一种氮化硅陶瓷上金属围坝的共晶焊接结构的制作方法

[0001]
本实用新型涉及玻璃板焊接技术领域，特别涉及一种氮化硅陶瓷上金属围坝的共晶焊接结构。


背景技术：

[0002]
si3n4具有三种晶体结构，分别是α相、β相和γ相(其中α与β相是最常见形态)，均为六方结构，其粉料与基片呈灰白色，si3n4陶瓷基片弹性模量为320gpa，抗弯强度为920mpa，热膨胀系数仅为3.2
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10 6/℃，介电常数为9.4，具有硬度大、强度高、热膨胀系数小、耐腐蚀性高等优势。由于si3n4陶瓷晶体结构复杂，对声子散射较大，因此早期研究认为其热导率低，如si3n4轴承球、结构件等产品热导率只有15w/(m
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k)-30w/(m
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k)。 1995年，haggerty等人通过经典固体传输理论计算表明，si3n4材料热导率低的主要原因与晶格内缺陷、杂质等有关，并预测其理论值最高可达320w/(m
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k)。之后，在提高si3n4材料热导率方面出现了大量的研究，通过工艺优化，氮化硅陶瓷热导率不断提高，目前已突破177w/(m
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k)。
[0003]
si3n4陶瓷传热机制同样为声子传热。晶格中的杂质往往伴随着空位、位错等结构缺陷，降低了声子平均自由程，导致热导率降低，因此制备高纯粉体是制备高热导率si3n4陶瓷的关键。目前，市场上商用si3n4粉料制备方法主要有两种，分别为硅粉直接氮化法及硅亚胺热解法。前者工艺较成熟，生产成本低，因此国内外大多数企业使用该法来生产si3n4粉料。但该方法所生产的 si3n4粉料含有fe、ca、al等杂质，虽然可以通过酸洗去除，但大大增加了生产成本。后者可制备出具有较高烧结活性的si3n4粉料，不含金属杂质元素，粒径分布在0.2μm-1μm，且产量巨大，但技术难度较高。
[0004]
si3n4陶瓷烧结助剂一般为金属氧化物、稀土氧化物或二者的混合物。zhou 等人采用y2o
3-mgo烧结助剂制备出氮化硅热导率高达177w/(m
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k)，这是目前为止报道的si3n4陶瓷最高热导率。但是，氧化物烧结助剂会在si3n4晶体中引入氧原子，导致热导率降低。采用非氧化物烧结助剂可减少氧含量，对于净化si3n4晶格、减少晶界玻璃相、提高热导率及高温力学性能具有重要意义。梁振华等人分别以mgsin2和mgsin2与y2o3混合物作为烧结助剂，在相同条件下制备si3n4陶瓷，前者热导率为90w/(m
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k)，而后者仅为70w/(m
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k)。 hayashi等人以yb2o
3-mgsin2和yb2o
3-mgo作为烧结助剂，在相同条件下制备 si3n4陶瓷，结果发现前者热导率更高。
[0005]
si3n4陶瓷烧结方法主要有反应烧结、常压烧结、热压烧结和放电等离子烧结等。反应烧结具有线收缩率低、成本低等优点，但其致密度低、力学性能差、热导率低。常压烧结与热压烧结制备的si3n4陶瓷具有较好的机械性能，但热导率偏低，成本较高。气压烧结是指在烧结过程中施加压力约为1mpa-10 mpa 的气体(通常为n2)以抑制si3n4分解，促进粉料致密化，获得高密度产品。放电等离子烧结是一种通过压力场、温度场和电流场等效应烧结制备陶瓷的新技术。
[0006]
在现有可作为基板材料使用的陶瓷材料中，si3n4陶瓷抗弯强度高(大于 800mpa)，耐磨性好，是综合机械性能最好的陶瓷材料，同时其热膨胀系数最小，因而被认为是一种很
有潜力的功率器件封装基片材料。但是其制备工艺复杂，成本较高，热导率偏低，主要适合应用于强度要求较高但散热要求不高的领域。
[0007]
氮化硅陶瓷基板在作为led基板时需要焊接围坝，现有的焊接通过磁控溅射的方式进行焊接，操作相对复杂，成本也更高。因此，基于氮化硅陶瓷基板的围坝焊接需要一种专门的设置结构。


