活性金属钎焊陶瓷基板散热性能仿真研究

近年来,随着电动汽车的快速发展,作为“新三大件”之一的电驱模块中的功率模块的散热和可靠性问题成为了行业研究热点。活性金属钎焊(Active Metal Brazing,AMB)陶瓷基板由于可以实现无氧铜在高热导率的氮化物陶瓷上的可靠附着,表现出优良的冷热循环性能,因此正成为高性能车规功率模块中的关键材料之一。本文采用有限元分析的方法,首先研究了无氧铜层、氮化硅陶瓷、AgCuTi钎焊层厚度对AMB陶瓷基板散热性能及可靠性的影响,也研究了纯Ti钎焊料对AMB陶瓷基板散热性能的影响。研究表明,增加无氧铜厚度能最有效的降低芯片的工作温度,并应当避免陶瓷和无氧铜厚度接近的设计,当铜层厚度从0.05 mm增加到0.3 mm,芯片温度从209.37℃降低至150.88℃。研究也发现了增加AgCuTi焊料层厚度可以提高陶瓷基板的散热性能,但使用纯Ti焊料对陶瓷基板散热性能是不利的。

大尺寸AlN活性金属焊接覆铜基板的界面结合机理

基于190 mm×139 mm×0.635 mm的大尺寸AlN表面活性金属钎焊(AMB)覆铜板工艺制程,开展其界面显微组织、物相组成等的研究,确定钎焊界面结合机理,为制备大尺寸、低气孔、高剥离强度AlN-AMB覆铜板提供支持。结果表明,在大尺寸AlN-AMB覆铜板钎焊过程中,Ag-Cu-Ti合金钎料中的Ag-Cu合金与Cu箔扩散溶合,形成强的冶金结合界面。同时,钎料中的活性Ti原子向AlN基板表面扩散,并与其反应,生成厚度为0.5~1μm的TiN反应层,形成强的反应结合界面。此外,钎料熔体难以填充基板的AlN晶界和凹坑,其中的Ti原子也不与Y-Al-O第二相颗粒反应,导致AlN基板表面TiN反应层不连续分布,形成气孔,降低大尺寸AlN-AMB覆铜板的界面结合强度及可靠性。

陶瓷与金属活性钎焊的研究进展

活性金属钎焊是陶瓷／金属（陶瓷／陶瓷）接合的一种重要方法。本文综述了近年来活性钎焊及其界面行为研究的现状和进展。有关活性钎焊虽已开展了广泛的研究，但尚有许多基本问题需要深入解决。

氧化铝陶瓷与金属活性钎焊研究进展

氧化铝陶瓷是应用最为广泛的陶瓷材料之一,但是陶瓷材料固有的硬性和脆性使其难以加工与制造,需要与金属连接起来,实现与金属性能上的互补,以期获得兼具陶瓷和金属各自优异性能的陶瓷-金属复合构件。对氧化铝陶瓷与金属的活性钎焊方法作了综述,着重讨论了活性钎焊技术的发展、常用的活性钎料;在活性钎焊机理方面,分析了陶瓷/金属润湿性的有关理论、界面反应及其对活性钎焊接头质量的影响。可以看到,活性钎焊已经成功实现了氧化铝陶瓷与铁、铜、镍、钛、铌及合金等多种金属的高质量连接,成为连接氧化铝陶瓷与金属的主导方法之一。

陶瓷-金属活性金属钎焊研究的现状和进展

在现有的陶瓷 -金属连接技术中 ,活性金属钎焊具有显著的技术优势和经济效益。本文综述了近年来在反应浸润、活性钎料、界面反应、连接强度和部分瞬间液相连接方面的研究现状和进展 ,指出了有待进一步研究的问题。

AlN基板表面状态对AlN-AMB覆铜板剥离强度影响机理的研究

为了探究AlN基板表面状态对AlN-AMB覆铜板剥离强度影响的机理,对研磨型和即烧型两类AlN基板表面的微观形貌及其制备的AlN-AMB覆铜板界面反应层、断面和断层微观显微结构进行分析。结果表明,即烧型AlN基板表面平整、致密,其制备的AlN-AMB覆铜板界面反应层平整、致密,铜与AlN基板剥离的断层位于基体内部,Cu发生明显塑性变形,剥离强度高达19.053 N/mm。而研磨型AlN基板表面存在微裂纹和碎晶粒,由其制备的AlN-AMB覆铜板界面反应层凹凸不平,且不连续,钎料渗入AlN基板亚表层的微裂纹中,易于诱发应力集中,铜与AlN基板剥离的断层位于AlN基体的亚表层,Cu塑性变形小,剥离强度只有5.789 N/mm。

