CN108453330A - 一种用于钎焊的基板及其制备方法以及钎焊的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于钎焊的基板及其制备方法以及钎焊的方法，该用于钎焊的基板包括基板本体(1)、形成于所述基板本体(1)的至少一部分表面的凹槽(2)、以及沉积于所述基板本体(1)的形成有凹槽(2)的表面区域上的纳米颗粒层(4)。本公开通过在表面具有微米级别凹槽的基板本体表面沉积纳米颗粒层，能够提高用于钎焊的基板表面的润湿性能和润湿速度。采用本公开的用于钎焊的基板在进行钎焊时，能够增加钎焊接头的强度和可靠性。

Description

一种用于钎焊的基板及其制备方法以及钎焊的方法
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种用于钎焊的基板及其制备方法以及钎焊的方法。
背景技术
钎焊技术作为连接异种材料的主要手段之一，被广泛应用于航空航天、军工、真空设备等领域。而其中，钎料对被连接材料的润湿性及铺展能力是决定钎焊质量以及适用范围的最重要的特征。文献“D.Q Yu,J Zhao,L Wang.Improvement on the microstructurestability,mechanical and wetting properties of Sn–Ag–Cu lead-free solder withthe addition of rare earth elements[J].Journal of alloys and compounds,2004,376(1):170-175.”公开了一种在钎料中添加稀土元素的方法，可在一定程度上解决钎料在基板上的润湿问题。但这种方法适用的钎料种类有限，且钎焊过程中会产生金属间化合物，对钎焊质量产生影响。
因此，保持钎料元素组成不变，从改变基板表面结构出发改善钎料润湿性及铺展能力成为研究的主要方向之一。
发明内容
本公开的目的是：第一方面提供一种用于钎焊的基板，第二方面提供一种用于钎焊的基板的制备方法，第三方面提供一种采用本公开第一方面所提供的用于钎焊的基板进行钎焊的方法，本公开所提供的用于钎焊的基板以及采用本公开方法所制备的用于钎焊的基板具有高润湿性能和润湿速度。
为了实现上述目的，本公开第一方面：提供一种用于钎焊的基板，包括基板本体、形成于所述基板本体的至少一部分表面的凹槽、以及沉积于所述基板本体的形成有凹槽的表面区域上的纳米颗粒层。
可选的，所述凹槽的最大深度为5-200微米，最大宽度为10-200微米。
可选的，所述凹槽的长度大于1毫米。
可选的，沿垂直于凹槽的长度方向，所述凹槽的轮廓为选自弧形、“凵”形、“V”形和“U”形中的至少一种。
可选的，沿凹槽的长度方向，所述凹槽形成为相互平行和/或相互交叉的多条。
可选的，相互交叉的凹槽的夹角为60-90°，相邻两条平行的凹槽最深处的距离为10-500微米。
可选的，所述纳米颗粒层的厚度为0.1-5微米，孔隙率为5-90体％，纳米颗粒层中纳米颗粒的直径小于1000纳米。
可选的，所述基板本体的材料和纳米颗粒的材料各自独立地为金属材料、半导体材料、陶瓷材料或陶瓷基复合材料。
本公开第二方面：提供一种用于钎焊的基板的制备方法，该制备方法包括：在基板本体的至少一部分表面上形成凹槽，所述凹槽的最大深度和最大宽度均小于1000微米；和在基板本体的形成有所述凹槽的表面区域沉积纳米颗粒层，得到用于钎焊的基板。
可选的，所述凹槽的最大深度为5-200微米，最大宽度为10-200微米。
可选的，所述凹槽的长度大于1毫米。
可选的，沿垂直于凹槽长度的方向，所述凹槽的轮廓为选自弧形、“凵”形、“V”形和“U”形中的至少一种。
