專利名稱：一種氮化鋁覆銅膜前體及其制備方法、氮化鋁覆銅膜及其制備方法
一種氮化鋁覆銅膜前體及其制備方法、氮化鋁覆銅膜及其
制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鋁覆銅膜前體及其方法、氮化鋁覆銅膜及其制備方法，尤其 是用于導(dǎo)電散熱部件的氮化鋁覆銅膜前體及其方法和氮化鋁覆銅膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
長期以來，絕大多數(shù)功率混合集成電路的陶瓷封裝材料一直沿用氧化鋁(A1203) 和氧化鈹(BeO)陶瓷，但由于性能、環(huán)保、成本等因素逐漸顯露出已不能完全適合功率電子 器件發(fā)展的需要；并且，大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)熱功率密度相比以往大大提高，熱控問 題已成為該類器件、模塊設(shè)計和制造上必需解決的技術(shù)關(guān)鍵，而氧化鋁(A1203)和氧化鈹 (BeO)陶瓷并不能滿足要求。高性能熱管理材料的采用，是熱控目標實現(xiàn)的重要手段。因 此，一種綜合性能優(yōu)越的新型電子陶瓷-氮化鋁(A1N)陶瓷，無疑將成為傳統(tǒng)氧化鋁(A1203) 和氧化鈹(BeO)封裝以及基板的替代材料。A1N陶瓷具有導(dǎo)熱性能優(yōu)越(單晶體理論導(dǎo)熱系數(shù)達到320W/m. K)，約為A1203的 10倍；熱膨脹系數(shù)為4. 3 X 10_6°C 1 (r. t = 400°C )，與硅(Si)、鍺(Ge)等半導(dǎo)體材料接近， 電學(xué)性能及機械性能與氧化鋁(A1203)陶瓷相近等特點，是理想的電子封裝材料。A1N陶瓷 在上述領(lǐng)域的應(yīng)用中，通常需要將陶瓷表面進行金屬化。A1N覆Cu基板既具有A1N陶瓷的高導(dǎo)熱性，又具有Cu箔的高導(dǎo)電性，在微電子工 業(yè)中已部分取代了 A1203覆Cu基板應(yīng)用于大功率器件中。但是由于A1N與Cu之間的界面 潤濕性差，接合強度低，并且A1N與Cu的熱膨脹系數(shù)相差較大，由此產(chǎn)生的巨大熱應(yīng)力而 使得AIN-Cu的接合難以實現(xiàn)。目前國內(nèi)外的A1N覆Cu基板均是采用直接敷銅法(Direct Bonded Copper method，簡稱DBC)進行生產(chǎn)，其利用Cu在微氧氣氛下生成熔點低于純Cu 熔點的Cu-0液相，此液相能很好的潤濕A1N及Cu板表面，從而實現(xiàn)A1N陶瓷基片與Cu板 的穩(wěn)固接合。A1N陶瓷覆銅膜的DBC法燒結(jié)溫度比較高，在高溫下會發(fā)生如下反應(yīng)CU20+A1N — CUA102+N2 個會在A1N與銅板的界面上生成N2，使界面產(chǎn)生大量氣泡，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)界面鼓泡問 題，泡的直徑為1 P m-7mm不等，從而使金屬化結(jié)合強度及導(dǎo)熱性大幅度降低，嚴重時甚至 導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的氮化鋁覆銅膜極易出現(xiàn)鼓泡的問題，本發(fā)明提供了一種氮 化鋁覆銅膜前體，采用該氮化鋁覆銅膜前體制備的氮化鋁覆銅膜的導(dǎo)熱性好，銅箔與氮化 鋁基材結(jié)合強度高。本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜前體，包括氮化鋁基材及位于氮化鋁基材上的粘結(jié) 層，所述粘結(jié)層含有主料和燒結(jié)助劑，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化鋁；燒結(jié)助 劑含有氧化亞銅。
