觸變劑：聚酰胺4%，聚酰胺蠟2%
活性劑：壬基酚聚氧乙烯醚8%
緩蝕劑2%
增稠劑6%
上述陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏的生產(chǎn)工藝主要包括以下步驟：
(1) 稱(chēng)量40g釬料粉末置于球磨罐中，其中錫、銀、銅、鈦四種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比如前所述，
(2) 向(1)所述釬料粉末中加入適量丙酮并混合至粘稠狀，放入球磨機(jī)中以120-180轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨6-8小時(shí)，球料比2：1。將粉末取出晾干備用；
(3) 按照重量百分比記，取二氫化松香33%，松油醇15%，二乙二醇單丁醚20%，二乙二醇甲醚10%和增稠劑6%置于容器中，在90℃的條件下用乳化分散機(jī)分散20分鐘，使溶液呈透明清澈狀態(tài)，得到溶液a；
(4) 將溶液a降溫至80℃并將重量百分?jǐn)?shù)為2%的緩蝕劑加入其中，隨后用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液b；
(5) 將步驟(4)所述溶液b降溫至60℃，并向其中加入聚酰胺4%，聚酰胺蠟2%和壬基酚聚氧乙烯醚8%，用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液c；
(6) 將步驟(5)所述溶液c冷卻至20~25℃，成粘稠膏狀，助焊膏制備完成；
(7) 將制備好的助焊膏和混合均勻的釬料粉末按照4：1重量比例放入密封攪拌器中攪拌均勻。
實(shí)施例4
一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏，由釬料粉末與助焊膏組成，其中釬料粉末中：Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，助焊膏主要由以下重量百分比材料組成：
松 香：二氫化松香15%，二聚松香15%
溶 劑：松油醇20%，二乙二醇單丁醚15%，2-乙基-1，3-己二醇10%
觸變劑：聚酰胺4%，聚酰胺蠟2%
活性劑：烷基酚聚氧乙烯醚5%，壬基酚聚氧乙烯醚3%
緩蝕劑2%
增稠劑9%
上述陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏的生產(chǎn)工藝主要包括以下步驟：
(1) 稱(chēng)量40g釬料粉末置于球磨罐中，其中錫、銀、銅、鈦四種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比如前所述；
(2) 向(1)所述釬料粉末中加入適量丙酮并混合至粘稠狀，放入球磨機(jī)中以120-180轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨6-8小時(shí)，球料比2：1。將粉末取出晾干備用；
(3) 按照重量百分比記，取二氫化松香15%，二聚松香15%，松油醇20%，二乙二醇單丁醚15%，2-乙基-1，3-己二醇10%和增稠劑9%置于容器中，在90℃的條件下用乳化分散機(jī)分散20分鐘，使溶液呈透明清澈狀態(tài)，得到溶液a；
(4) 將溶液a降溫至80℃并將重量百分?jǐn)?shù)為2%的緩蝕劑加入其中，隨后用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液b；
(5) 將步驟(4)所述溶液b降溫至60℃，并向其中加入聚酰胺4%，聚酰胺蠟2%和烷基酚聚氧乙烯醚5%，壬基酚聚氧乙烯醚3%，用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液c；
(6) 將步驟(5)所述溶液c冷卻至20~25℃，成粘稠膏狀，助焊膏制備完成；
(7) 將制備好的助焊膏和混合均勻的釬料粉末按照4：1重量比例放入密封攪拌器中攪拌均勻。
實(shí)施例5
一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏，由釬料粉末與助焊膏組成，其中釬料粉末中：Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%，助焊膏主要由以下重量百分比材料組成：
松 香：二氫化松香15%，二聚松香15%
溶 劑：松油醇10%，二乙二醇單丁醚20%，2-乙基-1，3-己二醇20%
觸變劑：聚酰胺4%，聚酰胺蠟2%
活性劑：烷基酚聚氧乙烯醚8%，
緩蝕劑2%
增稠劑4%
上述陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏的生產(chǎn)工藝主要包括以下步驟：
(1) 稱(chēng)量40g釬料粉末置于球磨罐中，其中錫、銀、銅、鈦四種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比如前所述；
(2) 向(1)所述釬料粉末中加入適量丙酮并混合至粘稠狀，放入球磨機(jī)中以120-180轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨6-8小時(shí)，球料比2：1。將粉末取出晾干備用；