可选的，沿凹槽长度的方向，所述凹槽形成为相互平行和/或相互交叉的多条。
可选的，相互交叉的凹槽的夹角为60-90°，相邻两条平行的凹槽最深处的距离为10-500微米。
可选的，所述纳米颗粒层的厚度为0.1-5微米，孔隙率为5-90体％，纳米颗粒层中纳米颗粒的直径小于1000纳米。
可选的，采用选自机械加工、激光加工、电解、化学刻蚀、光刻、压印和3D打印中的至少一种方式在基板本体的表面形成所述凹槽；其中，所述基板本体的表面粗糙度小于5微米。
可选的，该方法还包括：在基板本体的表面形成所述凹槽之后进行清洗杂质；其中，所述杂质包括颗粒物。
可选的，所述沉积纳米颗粒层的方式为选自激光沉积、磁控溅射、匀胶法、物理气相沉积和化学气相沉积中的至少一种。
可选的，所述基板本体的材料和纳米颗粒的材料各自独立地为金属材料、半导体材料、陶瓷材料或陶瓷基复合材料。
本公开第三方面：提供一种本公开第一方面所提供的用于钎焊的基板进行钎焊的方法，该方法包括：在所述用于钎焊的基板的沉积有纳米颗粒层的表面区域施用钎料并进行钎焊。
可选的，所述钎焊的条件包括：所述钎焊的温度为150-450℃，钎料为选自锡铅合金、锡锌合金、铅铋合金、镉锌合金、锡银合金、锡铜合金、锡铅银合金、锡铅铋合金、锡铅铜合金和锌铝铜合金中的至少一种；或者所述钎焊的温度为650-1150℃，钎料为选自铜银合金、铜银钛合金、铜铟钛合金、金银铜合金和镍铋硼合金中的至少一种。
本公开通过在表面具有微米级别凹槽的基板本体的表面区域沉积纳米颗粒层，能够提高用于钎焊的基板表面的润湿性能和润湿速度。采用本公开的用于钎焊的基板进行钎焊时，能够增加钎焊接头的强度和可靠性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。附图中仅以示意性的方式示出，不限制各个结构实际尺寸及各个结构之间的关系。在附图中：
图1是本公开基板本体表面凹槽的一种具体实施方式的结构示意图。
图2是本公开基板本体表面凹槽的另一种具体实施方式的结构示意图。
图3是本公开用于钎焊的基板制备方法中清洗杂质步骤的一种具体实施方式的流程示意图。
图4是本公开用于钎焊的基板一种具体实施方式的局部结构示意图。
图5是本公开纳米颗粒层中纳米颗粒的粒径分布图(横坐标为颗粒直径，单位为nm；纵坐标为纳米颗粒数量比例百分数，％)。
图6是本公开用于钎焊的基板另一种具体实施方式的局部结构示意图。
附图标记说明
1 基板本体 2 凹槽 3 稀酸
4 纳米颗粒层 5 纳米颗粒
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
若无其它说明，本公开中凹槽的长度和凹槽的宽度均指凹槽沿平行于基板本体表面的方向所延伸的距离，且凹槽宽度延伸的方向垂直于凹槽长度延伸的方向，凹槽的长度大于凹槽的宽度。凹槽的深度是指凹槽垂直于基板表面向基板本体内部延伸的距离。
如图4和6所示，本公开第一方面：提供一种用于钎焊的基板，包括基板本体1、形成于所述基板本体1的至少一部分表面的凹槽2、以及沉积于所述基板本体1的形成有凹槽2的表面区域上的纳米颗粒层4。
根据本公开的第一方面，在表面带有凹槽的基板本体的表面沉积纳米颗粒层，能够使用于钎焊的基板表面形成大量微米和纳米级别的空隙以及通道，通过该空隙和通道对液体的毛细作用力，有效增大液体润湿过程所需的驱动力，提高液体在基板表面的润湿性能(降低液体的接触角，提高液体与基板的接触面积)和润湿速度，采用本公开的用于钎焊的基板在进行钎焊时，能够增加钎焊接头的强度和可靠性。