研磨型AlN基板表面腐蚀对AlN-AMB覆铜板剥离强度的影响

为了解决研磨型氮化铝(AlN)基板制备的氮化铝活性金属钎焊(AlN-AMB)覆铜板剥离强度低的问题,采用浓度为0.25 mol/L的NaOH水溶液,在50℃条件下,对研磨型AlN基板表面进行腐蚀,开展腐蚀前后AlN基板表面微观形貌及AlN-AMB覆铜板界面剥离强度等的对比探究。结果表明,研磨型AlN基板表面存在大量破碎晶粒和微裂纹,所制备的AlN-AMB覆铜板气孔率较高,界面剥离强度只有5.787 N/mm。腐蚀可有效去除其表面破碎晶粒和微裂纹,提升AlN基板表面致密度和一致性。采用35 min腐蚀AlN基板制备的AlN-AMB覆铜板气孔率大幅降低,剥离强度提升至10.632 N/mm,相比处理前提升了83.7%。

Al_2O_3陶瓷与金属镍的活性钎焊研究

由于物理和化学性质的差异,实现陶瓷与金属的连接比较困难。本实验使用Ag-Cu-Ti活性钎料钎焊镍与Al2O3陶瓷。对钎焊后的试件进行剪切试验,确定接头强度最高时的温度为1000℃,而温度低于960℃时无法成功钎焊镍与陶瓷,温度高于1000℃会使钎焊接头强度下降。采用材料测试分析方法对钎焊接头组织进行分析,发现Cu在接头内平均分布,Ag呈聚集态,而Ti分布在接头的两侧。反应产物中的元素包括Cu,Ti,Al,Zr,O等,Ti,Cu与Al2O3陶瓷发生反应在界面处生成复杂化合物,从而实现陶瓷与金属的连接。

Al_2O_3陶瓷与金属Ni活性钎焊界面反应

使用Ag粉、CuO粉、Ti粉、Zr粉等成分配置成的活性钎料在空气气氛中采用活性钎焊方法成功钎焊Al2O3陶瓷与金属Ni,并借助扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪技术(XRD),对界面元素分布及反应产物加以分析和研究。试验结果表明,在活性钎焊接头界面中,Ag在钎焊接头中部区域呈聚集态分布,Cu元素的分布显示CuO在该区域也有所集中,但也有大量的Cu与Ti,Zr一起出现在接头界面处,说明这些元素与陶瓷中的成分发生界面反应形成新的产物。XRD图谱结果显示Cu,Ti,Al,O发生反应在界面处生成复杂化合物。通过对接头界面组织微观分析得知,接头中存在2种反应产物及金属间化合物。由此可以推断,接头界面组织结构为Al2O3/AlTi+CuAlO2/TiAg+Ti3Cu+AgZr2+Ag+CuO/Ni。

Cu-Ti复合焊料钎焊Si_(3)N_(4)陶瓷/Cu的显微结构和力学性能研究

本研究采用Cu-Ti复合焊料在不同温度和保温时间钎焊了Si_(3)N_(4)/Cu接头,研究了不同钎焊参数对接头显微组织和力学性能的影响。实验结果表明,接头的相组成主要是TiN、Ti_(5)Si_(3)和Cu-Ti化合物。在较低温度(890℃)下,Ti_(5)Si_(3)率先生长,较少的Ti扩散到了Cu里生成Cu_(3)Ti;当延长保温时间或提升钎焊温度(920℃)时,TiN在界面处沉积成薄层,Cu_(3)Ti也转变成了CuTi,同时,Ti_(5)Si_(3)在Cu里也有一定的扩散;当钎焊温度过高(950℃)时,Ti和Si_(3)N_(4)的反应程度较大,Cu-Ti化合物作为反应的中间相被消耗,剥离强度随着温度的升高呈现先升高后下降的趋势。在920℃钎焊60 min的接头中,TiN逐渐剥离出薄层,进一步优化界面组织,接头剥离强度最高,达到16.69 N·mm^(-1)。

陶瓷/金属的钎焊

根据陶瓷与金属连接材料的广阔应用前景,介绍了陶瓷与金属钎焊的几种主要方法,探讨了陶瓷与金属钎焊中的难点、陶瓷与金属钎焊的润湿问题,分析了解决陶瓷与金属物性不匹配问题。

X射线管中95Al_2O_3和Kovar合金的活性钎焊

通过润湿性实验、钎焊接头性能实验,系统地研究了95Al_2O_3和Kovar合金在不同形态Ag-Cu-Ti活性钎料作用下的润湿钎焊机制.实验发现钎焊合金与陶瓷发生了界面反应,生成Ti_3Al、TiAl等相.采用Ag-Cu—5Ti非晶钎料时,接头四点弯曲强度可达270MPa.

