阅读说明：本技术 氮化硅陶瓷基板上围坝的烧结焊接方法 (Sintering welding method for upper box dam of silicon nitride ceramic substrate ) 是由 周孔礼 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氮化硅陶瓷基板上围坝的烧结焊接方法,包括如下步骤：第一步,将氮化硅陶瓷基板通过厚膜印刷技术印刷出金属线路涂层,该金属线路涂层形状与需要焊接到氮化硅陶瓷上的围坝的形状适配；第二步,在氮化硅陶瓷基板的金属线路涂层上放置合金焊料,再将围坝隔着合金焊料印刷或放置到氮化硅陶瓷基板上,围坝与金属线路涂层的形状对应；第三步,将氮化硅陶瓷基板和围坝放入到烧结装置中；第四步,向烧结装置中冲入保护气氛；第五步,启动烧结装置进行烧结,且烧结的温度为150℃-1500℃；第六步,烧结完成。本发明针对氮化硅陶瓷的围坝焊接采用烧结焊接的方式进行焊接,相对于现有技术中采用磁控溅射,更加方便操作,成本更低。(The invention discloses a sintering welding method of a box dam on a silicon nitride ceramic substrate, which comprises the following steps: firstly, printing a metal circuit coating on a silicon nitride ceramic substrate by a thick film printing technology, wherein the shape of the metal circuit coating is matched with that of a box dam needing to be welded on the silicon nitride ceramic; secondly, alloy solder is placed on the metal circuit coating of the silicon nitride ceramic substrate, and then the box dam is printed or placed on the silicon nitride ceramic substrate through the alloy solder, wherein the shape of the box dam corresponds to that of the metal circuit coating; thirdly, putting the silicon nitride ceramic substrate and the box dam into a sintering device; fourthly, injecting protective atmosphere into the sintering device; fifthly, starting a sintering device for sintering, wherein the sintering temperature is 150-1500 ℃; and sixthly, finishing sintering. The invention adopts a sintering welding mode to weld the enclosure dam of the silicon nitride ceramics, and is more convenient to operate and lower in cost compared with the magnetron sputtering adopted in the prior art.)

氮化硅陶瓷基板上围坝的烧结焊接方法

技术领域

本发明涉及玻璃封装技术领域，特别涉及一种氮化硅陶瓷基板上围坝的烧 结焊接方法。

背景技术

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3.2×10 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·K)-30W/(m·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·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·K)。

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。

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Y₂O₃-MgO烧结助剂制备出氮化硅热导率高达177W/(m·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·K)，而后者仅为70W/(m·K)。Hayashi等人以Yb₂O₃-MgSiN₂和Yb₂O₃-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。

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-10MPa 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。

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。

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。

发明内容

有鉴于上述现有技术的问题，本发明提供一种氮化硅陶瓷基板上围坝的烧 结焊接方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，将氮化硅陶瓷基板通过厚膜印刷技术印刷出金属线路涂层，该金 属线路涂层形状与需要焊接到氮化硅陶瓷上的围坝的形状适配；

第二步，在所述氮化硅陶瓷基板的金属线路涂层上放置合金焊料，再将所 述围坝隔着所述合金焊料印刷或放置到所述氮化硅陶瓷基板上，所述围坝与所 述金属线路涂层的形状对应；

第三步，将所述氮化硅陶瓷基板和所述围坝放入到烧结装置中；

第四步，向所述烧结装置中冲入保护气氛；

第五步，启动所述烧结装置进行烧结，且烧结的温度为150℃-1500℃；

第六步，烧结完成。

较佳地，所述厚膜印刷技术包括如下步骤：

第一步，准备用于印刷的氮化硅陶瓷基板和用于印刷和放置的金属浆料；

第二步，利用所述金属浆料在所述氮化硅陶瓷基板上进行厚膜丝网印刷， 且所述金属浆料形成的线路厚度为10μm-200μm；

第三步，对上一步中形成的线路进行烧结，通过高温隧道炉加混合气体进 行高温烧结烧结温度为150℃-1500℃范围；

第四步，带有金属线路涂层的氮化硅陶瓷基板制成。

较佳地，所述保护气氛为氮气。

较佳地，所述氮气的浓度为95％-99％。

较佳地，所述烧结装置中烧结的气压压强为2-3个大气压。

有益效果：本发明构思新颖、设计合理，且便于使用，本发明针对氮化硅 陶瓷的围坝焊接采用烧结焊接的方式进行焊接，相对于现有技术中采用磁控溅 射，更加方便操作，成本更低。