根据本公开的第一方面，凹槽是指在基板本体表面形成的长条形的凹陷，可以为周期性或非周期性排布，具体形状可以如图1和图2所示。如图1所示，所述凹槽的最大深度(h)优选为5-200微米，最大宽度(w)优选为10-200微米。通过设置凹槽，可以使附着在用于钎焊的基板表面的液体沿着凹槽的长度、宽度和深度方向进行三维铺展，增加了液体在用于钎焊的基板表面的铺展驱动力，从而提高了基板的润湿性能和铺展速度。
根据本公开的第一方面，如图1、2、4和6所示，沿垂直于凹槽长度的方向，所述凹槽的轮廓可以为选自弧形、“凵”形、“V”形和“U”形中的至少一种，也可以是波浪形或无规则形状。所示弧形优选为弧度大于10°小于90°，更优选为大于50°小于90°。所述凹槽的轮廓为“凵”形和“U”形，可以提高液体沿凹槽深度(h)方向铺展的速度，增加微米通道的毛细作用力，但是却会使凹槽侧壁上沉积的纳米颗粒减少，纳米颗粒层的厚度降低，从而减少纳米级别的空隙和通道，降低纳米空隙和通道的毛细作用力，因此，本公开优选采用“V”形和弧形轮廓的凹槽，更优选为“V”形。
根据本公开的第一方面，本公开对凹槽的长度并没有特殊限制，根据制备工艺的不同，例如可以穿过整块基板本体，也可以是大于1毫米即可，本公开凹槽沿长度方向延伸的形状可以为弧形，也可以为直线形或折线形，所形成凹槽的整体图案可以是条纹状和网格状等。例如，如图2所示，沿凹槽长度的方向，所述凹槽可以形成为相互平行和/或相互交叉的多条，优选为相互交叉的多条，方便液体在交叉的凹槽之间铺展，提高铺展速度，更优选为相互交叉和相互平行的多条，例如形成为网格状，既有利于液体铺展，还有利于凹槽的成型，并且整齐划一方便批量化制备基板本体。进一步优选地，相互交叉的凹槽的夹角为60-90°，例如为60°或90°，以使凹槽正好能够等面积地分隔基板本体的表面，例如凹槽之间形成正三角形、正方形或正六边形等图案。另外，如图1所示，相邻两条平行的凹槽最深处的距离(d)可以为10-500微米，若凹槽垂直于长度方向的轮廓为“凵”形、波浪形或无规则形，则该距离(d)为相邻凹槽底部中间位置的距离，如此设置可以使同一滴液体(直径约为3600微米)通过横跨多条凹槽，提高液滴铺展速度，同时提高钎焊接头的强度和可靠性。
根据本公开的第一方面，纳米颗粒层是由纳米颗粒沉积而成的颗粒层，所述纳米颗粒是指粒径在1000纳米以下的颗粒，根据沉积方式的不同，所形成纳米颗粒层的性质有所不同。如图4和6所示，所述纳米颗粒层的厚度可以为0.1-5微米，孔隙率可以为5-90体％，纳米颗粒层中纳米颗粒的直径优选小于500纳米。纳米颗粒的直径越大，孔隙率越大，则纳米颗粒之间形成的空隙越大，液体扩散阻力越小，越有利于液体的扩散，但是却会使纳米颗粒的表面积下降，使毛细力减少，同时会降低纳米颗粒层在基板本体表面的附着力，因此，本公开优选纳米颗粒层的厚度为0.3-2微米，孔隙率为25-55％，纳米颗粒的直径在10～500纳米之间，更优选为纳米颗粒的直径在10-500纳米之间呈正态分布，进一步优选80体积％以上的纳米颗粒在10～300纳米之间。所述孔隙率是指纳米颗粒层中孔隙体积与纳米颗粒层总体积的百分比。
根据本公开的第一方面，基板是本领域技术人员所熟知的，本公开不再赘述，所述基板本体的材料可以为金属材料、半导体材料、陶瓷材料或陶瓷基复合材料，纳米颗粒的材料与基板的材料或钎料的材料可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据需要进行选择。所述金属材料可以为选自铝、铝合金、铜、铁、钼和硅钢中的至少一种，所述半导体材料可以为硅或砷化镓等，所述陶瓷材料可以为选自氧化铝、氮化硅和碳化铝中的至少一种，陶瓷基复合材料一般包括陶瓷材料以及其它材料。
本公开第二方面：提供一种用于钎焊的基板的制备方法，该制备方法包括：在基板本体的至少一部分表面上形成凹槽，所述凹槽的最大深度和最大宽度均小于1000微米；和在基板本体的形成有所述凹槽的表面区域沉积纳米颗粒层，得到用于钎焊的基板。
