一种银铜钛钎料及其制备方法和应用

本发明涉及一种银铜钛钎料及其制备方法和应用，属于半导体封装和材料连接领域。

背景技术：

1、功率电力电子器件(典型器件是绝缘栅双极晶体管-igbt)是实现能源控制与转换的核心，广泛应用于高速铁路、智能电网、电动汽车与新能源装备等领域。随着功率密度和工作温度不断升高，功率电力电子器件对封装基板的散热能力和可靠性提出了更高要求。

2、封装基板由高导热、高绝缘陶瓷与铜通过活性金属钎焊(amb)连接而成。封装基板也因此称为陶瓷覆铜基板、陶瓷覆铜板。银铜钛钎料是实现高导热、高绝缘陶瓷与铜钎焊连接的关键，决定了陶瓷覆铜基板的性能和可靠性。

3、目前，银铜钛钎料多以焊膏的形式使用，焊膏中大量有机物挥发导致陶瓷覆铜基板的界面空洞率升高、可靠性及绝缘性能下降。相比之下，银铜钛箔带或片材钎料不存在这些问题，可实现导热陶瓷与铜高性能、高可靠钎焊连接，进而制备出性能优异的陶瓷覆铜基板。

4、但是，箔带或片材银铜钛钎料的制备存在技术困难。真空熔炼法制备银铜钛钎料时，ti易与cu反应生成脆性ti-cu金属间化合物，导致材料加工变形困难，极难制备出箔带或片材；大量的ti-cu金属间化合物的存在也导致银铜钛钎料焊接性能下降。粉末冶金法制备银铜钛钎料时，ti与cu也存在接触，烧结时ti与cu反应生成ti-cu金属间化合物。总之，目前已知的技术方案无法避免生成大量ti-cu金属间化合物，因而箔带或片材银铜钛钎料加工困难，钎焊性能不理想。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出以银包覆氢化钛粉为原料，银包覆层厚度为0.001-200μm；将银包覆氢化钛粉、铜粉与其他金属粉体混合均匀得到混合粉体，然后将混合粉体通过真空加压烧结制备成块体，再将块体轧制成箔带、拉拔成丝材或冲压成不同形状片材。对半导体封装和材料连接用银铜钛活性钎料的制备，本发明是重要技术进步。

2、一种银铜钛钎料及其制备方法，以银包覆氢化钛粉为原料，银包覆层厚度为0.001-200μm；将银包覆氢化钛粉、铜粉与其他金属粉体混合均匀得到混合粉体，然后将混合粉体通过真空加压烧结制备成块体，再将块体轧制成箔带、拉拔成丝材或冲压成不同形状片材。

3、银包覆氢化钛粉的制备方法包括如下步骤：

4、1、配制浓度为0.1-10mol/l的agno3溶液。

5、2、配制浓度为0.1-5mol/l的维生素c溶液或葡萄糖溶液；称取适量氢化钛粉体加入维生素c溶液或葡萄糖溶液中，超声分散后形成悬浮液。

6、3、磁力搅拌条件下，将步骤1所配置agno3溶液滴加到步骤2所配置混合溶液中。滴加结束后，继续磁力搅拌混合溶液，并升温至40-80℃保温10-30min。然后溶液自然冷却，将沉淀过滤、洗涤、干燥，得到银包覆氢化钛粉。ag与氢化钛重量比为0.1-90:0.1-70；优选0.1-90:0.1-20；更优选0.1-90:0.1-10。

7、进一步地，在上述技术方案中，银包覆层厚度为0.001-200μm；优选0.1-100μm；更优选0.1-20μm。

8、进一步地，在上述技术方案中，其他金属选自金、锂、铝、锡、铟、银、锌、镍、铬、镓、锆、钯、镧、铈中的一种或两种或多种。

9、进一步地，在上述技术方案中，所述氢化钛粉体平均粒径为0.1-300μm；优选0.1-100μm；更优选0.1-30μm。

10、所述银粉体平均粒径为0.1-300μm；优选0.1-100μm；更优选0.1-30μm。

11、所述铜粉体平均粒径为0.1-300μm；优选0.1-100μm；更优选0.1-30μm。

12、进一步地，在上述技术方案中，所述加压烧结包括热压烧结和放电等离子烧结；烧结温度：600-900℃；烧结压强：30-70mpa；烧结时间：5-180min。

13、进一步地，在上述技术方案中，所述轧制、拉拔或冲压变形后，致密度为90％～100％。

14、进一步地，在上述技术方案中，氢化钛重量含量为混合粉体的0.1％～70％；优选0.1％～30％；更优选0.1％～15％。

15、银重量含量为混合粉体的0.1％～90％；优选15％～90％；更优选40％～90％。

16、铜重量含量为混合粉体的0.1％～90％；优选10％～90％；更优选20％～50％。

17、进一步地，在上述技术方案中，其他金属重量含量为混合粉体的0.1％～30％。

18、本发明提供上述的方法得到的银铜钛钎料。

19、本发明提供上述银铜钛钎料在半导体封装和材料连接领域的应用。

20、发明有益效果

21、本发明涉及一种银铜钛钎料及其制备方法，是半导体封装和材料连接领域关键核心技术。本发明以银包覆氢化钛粉为原料，银包覆层厚度为0.001-200μm；氢化钛以及银包覆层有效避免了ti与cu直接接触，有效抑制了ti与cu的反应，避免生成大量ti-cu金属间化合物，材料的加工变形能力因而得到改善，制备出银铜钛箔带或片材钎料，并提高其钎焊性能。

技术特征：

1.一种银铜钛钎料的制备方法，其特征在于：以银包覆氢化钛粉为原料，银包覆层厚度为0.001-200μm；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：氢化钛粉体平均粒径为0.1-300μm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：加压烧结包括热压烧结和放电等离子烧结。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：氢化钛重量含量为混合粉体的0.1％～70％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：银重量含量为混合粉体的0.1％～90％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：铜重量含量为混合粉体的0.1％～90％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其他金属重量含量为混合粉体的0.1％～30％。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的方法得到的银铜钛钎料。

9.根据权利要求8所述的银铜钛钎料在半导体封装和材料连接领域的应用。

技术总结
本发明公开了一种银铜钛钎料及其制备方法和应用。本发明以银包覆氢化钛粉为原料，采用真空加压烧结将银包覆氢化钛粉、铜粉和其他金属组成的混合粉体烧结成块体，再将块体轧制成箔带、拉拔成丝材或冲压成不同形状片材。本发明技术新颖，制备的高质量高性能银铜钛钎料满足半导体封装和材料连接需求。在航空航天、高速铁路、智能电网、电动汽车与新能源装备等领域应用前景广阔。

技术研发人员：刘绍宏,刘海瑞
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12