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上述氮化鋁覆銅膜前體的制備方法，包括a、采用粘結(jié)劑在氮化鋁基材表面形成預(yù)燒層，所述粘結(jié)劑中含有主料和燒結(jié)助 劑，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化鋁；燒結(jié)助劑含有氧化亞銅；b、將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材在真空環(huán)境下進行熱處理，預(yù)燒層轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)層。根據(jù)實際工業(yè)應(yīng)用，本發(fā)明還公開了一種氮化鋁覆銅膜，包括氮化鋁覆銅膜前體 及位于氮化鋁覆銅膜前體上的銅箔，氮化鋁覆銅膜前體為上述氮化鋁覆銅膜前體；銅箔與 氮化鋁覆銅膜前體上的粘結(jié)層相接觸。本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜的制備方法包括c、將銅箔表面進行預(yù)氧化，形成預(yù)氧化面；d、將銅箔與氮化鋁覆銅膜前體在惰性氣氛中進行熔接處理，其中氮化鋁覆銅膜前 體為上述氮化鋁覆銅膜前體，熔接時銅箔的預(yù)氧化面與氮化鋁覆銅膜前體的粘結(jié)層接觸。通過本發(fā)明提供的氮化鋁覆銅膜前體制備的氮化鋁覆銅膜的導(dǎo)熱性能得到了明 顯提高，并且氮化鋁基材與銅箔的結(jié)合強度大，產(chǎn)品質(zhì)量高。

圖1為本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標記1、氮化鋁基材；2、粘結(jié)層；3、銅箔。
具體實施方式為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜前體，包括氮化鋁基材及位于氮化鋁基材上的粘結(jié) 層，粘結(jié)層含有主料和燒結(jié)助劑，其中，主料含有二氧化硅和/或氧化鋁；燒結(jié)助劑含有氧 化亞銅。本發(fā)明中采用的氮化鋁基材為本領(lǐng)域常用的氮化鋁陶瓷基材，可通過商購得到， 如福建華清電子材料科技有限公司生產(chǎn)的氮化鋁陶瓷。根據(jù)本發(fā)明，上述粘結(jié)層厚度為1-5 ym，優(yōu)先為1-2 ym。當粘結(jié)層厚度在上述范 圍內(nèi)時，能保證良好的抗拉強度，并且具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性能。根據(jù)實際使用情況，氮化鋁基 材的厚度可以為300-1000 u m。在上述粘結(jié)層中，以粘結(jié)層總重量為基準，主料含量為50_90wt%，燒結(jié)助劑含量 為10-50wt%，優(yōu)選情況下，主料含量為70-80wt%，燒結(jié)助劑含量為20-30wt%。本發(fā)明公開的上述氮化鋁覆銅膜前體的制備方法包括a、采用粘結(jié)劑在氮化鋁基材表面形成預(yù)燒層，粘結(jié)劑中含有主料和燒結(jié)助劑，其 中，主料含有二氧化硅和/或氧化鋁，燒結(jié)助劑含有氧化亞銅；b、將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材在真空環(huán)境下進行熱處理，預(yù)燒層轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)層。上述步驟a中，形成預(yù)燒層的方法可以有多種，本發(fā)明中所采用的方法為將粘結(jié) 劑采用物理氣相沉積的方法形成到氮化鋁基材表面，得到所述預(yù)燒層。