根据本公开的第二方面，在表面带有凹槽的基板本体的表面沉积纳米颗粒层，能够使用于钎焊的基板表面形成大量微米和纳米级别的空隙以及通道，通过该空隙和通道对液体的毛细作用力，有效增大液体润湿过程所需的驱动力，提高液体在基板表面的润湿性能(降低液体的接触角，提高液体与基板的接触面积)和润湿速度，采用本公开的用于钎焊的基板在进行钎焊时，能够增加钎焊接头的强度和可靠性。
根据本公开的第二方面，凹槽是指在基板本体表面形成的长条形的凹陷，可以为周期性或非周期性排布，具体形状可以如图1和图2所示。如图1所示，所述凹槽的最大深度(h)优选为5-200微米，最大宽度(w)优选为10-200微米。通过设置凹槽，可以使附着在用于钎焊的基板表面的液体沿着凹槽的长度、宽度和深度方向进行三维铺展，增加了液体在用于钎焊的基板表面的铺展驱动力，从而提高了基板的润湿性能和铺展速度。
根据本公开的第二方面，如图1、2、4和6所示，沿垂直于凹槽长度的方向，所述凹槽的轮廓可以为选自弧形、“凵”形、“V”形和“U”形中的至少一种，也可以是波浪形或无规则形状。所示弧形优选为弧度大于10°小于90°，更优选为大于50°小于90°。所述凹槽的轮廓为“凵”形和“U”形，可以提高液体沿凹槽深度(h)方向铺展的速度，增加微米通道的毛细作用力，但是却会使凹槽侧壁上沉积的纳米颗粒减少，纳米颗粒层的厚度降低，从而减少纳米级别的空隙和通道，降低纳米空隙和通道的毛细作用力，因此，本公开优选采用“V”形和弧形轮廓的凹槽，更优选为“V”形。
根据本公开的第二方面，本公开凹槽沿长度方向延伸的形状可以为弧形，也可以为直线形或折线形，例如，如图2所示，沿凹槽长度的方向，所述凹槽可以形成为相互平行和/或相互交叉的多条，优选为相互交叉的多条，方便液体在交叉的凹槽之间铺展，提高铺展速度，更优选为相互交叉和相互平行的多条，例如形成为网格状，既有利于液体铺展，还有利于凹槽的成型，并且整齐划一方便批量化制备基板本体。进一步优选地，相互交叉的凹槽的夹角为60-90°，例如为60°或90°，以使凹槽正好能够等面积地分隔基板本体的表面，例如凹槽之间交叉形成正三角形、正方形或正六边形等图案。另外，如图1所示，相邻两条平行的凹槽最深处的距离(d)可以为10-500微米，若凹槽垂直于长度方向的轮廓为“凵”形、波浪形或无规则形，则该距离(d)为相邻凹槽底部中间位置的距离，如此设置可以使同一滴液体(直径约为3600微米)通过横跨多条凹槽，提高液滴铺展速度，同时提高钎焊接头的强度和可靠性。
根据本公开的第二方面，纳米颗粒层是由纳米颗粒沉积而成的颗粒层，所述纳米颗粒是指粒径在1000纳米以下的颗粒，根据沉积方式的不同，所形成纳米颗粒层的性质有所不同。如图4和6所示，所述纳米颗粒层的厚度可以为0.1-5微米，孔隙率可以为5-90体％，纳米颗粒层中纳米颗粒的直径优选小于500纳米。纳米颗粒的直径越大，孔隙率越大，则纳米颗粒之间形成的空隙越大，液体扩散阻力越小，越有利于液体的扩散，但是却会使纳米颗粒的表面积下降，使毛细力减少，同时会降低纳米颗粒层在基板本体表面的附着力，因此，本公开优选纳米颗粒层的厚度为0.3-2微米，孔隙率为55-90％，纳米颗粒的直径在10～500纳米之间，更优选为纳米颗粒的直径在10-500纳米之间呈正态分布，进一步优选80体积％以上的纳米颗粒在10～300纳米之间。所述孔隙率是指纳米颗粒层中孔隙体积与纳米颗粒层总体积的百分比。
根据本公开的第二方面，可以采用选自机械加工、激光加工、电解、化学刻蚀、光刻、压印和3D打印中的至少一种方式在基板本体的表面形成所述凹槽；其中，所述基板本体的表面粗糙度小于5微米。本公开对凹槽的长度并没有特殊限制，根据制备工艺的不同，例如可以穿过整块基板本体，也可以是大于1毫米即可，所形成凹槽的整体图案可以是条纹状和网格状等。本公开所述基板本体的表面粗糙度用激光共聚焦显微镜(型号为Olympus，LEXT OLS4100)观测并通过其配套软件进行测定。
