一种低银含陶瓷金属化用AMB浆料及其制备方法与流程

本发明涉及浆料，具体而言，尤其涉及一种低银含陶瓷金属化用amb浆料及其制备方法。

背景技术：

1、陶瓷和金属由于化学键类型的巨大差异，使得常规的金属钎焊料不能在陶瓷表面润湿，无法在陶瓷与金属间形成良好的化学结合。

2、通过向焊料中加入钛、锆、铪、钒等活性元素，在钎焊过程中活性元素与陶瓷基体发生反应进而使陶瓷与金属间形成牢固结合的方法叫做活性金属钎焊(amb)法。

3、目前，由于陶瓷覆铜板在如高压大功率半导体器件等高发热场景的应用日益增多，对覆铜板的散热能力与机械强度提出了更高的要求，原有的直接覆铜(dbc)法由于可焊接的铜厚不大于0.3mm、且不能敷接氮化硅陶瓷，无法满足高散热、高可靠性等要求，正逐步被性能更优的amb覆铜板所取代。

4、专利cn114230360a，公开了一种水溶性陶瓷金属化用amb浆料，主要的焊料为70-76份的银铜合金粉或银包铜粉，活性元素成分为氢化钛粉，采用丙烯酸树脂或改性水性丙烯酸树脂作为有机粘合剂，以水作为溶剂，添加水性表面活性剂、消泡剂、流变助剂、分散剂、润湿剂等水溶性助剂，通过三辊机轧制得到了分散均一的浆料。

5、专利cn113953609a，公开了一种amb陶瓷-金属钎焊方法，该方法使用的焊料为agcutix，配方中的x为v、zr、hf、in、cr、sn、zn、cd、si、al和ni元素中的至少一种，其中ag、cu含量之和占质量百分比90％以上，该方法利用超音速冷气动喷涂将焊料粉体喷涂在表面凹凸不平的陶瓷基板表面，形成活性钎料涂层。

6、专利cn113953612b，公开了一种活性金属钎焊覆铜陶瓷基板的制备方法，使用银粉、铜粉/银铜合金粉、氢化钛粉作为焊料的主要成分，其各组分的质量百分数为：银粉50-80％、铜粉/银铜合金粉20-40％、氢化钛粉1-5％，通过混合搅拌配制成膏，丝网印刷在铜板上，经过脱脂与真空包装送入加热炉内焊合制得覆铜板。

7、上述专利所述的焊料，大多使用高银含的银铜粉体或纯银粉，涂层中银元素的质量分数均大于70％，大大增加了焊料的成本，使得amb法制得的覆铜板成本偏高，阻碍了amb覆铜板取代dbc覆铜板的进程，限制了行业的进一步升级转型。

8、因此，有必要提供一种浆料配方，用以解决上述问题。

技术实现思路

1、根据上述提出现有的浆料中含银含量高增加成本的技术问题，而提供一种低银含陶瓷金属化用amb浆料及其制备方法。本发明主要使用低银含低熔点的银铜锌锡合金粉作为焊料主体成分，通过对金属添加剂的优选与钎焊工艺温度的降低，达到了与高银含amb焊料接近的性能，利用本发明所述浆料印刷、预烤、脱脂、焊接得到的陶瓷覆铜板翘曲度低、空洞率小且结合强度高，蚀刻后释放应力小，可靠性较高，能够满足现有大功率半导体器件散热的应用要求。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种低银含陶瓷金属化用amb浆料，所述浆料由以下质量百分含量的各组分组成：

4、银铜锌锡合金粉74～82％，其中，银含量45-56％；

5、氢化钛粉体3～5％；

6、有机载体10～20％；

7、助剂1～2％；

8、金属添加剂1～6％；

9、其中，各组分的质量百分含量之和为100％。

10、进一步地，所述银铜锌锡合金粉为球形粉体，平均粒度6.0-8.0μm，振实密度＞3.8g/cm3，纯度＞99％，铜含量22-27％，锌含量17-25％，锡含量3-5％，其他元素含量＜1％。