其中，粘結(jié)劑中含有主料和燒結(jié)助劑，其中，主料含有二氧化硅和/或氧化鋁，燒 結(jié)助劑含有氧化亞銅。以所述粘結(jié)劑總重量為基準，所述主料含量為50-90wt%，燒結(jié)助劑 含量為10-50wt %。雖然在燒結(jié)熱處理中，含量會有微量變化，但在本發(fā)明中，上述變化不會 帶來實質(zhì)性影響，可以忽略不計。粘結(jié)劑中的主料和燒結(jié)助劑可選用粉末狀物質(zhì)。粘結(jié)劑可通過將主料與燒結(jié)助劑 混合得到，主料與燒結(jié)助劑的含量落在上述范圍內(nèi)即可。上述物理氣相沉積(PVD)方法本身為現(xiàn)有技術(shù)中的方法，具體可采用磁控濺射離 子鍍或者真空蒸鍍。根據(jù)本發(fā)明，磁控濺射離子鍍可采用磁控濺射離子鍍設(shè)備進行，優(yōu)選采用多 弧_中頻磁控濺射離子鍍設(shè)備(深圳振恒昌實業(yè)有限公司BYD-800型)。該多弧-中頻磁 控濺射離子鍍設(shè)備包括真空室、多弧源、加熱裝置、工件架和磁控靶，待鍍膜的基材放置在 工件架上。磁控靶優(yōu)選為對靶結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要使用一對或幾對磁控靶，每對磁控靶由一 個電源供電，兩個磁控靶各自與電源的一極相連，并與整個真空室絕緣。對靶的兩個磁控靶 之間的距離可以為10-25厘米，優(yōu)選為14-22厘米。工架件可以圍繞真空室的中心軸順時 針或逆時針轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速可以為0. 5-10轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選為2-6轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明中，磁控濺射所采用的電源可以為現(xiàn)有的各種用于磁控濺射離子鍍的電 源，優(yōu)選為中頻電源，中頻電源的頻率一般為10-150千赫，優(yōu)選為10-100千赫。根據(jù)本發(fā)明，在優(yōu)選情況下，磁控濺射條件包括，電源的功率為1-50千瓦范圍內(nèi) 的恒功率、優(yōu)選為5-30千瓦、更優(yōu)選為10-20千瓦，磁控濺射的真空度為0. 1-1. 5、優(yōu)選為 0. 3-1帕，濺射時間為3-15分鐘、優(yōu)選為5-10分鐘，工作氣體為惰性氣體。所述惰性氣體優(yōu) 選為氦氣或氬氣，氦氣或氬氣的純度優(yōu)選為99. 9%以上，更優(yōu)選為99. 99%以上。根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，在優(yōu)選情況下，為了提高膜層與基材的結(jié)合力，所述 鍍膜材料的制備方法還可以包括在進行磁控濺射離子鍍之前對基材進行多弧活化，所述多 弧活化的方法包括，在多弧活化的條件下，用多弧靶上的靶材物質(zhì)轟擊所述基材。根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，所述多弧活化的條件包括，多弧活化的氣氛為惰 性氣體氣氛，真空度為10_2-10_3帕、優(yōu)選為10_3帕，多弧源電流為100-300安培、優(yōu)選為 180-220安培，偏壓為300-600伏、優(yōu)選為400-500伏，占空比為20-70%、優(yōu)選為35-55%, 時間為1-5分鐘、優(yōu)選為2-3分鐘。上述各條件，作為磁控濺射技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，比較容易理解。條件的選擇只需 使磁控濺射后，在氮化鋁基材表面形成1-5 U m厚的粘結(jié)層即可。若采用真空蒸鍍的方法進行，其方法可以為將該氮化鋁基材置于真空離子鍍膜 機(深圳振恒昌生產(chǎn)JIL型真空鍍膜機)中，以真空作為工作環(huán)境，真空度達到10_3帕，偏 壓電源的偏壓為100-300V，偏壓電源的功率為1500-2000W，偏壓電源的占空比為40-70%， 靶材為上述粘結(jié)劑，真空蒸鍍時間為5-20分鐘。