根据本公开的第二方面，若采用机械加工或激光加工等方式加工基板本体，形成凹槽的基板本体的表面区域会附着氧化层、颗粒物、污渍等杂质，该杂质会影响纳米颗粒层的沉积以及后续钎焊工艺，因此，该方法还可以包括：在基板本体的表面形成所述凹槽之后进行清洗杂质；其中，所述杂质一般包括颗粒物，也可以包括氧化层和污渍等。清洗杂质的步骤可以是采用棉签或布料进行刷洗、采用风机进行吹扫、以及采用稀酸(例如稀盐酸、稀硫酸等)浸泡洗涤等，本领域技术人员也可以根据实际情况进行处理。
根据本公开的第二方面，沉积纳米颗粒层是本领域技术人员所熟知的，例如所述沉积纳米颗粒层的方式可以为选自激光沉积、磁控溅射、匀胶法、物理气相沉积和化学气相沉积中的至少一种。
根据本公开的第二方面，基板本体是本领域技术人员所熟知的，本公开不再赘述，例如，所述基板本体的材料可以为金属材料、半导体材料、陶瓷材料或陶瓷基复合材料，纳米颗粒的材料与基板的材料或钎料的材料可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据需要进行选择。所述金属材料可以为选自铝、铝合金、铜、铁、钼和硅钢中的至少一种，所述半导体材料可以为硅或砷化镓等，所述陶瓷材料可以为选自氧化铝、氮化硅和碳化铝中的至少一种，陶瓷基复合材料一般包括陶瓷材料以及其它材料。
本公开第三方面：提供一种本公开第一方面所提供的用于钎焊的基板进行钎焊的方法，该方法包括：在所述用于钎焊的基板的沉积有纳米颗粒层的表面区域施用钎料并进行钎焊。
根据本公开的第三方面，钎焊是采用比基板材料熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于基板材料熔化温度，利用液态钎料润湿基板，填充接头间隙并与基板相互扩散实现连接焊件的方法。所述钎焊的条件可以包括：所述钎焊的温度为150-450℃，钎料可以为选自锡铅合金、锡锌合金、铅铋合金、镉锌合金、锡银合金、锡铜合金、锡铅银合金、锡铅铋合金、锡铅铜合金和锌铝铜合金中的至少一种；或者所述钎焊的温度可以为650-1150℃，钎料可以为选自铜银合金、铜银钛合金、铜铟钛合金、金银铜合金和镍铋硼合金中的至少一种。
下面将结合附图通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
本公开实施例中纳米颗粒粒径测试方法为采用扫描电子显微镜(型号为Zeiss，Supra 55)观测基板表面形貌并用ImageJ软件测量统计纳米颗粒粒径；接触角测定方法为采用高温高真空接触角测量仪(型号为Dataphysics，OCA25HTV)直接测量；铺展速度测试方法为采用显微镜(型号为Olympus，SZ61)测量在一定时间内金属材料流动的距离并记录铺展时间，进而计算铺展速度；纳米颗粒层孔隙率测试方法为采用原子力显微镜(型号为Bruker，SCD005)测量基板表面形貌并用Nanoscope Analysis软件计算纳米颗粒层孔隙率；钎焊接头剪切强度测试方法为采用热-力模拟实验机(型号为Gleeble 1500D)对钎焊接头进行剪切强度测试，剪切速率固定为1mm/min，得到接头剪切强度。
实施例1
如图1所示，在抛光的Cu基板本体(粗糙度小于5微米)表面利用皮秒激光烧蚀的方法加工出周期性凹槽2，激光秒冲宽度为10ps，脉冲能量为50μJ，扫描速度为1m/s。凹槽的两壁和下方平滑过渡收窄，其截面轮廓呈近似的“U”形，凹槽2的最大宽度(w)为40μm，凹槽2的最大深度(h)为40μm，相邻凹槽之间的距离(d)为60μm。如图2所示，凹槽之间交叉布置，沿长度方向凹槽与凹槽之间的角度为90°。