陶瓷/金属钎焊用钎料及其钎焊工艺进展

阐述了陶瓷 /金属钎焊用不同温度的活性钎料及以降低焊缝残余应力为中心的钎焊工艺进展 ;指出 :在我国耐高温、抗氧化性优良的高温耐热型活性钎料是重点发展方向 ;

金属-陶瓷钎焊后ZrO_2变色现象的研究

通过浸润试验，观察经钎料作用后的ＺｒＯ２ 变色现象及其规律。探讨了变色机制。分析结果表明ＺｒＯ２ 变色是因缺氧所致，并发现钎焊接头近缝区ＺｒＯ２

陶瓷/金属钎焊体系反应润湿及残余热应力缓解的研究进展

陶瓷/金属钎焊件广泛应用于机械电子、能源化工、航空航天和生物医学等领域以实现材料各自性能上的优势互补。然而,陶瓷与金属原子键合上的差异及热膨胀失配使得它们的高可靠连接面临润湿性和残余热应力的问题。综述了国内外在反应润湿和残余热应力缓解方面的研究进展,对活性钎料/陶瓷界面反应产物及界面结构、界面反应热力学、反应润湿及铺展动力学模型进行了介绍,总结了复合钎料法和添加中间层法等残余热应力的缓解方法,并对当前存在的问题进行了初步探讨。

机器视觉在AMB丝印机中的应用

丝印机是AMB工艺中的核心设备,在多道工序中均有应用,视觉对位精度直接影响印刷精度。通过分析不同印刷工序中各陶瓷基板的材质及表面情况,兼顾网版寿命与产品质量,设计了一种视觉对位系统,在单机设备上兼容实现了不同产品边角定位或Mark点定位的需求。

用活性钎料在氩气或真空中钎接陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属

随着陶瓷材料在现代工业构件中的地位的提高,需要一种实用的能将陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属钎接起来的方法。与陶瓷金属化后钎接相比,用活性钎料钎接的工艺要简易得多。这种钎接工艺说明由Al_2O_3或ZrO_2等陶瓷材料制成的零件能在真空或氩气中用含钛的银钎料直接与钢、灰铸铁或其它合金钎接。本文报道了活性钎料的最新发展,强度试验和金相研究的结果。

陶瓷金属化工艺探究

陶瓷-金属封接工艺是将陶瓷材料与金属材料结合起来,在性能上可以形成优势互补,从而延伸、拓展各自的应用领域。陶瓷金属化的好坏直接影响到最终陶瓷-金属封接的气密性和强度等,是陶瓷-金属封接工艺中最重要的一环。本文对陶瓷金属化的几种技术方法进行了详细介绍。

Al_2O_3陶瓷与紫铜的间接钎焊

利用Sn0.3Ag0.7Cu-4%Ti金属化涂料,在金属化温度900℃、保温时间30 min条件下,对Al2O3陶瓷表面进行金属化处理,然后在钎焊温度600℃、保温时间5 min条件下,利用Sn0.3Ag0.7Cu钎料实现Al2O3陶瓷与紫铜的间接钎焊,通过SEM,EDS和XRD等分析测试手段对金属化层显微组织、Al2O3陶瓷/铜接头结合强度和接头断口形貌等进行了分析.结果表明,利用金属化方法得到了均匀且与Al2O3陶瓷结合良好的金属化层,并实现了Al2O3陶瓷与铜的间接连接,接头界面结构为Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Sn(s,s)+Ti6Sn5/Al2O3陶瓷.钎焊接头抗剪强度为13.6 MPa,接头断裂发生于金属间化合物层.

钎焊技术在金刚石工具中的应用

介绍了钎焊技术在金刚石应用工具中的提出背景以及目前国内外钎焊金刚石工具的研究状况。在总结国内外研究的基础上 ,初步探索了如何将钎焊技术用于孕镶工具中 ,提出钎焊工具研究过程中存在的问题及解决建议 ,并展望了钎焊金刚石工具的发展前景。