上述各條件，作為真空蒸鍍技術(shù)領(lǐng)域的技 術(shù)人員，比較容易理解。條件的選擇只需使真空蒸鍍后，在氮化鋁基材表面形成l-5i!m厚 的粘結(jié)層即可。通過上述方法在氮化鋁基材表面形成預(yù)燒層后，還包括將表面具有預(yù)燒層的氮化 鋁基材在1250-1300°C下燒結(jié)0. 1-lh。從而使預(yù)燒層燒結(jié)后形成的粘結(jié)層更加致密。同時，燒結(jié)助劑也可以含有銅，經(jīng)過上述燒結(jié)處理后，銅即形成氧化亞銅，同樣能得到上述氮化鋁 覆銅膜前體。上述燒結(jié)熱處理可直接在空氣中進行，如將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材放 置于高溫爐中(宜興市前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司，SX2-10-13)加熱，在1250-1300°C下燒結(jié) 0. 1-lh，冷卻至室溫，即可得到上述粘結(jié)層，在上述粘結(jié)層中，以粘結(jié)層總重量為基準，主料 含量為50-90wt%，燒結(jié)助劑含量為10-50wt%，優(yōu)選情況下，主料含量為70-80wt%，燒結(jié) 助劑含量為20-30wt%。由于在燒結(jié)過程中，會發(fā)生各種反應(yīng)，在本發(fā)明中，上述。主料含量 是以主料中含有的硅元素和/或鋁元素按照二氧化硅和/或氧化鋁的形態(tài)存在時計算得到 的含量，燒結(jié)助劑含量是以燒結(jié)助劑中含有的銅元素按照氧化亞銅的形態(tài)存在時計算得到 的含量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的DBC法制備氮化鋁覆銅膜時，直接將分別預(yù)氧化后的氮化鋁 基材和銅箔熔接，由于氮化鋁表面氧化后形成的氧化鋁層位疏松的，熔接時，銅箔預(yù)氧化后 形成的氧化亞銅通過疏松的氧化鋁層，容易與氮化鋁基材發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡。但是，該氣 泡產(chǎn)生后，由于兩側(cè)分別是較厚的氮化鋁基材和銅箔，氣泡無法溢出，從而存在于層與層之 間的界面處，導(dǎo)致抗拉強度和導(dǎo)熱性能的大幅度下降。本發(fā)明中，通過先在氮化鋁基材表面形成預(yù)燒層，然后進行燒結(jié)熱處理，得到粘結(jié) 層。由于該粘結(jié)層中含有二氧化硅和/或氧化鋁以及氧化亞銅，一方面粘結(jié)層能在氮化鋁 基材表面良好的潤濕，形成良好的附著力；另一方面，在燒結(jié)時，即使產(chǎn)生氣泡，也很容易溢 出，不會滯留于各層之間，從而提高了材料的抗拉強度及導(dǎo)熱性能。同時，粘結(jié)層中存在的燒結(jié)助劑，能存在于主料之間，實現(xiàn)良好的填充，提高材料 的導(dǎo)熱率；另一方面，燒結(jié)助劑能與主料中的二氧化硅和/或氧化鋁發(fā)生反應(yīng)，提高相互之 間的結(jié)合強度。另外，由于燒結(jié)助劑的填充作用，在后續(xù)的燒結(jié)熱處理過程中，外界的氧氣很難通 過預(yù)燒層與氮化鋁基材接觸，從而避免了在燒結(jié)熱處理過程中，氮化鋁基材進一步被氧化 為氧化鋁，使其導(dǎo)熱性能下降。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材燒結(jié)的工藝在真空度 不大于10_3Pa的環(huán)境中進行。在真空環(huán)境中進行燒結(jié)熱處理能進一步減少界面氣泡的產(chǎn) 生，提高材料的抗拉強度和導(dǎo)熱性能。