如图3所示，将形成有凹槽的Cu基板本体放入稀盐酸溶液3(浓度为3.5重量％)中浸泡60秒，去除表面颗粒及氧化物，并在酒精溶液中进行超声清洗，记为基板本体A。
如图4所示，在加工出凹槽2的基板本体A的表面区域上用超快激光沉积的方法沉积一层厚度为5μm、孔隙率为50体％的Cu纳米颗粒层4，沉积过程时，激光脉冲宽度为10ps，脉冲能量为60μJ，靶材采用99.99％的纯Cu材料，纳米颗粒5的直径为20nm-500nm，其分布为如图5所示的正态分布，纳米颗粒平均粒径为150nm，得到用于钎焊的基板A。
在180℃的温度下，测量得到SnPbAg钎料(62Sn36Pb2Ag，下同)在用于钎焊的基板A形成纳米颗粒层的表面上的接触角为5°，显著小于其在抛光的Cu基板本体上的接触角(20°)；测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板A形成纳米颗粒层的表面上的铺展速度为1.9mm/s，显著大于其在抛光的Cu基板本体上的铺展速度(0.6mm/s)，钎焊接头剪切强度为60MPa，显著高于抛光Cu基板本体的钎焊强度(50MPa)。
实施例2
如图6所示，在抛光氧化铝陶瓷基板本体表面利用光刻的方法加工出周期性凹槽2。凹槽截面的轮廓呈“凵”形，凹槽之间平行布置。凹槽2的最大宽度为200μm，凹槽2的最大深度为200μm，相邻凹槽之间的最大距离为300μm。
将表面带有凹槽的氧化铝陶瓷基板本体放入酒精溶液进行超声清洗，去除表面污渍，记为基板本体B。
在加工出的凹槽2的基板本体B的表面用匀胶法涂覆一层厚度为0.3μm，孔隙率为20体％的氧化铝陶瓷纳米颗粒层4，纳米颗粒5直径为20nm-50nm，其分布为正态分布，得到用于钎焊的基板B。
在950℃的温度下，测量得到银铜钛钎料(63Ag35Cu2Ti)在用于钎焊的基板B形成纳米颗粒层的表面上的接触角为2°，显著小于其在抛光的氧化铝基板本体上的接触角(20°)。测量得到银铜钛钎料在用于钎焊的基板B形成纳米颗粒层的表面上的铺展速度为67μm/s，显著大于其在抛光的氧化铝基板本体上的铺展速度(12.5μm/s)，钎焊接头剪切强度为66MPa，显著高于抛光氧化铝基板本体的钎焊强度(20MPa)。
实施例3
与实施例1的制备方法基本相同，不同在于使凹槽形成为“V”形，即凹槽的两壁向下呈固定70°角度收窄，所制备的用于钎焊的基板其它参数相同，记为用于钎焊的基板C。
在180℃的温度下，测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板C形成纳米颗粒层的表面上的接触角为3°，显著小于其在抛光的Cu基板本体上的接触角(20°)；测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板C形成纳米颗粒层的表面上的铺展速度为2.9mm/s，显著大于其在抛光的Cu基板本体上的铺展速度(0.8mm/s)，钎焊接头剪切强度为65MPa。
实施例4
与实施例1的制备方法基本相同，区别在于用于钎焊的基板所沉积的纳米颗粒层中纳米颗粒层的厚度为0.3μm，得到用于钎焊的基板D。
在180℃的温度下，测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板D形成纳米颗粒层的表面上的接触角为2°，显著小于其在抛光的Cu基板本体上的接触角(20°)；测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板D形成纳米颗粒层的表面上的铺展速度为3.5mm/s，显著大于其在抛光的Cu基板本体上的铺展速度(0.8mm/s)，钎焊接头剪切强度为66MPa。
