陶瓷的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝基复合屏蔽材料与电子封装用陶瓷的焊接方法，特别涉及一种ffp/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法，属于屏蔽性封装技术领域。
【背景技术】
[0002]在航空航天领域使用的半导体器件长期工作在空间辐射环境下，受宇宙射线、高能电子、质子等的辐照，其电参数尤其是MOS器件的阈值电压等很快退化，严重影响了航天器的使用寿命，针对半导体器件的抗辐射加固工艺研究，一直是微电子屏蔽性封装领域关注的课题。
[0003]ffp/Al复合材料是一种具有辐射屏蔽功能的结构/功能一体化材料。该复合材料含有的W元素具有很大的比重，可有效屏蔽宇宙射线、高能电子、质子以及由它们所产生的二次Y射线辐射。W颗粒不但作为一种屏蔽组元发挥屏蔽作用，而且它还能作为一种增强相提高复合材料的拉伸强度等力学性能。因此采用该复合材料对半导体器件进行封装，能够使这种封装具有屏蔽辐射的功能。
[0004]然而Wp/Al复合材料与常用的钎料润湿性较差，如果不对其表面进行处理，很难实现可靠地封装效果，封装后的气密性和结合强度等达不到使用要求。
【发明内容】
[0005]针对Wp/Al复合材料与常用的钎料润湿性较差的问题，本发明的目的在于提供一种WP/A1复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法，以实现焊接后WP/A1复合材料与Al2O3陶瓷的有效焊接。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]一种Wp/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法，包括以下步骤:
[0008](I)将Wp/Al复合材料表面打磨、除油、见光，用去离子水洗涤；
[0009](2)将处理后的Wp/Al复合材料放入浸锌液中进行浸锌预处理；
[0010](3)采用磁控溅射法在Wp/Al复合材料表面溅射厚度为0.5?2 μ m的金属沉积层；
[0011](4)将表面镀有Au层的Al2O3陶瓷、Au-Sn焊料和步骤⑵中得到的具有金属沉积层的Wp/Al复合材料依次叠放，一并放入真空烧结炉中进行真空焊接，焊接温度为310?350°C，保温时间为3?lOmin，然后降温至50°C以下出炉。
[0012]ffp/Al表示复合材料以Al为基体，以W颗粒为屏蔽组元。对于Wp/Al复合材料，W的体积分数大于25%时才具有很好的屏蔽效果，但当W的体积分数大于30%以后会由于体积分数太大会导致致密度降低，给制备加工和焊接工艺带来很大的难度。因此，在本发明的焊接方法中，WP/A1复合材料中的W的体积分数优选为26%?30%。
[0013]在本发明的焊接方法中，Al2O3陶瓷上预制的Au层的厚度不小于5 μ m。
[0014]其中，所述除油的工艺为:将复合材料浸入温度为60?80°C、浓度为10?20g/L的Na2COyK溶液中2?5min，然后用去离子水冲洗；所述见光的工艺为:将除油后的复合材料浸入浓度为20%?50%的HNO3水溶液中10?20min后取出。
[0015]所述的浸锌液中包含100?150g/L的NaOHUO?20g/L的Zn0、30?50g/L的酒石酸钾钠。
[0016]所述浸锌预处理的工艺为:将复合材料浸入浸锌液中20?50s，然后浸入浓度为20%?50%的HNOjK溶液中5?1s进行酸洗剥锌，再将复合材料浸入浸锌液中20?50s，取出后用去离子水洗涤，烘干。
[0017]所述的金属沉积层为单一的Au层，或者是包括Ni层和Au层的双层，其中位于Wp/Al复合材料表面最外层的为Au层；在磁控溅射过程中需对复合材料进行加热处理，使复合材料的温度保持在150?250°C，以提高溅射膜与基体的结合力。
[0018]所述的Au-Sn焊料中金的质量百分数为80%，其余为Sn;在真空焊接过程中，在2500C以下的升温速率不大于100°C /h, 250°C以上的升温速率为200?300°C /h,降温速率不大于100°C /h。
[0019]本发明的优点在于:
[0020]本发明有效解决了 Wp/Al复合材料与钎焊料润湿性不好的问题，焊接后复合材料与Al2O3陶瓷形成了有效焊接；焊接始终在真空下进行，有效减少了焊接区域形成空洞的几率，使焊接空洞得到了有效控制，有利于改善屏蔽性封装后的结合强度和漏气率。
【具体实施方式】
[0021]以下通过实施例对本发明作进一步说明。
[0022]实施例1
[0023]一种Wp/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法，该方法按以下步骤进行:
[0024](I)首先将Wp/Al复合材料(W的体积分数为30% )表面打磨，然后将复合材料浸入温度为60°C、浓度为10g/L的Na2CO3水溶液中5min，并用去离子水冲洗，再将复合材料浸入浓度为20%的HNO3水溶液中20min后取出，并用去离子水洗涤。
[0025](2)将上述Wp/Al复合材料放入浸锌液中20s，其中，浸锌液为含有100g/L的NaOH、20g/L的Zn0、50g/L的酒石酸钾钠的水溶液。然后浸入浓度为的20% HNO3水溶液中10s，再将复合材料浸入该浸锌液中20s，取出后用去离子水洗涤，烘干。
[0026](3)将上述Wp/Al复合材料放入磁控溅射炉中，并加热到150°C保温，然后在复合材料表面先溅射厚度为0.5 μ m的Ni层，再溅射厚度为0.5 μ m的Au层。
[0027](4)将表面镀有10 μ m厚Au层的Al2O3陶瓷、Au-Sn焊料(其中Au的质量百分数为80% )和上述WP/A1复合材料依次叠放，一并放入真空烧结炉中，以80°C /h的升温速率升温到250°C，然后以200°C /h的升温速率升温到330°C，保温5min，再以100°C /h的降温速率降温至40°C出炉。
[0028]ffp/Al复合材料和Al2O3陶瓷实现了有效焊接，采用扫描电镜观察焊接后的断面形貌，焊料与WP/A1复合材料和Al2O3陶瓷均达到了良好的润湿效果；室温至200°C热循环50次，没有发现焊接层的破裂现象。
[0029]实施例2
[0030]一种Wp/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法，该方法按以下步骤进行:
[0031](I)首先将Wp/Al复合材料(W的体积分数为26% )表面打磨，然后将复合材料浸入温度为80°C、浓度为20g/L的Na2COjK溶液中2min，并用去离子水冲洗；再将复合材料浸入浓度为50%的HNO3水溶液中1min后取出，并用去离子水洗涤。
[0032](2)将上述Wp/Al复合材料放入浸锌液中50s，其中，浸锌液为含有150g/L的NaOH、10g/L的Zn0、30g/L的酒石酸钾钠的水溶液。然后浸入浓度为20%的HNO3水溶液中10s，再将复合材料浸入该浸锌液中40s，取出后用去离子水洗涤，烘干。
[0033](3)将上述Wp/Al复合材料放入磁控溅射炉中，并加热到250°C保温，然后在复合材料表面溅射厚度为0.5 μ m的Au层。
[0034](4)将表面镀有5 μ m厚Au层的Al2O3陶瓷、Au-Sn焊料(其中Au的质量百分数为80% )和上述WP/A1复合材料依次叠放，一并放入真空烧结炉中，以100°C /h的升温速率升温到250°C，然后以300°C /h的升温速率升温到350°C，保温3min，再以80°C /h的降温速率降温至40°C出炉。
[0035]ffp/Al复合材料和Al2O3陶瓷实现了有效焊接，采用扫描电镜观察焊接后的断面形貌，焊料与WP/A1复合材料和Al2O3陶瓷均达到了良好的润湿效果；室温至200°C热循环50次，没有发现焊接层的破裂现象。
[0036]实施例3
[0037]—种Wp/Al复合材料与Al2O3陶瓷的焊接方法，该方法按以下步骤进行:
[0038](I)首先将Wp/Al复合材料(W的体积分数为30% )表面打磨，然后将复合材料浸入温度为70°C、浓度为20g/L的Na2CO3水溶液中2min，并用去离子水冲洗，再将复合材料浸入浓度为30%的HNO3水溶液中1min后取出，并用去离子水洗涤。
[0039](2)将上述Wp/Al复合材料放入浸锌液中30s，其中，浸