本發(fā)明還公開了一種氮化鋁覆銅膜，包括氮化鋁覆銅膜前體及位于氮化鋁覆銅膜 前體上的銅箔，所述氮化鋁覆銅膜前體為上述氮化鋁覆銅膜前體；銅箔與氮化鋁覆銅膜前 體上的粘結(jié)層相接觸。根據(jù)實際使用情況，上述銅箔的厚度為150-300 ym。該氮化鋁覆銅膜的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，從下到上依次為氮化鋁基材、粘結(jié)層和銅 箔。該粘結(jié)層中含有二氧化硅和/或氧化鋁以及氧化亞銅。在前述的氮化鋁覆銅膜前體上，通過各種方法形成銅箔后得到的氮化鋁覆銅膜的 導(dǎo)熱性能和抗拉強度能得到明顯提高。根據(jù)本發(fā)明，上述氮化鋁覆銅膜中，氮化鋁基材厚度為300-1000 u m,銅箔厚度為 150-300 u m ；該氮化鋁覆銅膜的導(dǎo)熱系數(shù)為160-180W/ (m K)，剝離強度為9_10N/mm，抗拉 強度為25-27MPa。發(fā)明熱還發(fā)現(xiàn)，由于該粘結(jié)層厚度可以通過調(diào)整物理氣相沉積的條件來進行控 制，能避免常規(guī)方法中對氮化鋁基材進行氧化時，氧化過度導(dǎo)致該氧化中間層過厚的問題。通常該中間層與氮化鋁基材的熱膨脹系數(shù)存在差別，如果中間層過厚，容易使氮化鋁覆銅 膜耐熱沖擊性能下降，從而影響產(chǎn)品的使用壽命。本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜中，粘結(jié)層的 厚度能實現(xiàn)精確控制，能減少由于熱膨脹系數(shù)的差別所帶來的耐熱沖擊性能下降，提高了 產(chǎn)品的使用壽命。采用本發(fā)明提供的氮化鋁覆銅膜前體制備氮化鋁覆銅膜的方法可以有多種，如可 采用常規(guī)的DBC法進行，也可采用釬焊的方式進行。在本發(fā)明中，公開了一種上述氮化鋁覆 銅膜的制備方法，包括C、將銅箔表面進行預(yù)氧化，形成預(yù)氧化面；d、將銅箔與氮化鋁覆銅膜前體在惰性氣氛中進行熔接處理，其中所述氮化鋁覆銅 膜前體為上述氮化鋁覆銅膜前體，熔接時銅箔的預(yù)氧化面與氮化鋁覆銅膜前體的粘結(jié)層接 觸。上述制備方法中，將銅箔表面進行預(yù)氧化的方法可以為本領(lǐng)域中的各種銅箔表面 預(yù)氧化的方法，如將銅箔置于管式爐中(上海祖發(fā)實業(yè)有限公司，SXJ)加熱，加熱的溫度為 900-1000°C，加熱時間為10-50分鐘，加熱在氧氣含量不大于IOOOppm氮氣氣氛下進行，該 氣體流量沒有太大限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際條件進行調(diào)節(jié)，只要能在銅箔表面形 成氧化亞銅層即可，最后得到表面具有氧化亞銅層的銅箔。該氧化亞銅層即為預(yù)氧化面。根據(jù)本發(fā)明提供的氮化鋁覆銅膜的制備方法，將銅箔與氮化鋁覆銅膜前體進行熔 接的方法可以為本領(lǐng)域常用的DBC法中的熔接方法，如將銅箔的預(yù)氧化面與上述氮化鋁 覆銅膜前體中的粘結(jié)層接觸放置，之后在純氮氣氛下放入氣氛燒結(jié)爐中進行熔接處理，熔 接處理的條件包括溫度為1065-1083°C，時間為5-10分鐘，氮氣(濃度在99. 99%以上)的 流量為200毫升/分鐘，之后將熔接處理得到的產(chǎn)物浸泡在100毫升的硝酸溶液(濃度為 60重量％的硝酸與蒸餾水以1 5的比例混合)中5分鐘，然后去除用去離子水沖洗干凈， 以除去銅箔非結(jié)合面的氧化層。經(jīng)過上述溶解處理，經(jīng)過銅箔的預(yù)氧化面含有氧化亞銅，預(yù)氧化面與粘結(jié)層接觸， 氧化亞銅可與二氧化硅和/或氧化鋁反應(yīng)，實現(xiàn)銅箔與粘結(jié)層的牢固結(jié)合。同時，由于粘結(jié) 層的阻隔，銅箔表面的氧化亞銅不會與氮化鋁基材接觸，避免了熔接過程中氣泡的產(chǎn)生，有 利于提高氮化鋁覆銅膜的抗拉強度和導(dǎo)熱性能。