实施例5
与实施例1的制备方法基本相同，区别在于用于钎焊的基板所沉积的纳米颗粒层中纳米颗粒层的厚度为0.1μm，得到用于钎焊的基板D。
在180℃的温度下，测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板D形成纳米颗粒层的表面上的接触角为8°，显著小于其在抛光的Cu基板本体上的接触角(20°)；测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板D形成纳米颗粒层的表面上的铺展速度为1.6mm/s，显著大于其在抛光的Cu基板本体上的铺展速度(0.8mm/s)，钎焊接头剪切强度为59MPa。
实施例6
与实施例1的制备方法基本相同，区别在于用于钎焊的基板所沉积的纳米颗粒层中纳米颗粒层的厚度为2μm，得到用于钎焊的基板E。
在180℃的温度下，测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板E形成纳米颗粒层的表面上的接触角为3°，显著小于其在抛光的Cu基板本体上的接触角(20°)；测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板E形成纳米颗粒层的表面上的铺展速度为3.2mm/s，显著大于其在抛光的Cu基板本体上的铺展速度(0.8mm/s)，钎焊接头剪切强度为64MPa。
对比例1
将实施例1制备的基板本体A在180℃的温度下，测量得到SnPbAg钎料在基板本体A带有凹槽的表面上的接触角为10°，测量得到SnPbAg钎料在基板本体A表面上的铺展速度为1.5mm/s，钎焊接头剪切强度为58MPa。
对比例2
在抛光的Cu基板本体(粗糙度小于5微米)的表面按照实施例1的方法用超快激光真空沉积的方法沉积一层厚度为5μm、孔隙率为50体％的Cu纳米颗粒层，纳米颗粒的直径为20nm-500nm，其分布为如图5所示的正态分布，得到用于钎焊的基板DA。
在180℃的温度下，测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板DA沉积有纳米颗粒层的表面上的接触角为8°，测量得到SnPbAg钎料在用于钎焊的基板DA沉积有纳米颗粒层的上的铺展速度为1.2mm/s，钎焊接头剪切强度为52MPa。
从实施例和对比例的比较可以看出，本公开提供的基板润湿性能好，接触角小，润湿速度快，钎焊所形成接头强度和可靠性好。从实施例3与实施例1的比较可以看出，用于钎焊的基板表面形成截面轮廓呈V形的凹槽，有助于提高表面润湿性能和接头强度。从实施例4-6与实施例1的比较可以看出纳米颗粒层的厚度在0.3-2微米之间，表面润湿性能和接头强度更好。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (21)

1.一种用于钎焊的基板，包括基板本体(1)、形成于所述基板本体(1)的至少一部分表面的凹槽(2)、以及沉积于所述基板本体(1)的形成有凹槽(2)的表面区域上的纳米颗粒层(4)。
2.根据权利要求1所述的用于钎焊的基板，其中，所述凹槽的最大深度为5-200微米，最大宽度为10-200微米。
3.根据权利要求1所述的用于钎焊的基板，其中，所述凹槽的长度大于1毫米。
4.根据权利要求1所述的用于钎焊的基板，其中，沿垂直于凹槽的长度方向，所述凹槽的轮廓为选自弧形、“凵”形、“V”形和“U”形中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于钎焊的基板，其中，沿凹槽的长度方向，所述凹槽形成为相互平行和/或相互交叉的多条。