11、进一步地，所述有机载体为乙基纤维素8-14％，丁基卡必醇45-50％，松油醇45-50％，其中，各组分的质量百分含量之和为100％。

12、进一步地，所述助剂为分散剂、消泡剂、润湿剂、流变助剂中的一种或几种的组合。

13、进一步地，所述金属添加剂为铜锌锡合金粉、纳米锡铜合金粉、纳米铟锡合金粉、锡粉、铟粉中的一种或几种的组合。

14、本发明还公开了上述的低银含陶瓷金属化用amb浆料的制备方法，包括以下步骤，

15、步骤s1、有机载体的配制：

16、将丁基卡必醇和松油醇按比例称量，用分散搅拌机缓慢搅拌5-10min，然后一边搅拌一边慢慢加入规定量的乙基纤维素，同时加快搅拌机搅拌速度至温度升至50-55℃，搅拌15-20min，当树脂完全溶解后加入表面活性剂，搅拌5-10min后趁热过滤，即得到有机载体；

17、s2、浆料的配制：按比例称取浆料各组分混合，用变频分散搅拌机搅拌均匀，然后在三辊研磨机上进行研磨，使浆料达到均匀分散状态，浆料细度≤8μm，25℃粘度50-120pa·s。

18、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

19、1、本发明采用低银含的银铜锌锡合金粉作为焊料主体成分，相较于目前市面上常用的70％高银含amb浆料，大幅降低了焊料的银含量，本发明的银含量在33～37％之间，成本显著降低。

20、2、本发明对银铜锌锡合金粉各组元间的比例进行了优选，在保证活性元素与氮化物陶瓷反应效果的前提下，降低了焊接的温度。所选银铜锌锡合金粉固相线温度位于618-646℃，液相线温度为652-677℃，综合合活性元素的反应温度与反应速率考虑，焊接温度设置在650-750℃，低于高银含amb浆料850-950℃的焊接温度，减少了焊接应力的产生，使得铜箔在蚀刻后释放的应力减少，降低了陶瓷覆铜板的翘曲程度。

21、3、本发明由银、铜、锡、锌四种元素构成的焊料在缓慢冷却过程中，会依次形成多相二元金属间化合物，弥散分布在焊接层内部，提高了焊料层的强度，降低了焊料层的脆性，从而提高了覆铜板的剥离强度，也阻碍了温度循环过程中空洞的扩大。

22、4、本发明的浆料经丝网印刷于氮化物陶瓷基板上，通过预烤、脱脂、真空钎焊等工艺将0.1-0.8mm铜箔焊合在陶瓷基板上，得到陶瓷覆铜板。利用本发明所述方法制备的覆铜板具有低空洞率、低翘曲程度、高结合强度、高可靠性等优点，适用于大功率半导体散热衬板等领域。

23、基于上述理由本发明可在amb浆料领域广泛推广。

技术特征：

1.一种低银含陶瓷金属化用amb浆料，其特征在于，所述浆料由以下质量百分含量的各组分组成：

2.根据权利要求1所述的低银含陶瓷金属化用amb浆料，其特征在于，所述银铜锌锡合金粉为球形粉体，平均粒度6.0-8.0μm，振实密度＞3.8g/cm3，纯度＞99％，铜含量22-27％，锌含量17-25％，锡含量3-5％，其他元素含量＜1％。

3.根据权利要求1所述的低银含陶瓷金属化用amb浆料，其特征在于，所述有机载体为乙基纤维素8-14％，丁基卡必醇45-50％，松油醇45-50％，其中，各组分的质量百分含量之和为100％。

4.根据权利要求1所述的低银含陶瓷金属化用amb浆料，其特征在于，所述助剂为分散剂、消泡剂、润湿剂、流变助剂中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的低银含陶瓷金属化用amb浆料，其特征在于，所述金属添加剂为铜锌锡合金粉、纳米锡铜合金粉、纳米铟锡合金粉、锡粉、铟粉中的一种或几种的组合。

6.一种如权利要求1-5任意一项权利要求所述的低银含陶瓷金属化用amb浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤，

技术总结
本发明提供一种低银含陶瓷金属化用AMB浆料及其制备方法。该浆料所述浆料由以下质量百分含量的各组分组成：银铜锌锡合金粉74～82％，其中，银含量45‑56％；氢化钛粉体3～5％；有机载体10～20％；助剂1～2％；金属添加剂1～6％。原料按照一定配比混合，通过三辊研磨机进行进一步地分散，得到细度≤8μm的AMB浆料。本发明中浆料银含量在33～37％之间，成本显著降低。同时，利用本发明所述方法制备的覆铜板具有低空洞率、低翘曲程度、高结合强度、高可靠性等优点，适用于大功率半导体散热衬板等领域。

技术研发人员：陈将俊,高珺,李岩
受保护的技术使用者：大连海外华昇电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12