通過上述處理即可得到本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜。該氮化鋁覆銅膜具有良好的 導(dǎo)熱性和抗拉強度。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1本實施例用于說明本發(fā)明提供的氮化鋁覆銅膜前體及其制備方法。1、制備預(yù)燒層取15mmX 15mm的氮化鋁基材(福建華清電子材料科技有限公司生產(chǎn)，厚度為 600 μ m)。以所需的粘結(jié)劑總量為基準，取85重量份二氧化硅與15重量份氧化亞銅粉末，混 合5min得到粘結(jié)劑。將該氮化鋁基材置于真空離子鍍膜機(深圳振恒昌生產(chǎn)JIL型真空鍍膜機)中， 真空度為5 X 10_4帕，偏壓電源的偏壓為250V，偏壓電源的功率為1600W，偏壓電源的占空比為50%，靶材為上述粘結(jié)劑，離子鍍時間為18分鐘。得到2.5μπι厚的預(yù)燒層。2、燒結(jié)熱處理將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材放置于高溫爐中(宜興市前錦爐業(yè)設(shè)備有限公 司，SX2-10-13)加熱，在1260°C下高溫熱處理0. 3h，冷卻至室溫即可。得到氮化鋁覆銅膜前體Si，表面粘結(jié)層厚度為2. 5 μ m。實施例2本實施例用于說明本發(fā)明提供的氮化鋁覆銅膜前體及其制備方法。1、制備預(yù)燒層取15mmX 15mm的氮化鋁基材(福建華清電子材料科技有限公司生產(chǎn)，厚度為 600 μ m)。以所需的粘結(jié)劑總量為基準，取65重量份氧化鋁與35重量份氧化亞銅粉末，混合 5min得到粘結(jié)劑。將該氮化鋁基材置于真空離子鍍膜機(深圳振恒昌生產(chǎn)JIL型真空鍍膜機)中， 真空度為2 X 10_4帕，偏壓電源的偏壓為180V，偏壓電源的功率為1800W，偏壓電源的占空比 為60%，靶材為上述粘結(jié)劑，離子鍍時間為10分鐘。得到1. 5μπι厚的預(yù)燒層。2、燒結(jié)熱處理將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材放置于真空燒結(jié)爐中(沈陽愛發(fā)科中北真空有 限公司，VS-300RP)，在10_3pa、1280°C下燒結(jié)熱處理0. 8h，冷卻至室溫即可。得到氮化鋁覆銅膜前體S2，表面粘結(jié)層厚度為1. 5 μ m。實施例3本實施例用于說明本發(fā)明提供的氮化鋁覆銅膜前體及其制備方法。1、制備預(yù)燒層取15mmX 15mm的氮化鋁基材(福建華清電子材料科技有限公司生產(chǎn)，厚度為 600 μ m)。以所需的粘結(jié)劑總量為基準，取25重量份二氧化硅、50重量份氧化鋁與25重量份 氧化亞銅粉末，混合IOmin得到粘結(jié)劑。將該氮化鋁基材置于真空離子鍍膜機(深圳振恒昌生產(chǎn)JIL型真空鍍膜機)中， 真空度為10_4帕，偏壓電源的偏壓為200V，偏壓電源的功率為1750W，偏壓電源的占空比為 55%，靶材為上述粘結(jié)劑，離子鍍時間為15分鐘。得到1.8μπι厚的預(yù)燒層。2、燒結(jié)熱處理將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材放置于真空燒結(jié)爐中(沈陽愛發(fā)科中北真空有 限公司，VS-300RP)，在5 X 10_4pa、1290°C下燒結(jié)熱處理0. 5h，冷卻至室溫即可。得到氮化鋁覆銅膜前體S3，表面粘結(jié)層厚度為1. 8 μ m。實施例4本實施例用于說明本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜及其制備方法。