(3) 按照重量百分比記，取二氫化松香15%，二聚松香15%，松油醇10%，二乙二醇單丁醚20%，2-乙基-1，3-己二醇20%和增稠劑4%置于容器中，在90℃的條件下用乳化分散機(jī)分散20分鐘，使溶液呈透明清澈狀態(tài)，得到溶液a；
(4) 將溶液a降溫至80℃并將重量百分?jǐn)?shù)為2%的緩蝕劑加入其中，隨后用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液b；
(5) 將步驟(4)所述溶液b降溫至60℃，并向其中加入聚酰胺4%，聚酰胺蠟2%和烷基酚聚氧乙烯醚8%，用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液c；
(6) 將步驟(5)所述溶液c冷卻至20~25℃，成粘稠膏狀，助焊膏制備完成；
(7) 將制備好的助焊膏和混合均勻的釬料粉末按照4：1重量比例放入密封攪拌器中攪拌均勻。
實(shí)施例6
一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏，由釬料粉末與助焊膏組成，其中釬料粉末中：Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%，助焊膏主要由以下重量百分比材料組成：
松 香：水白松香35%
溶 劑：松油醇23%，2-乙基-1，3-己二醇22%
觸變劑：聚酰胺蠟6%
活性劑：烷基酚聚氧乙烯醚8%
緩蝕劑2%
增稠劑4%
上述陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏的生產(chǎn)工藝主要包括以下步驟：
(1) 稱(chēng)量40g釬料粉末置于球磨罐中，其中錫、銀、銅、鈦四種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比如前所述；
(2) 向(1)所述釬料粉末中加入適量丙酮并混合至粘稠狀，放入球磨機(jī)中以120-180轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨6-8小時(shí)，球料比2：1，將粉末取出晾干備用；
(3) 按照重量百分比記，取水白松香35%，松油醇23%，2-乙基-1，3-己二醇22%和增稠劑4%置于容器中，在90℃的條件下用乳化分散機(jī)分散20分鐘，使溶液呈透明清澈狀態(tài)，得到溶液a；
(4) 將溶液a降溫至80℃并將重量百分?jǐn)?shù)為2%的緩蝕劑加入其中，隨后用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液b；
(5) 將步驟(4)所述溶液b降溫至60℃，并向其中加入聚酰胺蠟6%和烷基酚聚氧乙烯醚8%，用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液c；
(6) 將步驟(5)所述溶液c冷卻至20~25℃，成粘稠膏狀，助焊膏制備完成；
(7) 將制備好的助焊膏和混合均勻的釬料粉末按照4：1重量比例放入密封攪拌器中攪拌均勻。
實(shí)施例7
一種陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏，由釬料粉末與助焊膏組成，其中釬料粉末中：Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，助焊膏主要由以下重量百分比材料組成：
松 香：二氫化松香15%，二聚松香15%
溶 劑：松油醇10%，二乙二醇單丁醚20%，2-乙基-1，3-己二醇20%
觸變劑：聚酰胺2%，聚酰胺蠟4%
活性劑：烷基酚聚氧乙烯醚8%，
緩蝕劑2%
增稠劑4%
上述陶瓷基板與銅連接的低溫焊膏的生產(chǎn)工藝主要包括以下步驟：
(1) 稱(chēng)量40g釬料粉末置于球磨罐中，其中錫、銀、銅、鈦四種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比如前所述；
(2) 向(1)所述釬料粉末中加入適量丙酮并混合至粘稠狀。放入球磨機(jī)中以120-180轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨6-8小時(shí)，球料比2：1，將粉末取出晾干備用；
(3) 按照重量百分比記，取二氫化松香15%，二聚松香15%，松油醇10%，二乙二醇單丁醚20%，2-乙基-1，3-己二醇20%和增稠劑4%置于容器中，在90℃的條件下用乳化分散機(jī)分散20分鐘，使溶液呈透明清澈狀態(tài)，得到溶液a；
(4) 將溶液a降溫至80℃并將重量百分?jǐn)?shù)為2%的緩蝕劑加入其中，隨后用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液b；
(5) 將步驟(4)所述溶液b降溫至60℃，并向其中加入聚酰胺2%，聚酰胺蠟4%和烷基酚聚氧乙烯醚8%，用乳化分散機(jī)分散20分鐘，制得溶液c；
(6) 將步驟(5)所述溶液c冷卻至20~25℃，成粘稠膏狀，助焊膏制備完成；
(7) 將制備好的助焊膏和混合均勻的釬料粉末按照5：1重量比例放入密封攪拌器中攪拌均勻。