技术实现要素：

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有鉴于现有光缆的问题。本实用新型提供一种氮化硅陶瓷上金属围坝的共晶焊接结构。
[0009]
本实用新型的技术方案如下：一种氮化硅陶瓷上金属围坝的共晶焊接结构，包括氮化硅陶瓷基板,所述氮化硅陶瓷基板上设置有金属线路涂层，沿着所述金属线路涂层设置有用于焊接的合金金属层,所述合金金属层的形状与所述金属线路涂层的形状适配，所述合金金属层上设置有围坝，所述围坝的下端面形状与所述合金金属层的形状适配。
[0010]
进一步，所述金属线路涂层包括焊接部和连接部。
[0011]
进一步，所述焊接部呈圆环状，且所述连接部呈“t”字形状，所述连接部的一端连接到所述焊接部的外周边沿。
[0012]
进一步，所述合金金属层呈圆环状，且所述合金金属层的内部边沿对应到所述焊接部的中线位置。
[0013]
进一步，所述围坝呈圆环状，且所述围坝的下端厚度小于所述合金金属层的宽度。
[0014]
进一步，所述围坝采用金属或者氮化硅陶瓷制成。
[0015]
进一步，所述氮化硅陶瓷基板包括第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述金属线路涂层设置在所述第一表面，所述第二表面设置有延伸线路涂层，且该延伸线路涂层与所述金属线路涂层接通。
[0016]
进一步，所述氮化硅陶瓷基板上设置有多个所述焊接部，每个所述焊接部对应一个所述合金金属层和一个围坝，且每个所述焊接部对应的所述连接部接通为一体。
[0017]
有益效果：本实用新型构思新颖、设计合理，且便于使用，本实用新型根据氮化硅陶瓷基板需要通过共晶焊接围坝，提供了一种氮化硅陶瓷基板和围坝之间的设置结构，用于氮化硅陶瓷基板上共晶焊接围坝，效果良好。
附图说明
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图1是本实用新型一实施例中的置结构示意图。
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图2是本实用新型一实施例中各部分分解结构示意图。
具体实施方式
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下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
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参考图1-图2所示，一种氮化硅陶瓷上金属围坝的共晶焊接结构，具有氮化硅陶瓷基板1,氮化硅陶瓷基板1上设置有金属线路涂层2，沿着金属线路涂层2设置有用于焊接的合金金属层3,合金金属层3的形状与金属线路涂层2的形状适配，合金金属层3上设置有围坝4，围坝4的下端面形状与合金金属层3 的形状适配。
[0022]
本实用新型的基础方案中，氮化硅陶瓷基板1作为基板，起到承载的作用。金属线路涂层2设置在氮化硅陶瓷基板1上，起到基础的固定作用。合金金属层3作为粘合材料，在共晶中起到粘合的作用。合金金属层3在具体实施时，可以选用焊锡作为材料。
[0023]
较佳地，金属线路涂层2包括焊接部2a和连接部2b。本优选中，可以根据实际需求区分整个金属线路涂层2的各个部分。
[0024]
较佳地，焊接部2a呈圆环状，且连接部2b呈“t”字形状，连接部2b的一端连接到焊接部2a的外周边沿。本优选方案中给出了一种金属线路涂层2的具体结构形式。
[0025]
较佳地，合金金属层3呈圆环状，且合金金属层3的内部边沿对应到焊接部2a的中线位置。本优选中，给出了一种更好的结构适配。
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较佳地，围坝4呈圆环状，且围坝4的下端厚度小于合金金属层3的宽度。采用这种结构设置，可以使得围坝4更好地焊接到合金金属层3上。
[0027]
较佳地，围坝4采用金属或者氮化硅陶瓷制成。在具体实施时，可以适用多种材质的围坝。
[0028]
较佳地，氮化硅陶瓷基板1包括第一表面1a和与该第一表面1a相对的第二表面1b，金属线路涂层2设置在第一表面1a，第二表面1b设置有延伸线路涂层5，且该延伸线路涂层5与金属线路涂层2接通。在本优选中，给出了金属线路涂层2的具体结构形式，便于满足多方位的需求。
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较佳地，氮化硅陶瓷基板1上设置有多个焊接部2a，每个焊接部2a对应一个合金金属层3和一个围坝4，且每个焊接部2a对应的连接部2b接通为一体。本优选中，针对这种结构在一整块氮化硅陶瓷基板1上设置有多个围坝单元。
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需要说明的是，采用共晶焊接的方式在陶瓷基板和围坝之间形成焊接，实际应用中，不限于led灯组，也可以用于其他的半导体封装，例如激光器等。
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以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。