附图说明

图1是本发明一实施例中氮化硅陶瓷基板的焊接结构分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例一

请参考图1，给出了一种氮化硅陶瓷基板1的结构形式，同时也给出了一种 围坝3的结构形式。在本实施例中，首先第一步，准备用于印刷的氮化硅陶瓷 基板和用于印刷和放置的金属浆料；然后利用所述金属浆料在所述氮化硅陶瓷 基板上进行厚膜丝网印刷，且所述金属浆料形成的线路厚度为10μm；再然后， 对上一步中形成的线路进行烧结，烧结温度为150℃；最后，带有金属线路涂层 的氮化硅陶瓷基板制成。

将上一步中获得的氮化硅陶瓷基板1继续通过烧结技术烧结围坝3；在所述 氮化硅陶瓷基板1的金属线路涂层2上放置合金焊料，再将所述围坝3隔着所 述合金焊料印刷或放置到所述氮化硅陶瓷基板1上，所述围坝3与所述金属线 路涂层2的形状对应；将所述氮化硅陶瓷基板1和所述围坝3放入到烧结装置 中；向所述烧结装置中冲入保护气氛，所述保护气氛为氮气，所述氮气的浓度 为95％，所述烧结装置中烧结的气压压强为2个大气压；启动所述烧结装置进行 烧结，且烧结的温度为150℃；烧结完成。

实施例二

请参考图1，给出了一种氮化硅陶瓷基板1的结构形式，同时也给出了一种 围坝3的结构形式。在本实施例中，首先第一步，准备用于印刷的氮化硅陶瓷 基板和用于印刷和放置的金属浆料；然后利用所述金属浆料在所述氮化硅陶瓷 基板上进行厚膜丝网印刷，且所述金属浆料形成的线路厚度为200μm；再然后， 对上一步中形成的线路进行烧结，烧结温度为1500℃；最后，带有金属线路涂 层的氮化硅陶瓷基板制成。

将上一步中获得的氮化硅陶瓷基板1继续通过烧结技术烧结围坝3；在所述 氮化硅陶瓷基板1的金属线路涂层2上放置合金焊料，再将所述围坝3隔着所 述合金焊料印刷或放置到所述氮化硅陶瓷基板1上，所述围坝3与所述金属线 路涂层2的形状对应；将所述氮化硅陶瓷基板1和所述围坝3放入到烧结装置 中；向所述烧结装置中冲入保护气氛，所述保护气氛为氮气，所述氮气的浓度 为99％，所述烧结装置中烧结的气压压强为2个大气压；启动所述烧结装置进行 烧结，且烧结的温度为1500℃；烧结完成。

实施例三

请参考图1，给出了一种氮化硅陶瓷基板1的结构形式，同时也给出了一种 围坝3的结构形式。在本实施例中，首先第一步，准备用于印刷的氮化硅陶瓷 基板和用于印刷和放置的金属浆料；然后利用所述金属浆料在所述氮化硅陶瓷 基板上进行厚膜丝网印刷，且所述金属浆料形成的线路厚度为100μm；再然后， 对上一步中形成的线路进行烧结，烧结温度为600℃；最后，带有金属线路涂层 的氮化硅陶瓷基板制成。

将上一步中获得的氮化硅陶瓷基板1继续通过烧结技术烧结围坝3；在所述 氮化硅陶瓷基板1的金属线路涂层2上放置合金焊料，再将所述围坝3隔着所 述合金焊料印刷或放置到所述氮化硅陶瓷基板1上，所述围坝3与所述金属线 路涂层2的形状对应；将所述氮化硅陶瓷基板1和所述围坝3放入到烧结装置 中；向所述烧结装置中冲入保护气氛，所述保护气氛为氮气，所述氮气的浓度 为97％，所述烧结装置中烧结的气压压强为2个大气压；启动所述烧结装置进行 烧结，且烧结的温度为1000℃；烧结完成。

需要说明的是，本发明所提供的方法，采用烧结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。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。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发明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发明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。