6.根据权利要求5所述的用于钎焊的基板，其中，相互交叉的凹槽的夹角为60-90°，相邻两条平行的凹槽最深处的距离为10-500微米。
7.根据权利要求1所述的用于钎焊的基板，其中，所述纳米颗粒层的厚度为0.1-5微米，孔隙率为5-90体％，纳米颗粒层中纳米颗粒的直径小于1000纳米。
8.根据权利要求1所述的用于钎焊的基板，其中，所述基板本体的材料和纳米颗粒的材料各自独立地为金属材料、半导体材料、陶瓷材料或陶瓷基复合材料。
9.一种用于钎焊的基板的制备方法，该制备方法包括：
在基板本体的至少一部分表面上形成凹槽，所述凹槽的最大深度和最大宽度均小于1000微米；和
在基板本体的形成有所述凹槽的表面区域沉积纳米颗粒层，得到用于钎焊的基板。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述凹槽的最大深度为5-200微米，最大宽度为10-200微米。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述凹槽的长度大于1毫米。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其中，沿垂直于凹槽长度的方向，所述凹槽的轮廓为选自弧形、“凵”形、“V”形和“U”形中的至少一种。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其中，沿凹槽长度的方向，所述凹槽形成为相互平行和/或相互交叉的多条。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其中，相互交叉的凹槽的夹角为60-90°，相邻两条平行的凹槽最深处的距离为10-500微米。
15.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述纳米颗粒层的厚度为0.1-5微米，孔隙率为5-90体％，纳米颗粒层中纳米颗粒的直径小于1000纳米。
16.根据权利要求9所述的制备方法，其中，采用选自机械加工、激光加工、电解、化学刻蚀、光刻、压印和3D打印中的至少一种方式在基板本体的表面形成所述凹槽；其中，所述基板本体的表面粗糙度小于5微米。
17.根据权利要求9或16所述的制备方法，该方法还包括：在基板本体的表面形成所述凹槽之后进行清洗杂质；其中，所述杂质包括颗粒物。
18.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述沉积纳米颗粒层的方式为选自激光沉积、磁控溅射、匀胶法、物理气相沉积和化学气相沉积中的至少一种。
19.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述基板本体的材料和纳米颗粒的材料各自独立地为金属材料、半导体材料、陶瓷材料或陶瓷基复合材料。
20.一种采用权利要求1-8中任意一项所述的用于钎焊的基板进行钎焊的方法，该方法包括：在所述用于钎焊的基板的沉积有纳米颗粒层的表面区域施用钎料并进行钎焊。
21.根据权利要求20所述的钎焊的方法，其中，所述钎焊的条件包括：
所述钎焊的温度为150-450℃，钎料为选自锡铅合金、锡锌合金、铅铋合金、镉锌合金、锡银合金、锡铜合金、锡铅银合金、锡铅铋合金、锡铅铜合金和锌铝铜合金中的至少一种；或者
所述钎焊的温度为650-1150℃，钎料为选自铜银合金、铜银钛合金、铜铟钛合金、金银铜合金和镍铋硼合金中的至少一种。
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