探究氮化硅陶瓷覆铜基板的钎焊技术

探究氮化硅陶瓷覆铜基板的钎焊技术

随着科技的不断进步，对电力电子设备的性能要求也随之提高。氮化硅陶瓷覆铜基板因其的热导性、机械强度和可靠性，逐渐成为高铁、电动汽车等领域功率模块的材料。然而，这种基板的制备工艺复杂，尤其是钎焊过程对控制度的要求。

一、钎焊工艺的基本流程
氮化硅陶瓷覆铜基板的主要制备工艺是活性金属钎焊（Active Metal Brazing, AMB）。，将无氧铜片和陶瓷板间放置银铜钛焊片或印刷银铜钛焊膏，随后置于800~900℃的高真空环境中进行钎焊，形成铜-钎料-Si3N4-钎料-铜的结构。这一过程的核心在于活性钎料的制备及其与陶瓷和金属的有效结合。

二、挑战：界面空洞率的控制
在AMB过程中，一个关键的技术难题是界面空洞率的控制。空洞会削弱基板的热传导能力和结构完整性，从而影响其性能和可靠性。空洞的形成原因多样，包括原料表面质量问题、焊料印刷不均匀、活性元素失活及焊膏挥发气体等。为了降低空洞率，可以采取以下措施：高真空或惰性气体钎焊环境、预脱脂钎焊工艺、适当的钎焊压力和原材料清洗等。研究表明，施加较大的钎焊压力有助于显著减少钎焊界面的空洞率。

三、技术创新与应用
尽管面临诸多挑战，但通过持续的技术创新和应用研究，Si3N4-AMB覆铜基板的制备技术已取得了显著进展。例如，贺艳明等人的研究指出，通过调整钎料成分和使用复合钎料，可以有效改善接头的力学性能和连接机制。此外，国内外许多研究团队正在探索新的钎焊材料和方法，以进一步优化性能和降低成本。

四、未来展望
随着新能源和高铁等高新技术行业的快速发展，对氮化硅陶瓷覆铜基板的需求将持续增长。未来的研究将更加注重材料性能的综合优化、制备工艺的环保节能以及成本效益分析。同时，随着国产化进程的加速，打破国外技术垄断，实现核心技术的自主创新，将对我国高科技产业的立自主和可持续发展产生深远影响。

在这项技术的探索之路上，我们期待更多的科研突破和产业应用，共同推动电力电子器件向更、更可靠的方向发展。