1、銅箔預(yù)氧化將取280μπι厚的銅箔(上海昂科工業(yè)技術(shù)有限公司，ΑΝΚ，銅片尺寸裁切為 15mmX15mm)置于管式爐中(上海祖發(fā)實業(yè)有限公司，SXJ)加熱，加熱的溫度為960°C，加熱 時間為30分鐘，加熱在氧氣含量為300ppm氮氣氣氛下進行，氣體流量為200毫升/分鐘，得到預(yù)氧化后的銅箔Al。銅箔Al表面經(jīng)過預(yù)氧化形成預(yù)氧化面。2、熔接處理將實施例1制備的氮化鋁覆銅膜前體Sl與上述Al疊放在一起，使Sl的粘結(jié)層與 Al的預(yù)氧化面接觸。之后在純氮氣氛下放入氣氛燒結(jié)爐中進行熔接處理，熔接處理的條件 包括溫度為1075°C，時間為6分鐘，氮氣的流量為40毫升/分鐘，之后將熔接處理得到的產(chǎn) 物浸泡在硝酸溶液(濃度為60重量％的硝酸與蒸餾水以1 5的比例混合)中6分鐘，以 除去銅箔非結(jié)合面的氧化層。得到氮化鋁覆銅膜S4。其中，氮化鋁基材厚度為600 μ m，銅箔厚度為280 μ m。實施例5本實施例用于說明本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜及其制備方法。1、銅箔預(yù)氧化將取280μπι厚的銅箔(上海昂科工業(yè)技術(shù)有限公司，ΑΝΚ，銅片尺寸裁切為 15mmX15mm)置于管式爐中(上海祖發(fā)實業(yè)有限公司，SXJ)加熱，加熱的溫度為970°C，加熱 時間為30分鐘，加熱在氧氣含量為400ppm氮氣氣氛下進行，氣體流量為200毫升/分鐘， 得到預(yù)氧化后的銅箔A2。銅箔A2表面經(jīng)過預(yù)氧化形成預(yù)氧化面。2、熔接處理將實施例2制備的氮化鋁覆銅膜前體S2與上述A2疊放在一起，使S2的粘結(jié)層與 A2的預(yù)氧化面接觸。之后在純氮氣氛下放入燒結(jié)爐中進行熔接處理，熔接處理的條件包括 溫度為1080°C，時間為8分鐘，氮氣的流量為40毫升/分鐘，之后將熔接處理得到的產(chǎn)物浸 泡在硝酸溶液(濃度為60重量％的硝酸與蒸餾水以1 5的比例混合)中5分鐘，然后去 除用去離子水沖洗干凈，以除去銅箔非結(jié)合面的氧化層。得到氮化鋁覆銅膜S5。其中，氮化鋁基材厚度為600 μ m，銅箔厚度為280 μ m。實施例6本實施例用于說明本發(fā)明公開的氮化鋁覆銅膜及其制備方法。1、銅箔預(yù)氧化將取280μπι厚的銅箔(上海昂科工業(yè)技術(shù)有限公司，ΑΝΚ，銅片尺寸裁切為 15mmX15mm)置于管式爐中(上海祖發(fā)實業(yè)有限公司，SXJ)加熱，加熱的溫度為930°C，加 熱時間為20分鐘，加熱在氧氣含量為500ppm氮氣氣氛下進行，氣體流量為50毫升/分鐘， 得到預(yù)氧化后的銅箔A3。銅箔A3表面經(jīng)過預(yù)氧化形成預(yù)氧化面。2、熔接處理將實施例3制備的氮化鋁覆銅膜前體S3與上述A3疊放在一起，使S3的粘結(jié)層與 A3的預(yù)氧化面接觸。之后在純氮氣氛下放入燒結(jié)爐中進行熔接處理，熔接處理的條件包括 溫度為1075°C，時間為7分鐘，氮氣的流量為40毫升/分鐘，之后將熔接處理得到的產(chǎn)物浸 泡在硝酸溶液(濃度為60重量％的硝酸與蒸餾水以1 5的比例混合)中5分鐘，以除去 銅箔非結(jié)合面的氧化層。得到氮化鋁覆銅膜S6。其中，氮化鋁基材厚度為600 μ m，銅箔厚度為280 μ m。對比例1本對比例用于說明現(xiàn)有技術(shù)中的氮化鋁覆銅膜。采用DBC法制備氮化鋁覆銅膜，具體方法為
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(1)將600 μ m厚、尺寸為15 X 15mm的氮化鋁陶瓷基片置于高溫爐中(宜興市前錦 爐業(yè)設(shè)備有限公司，SX2-10-13)加熱，加熱的溫度為1300°C，加熱時間為30分鐘，得到表面
具有三氧化二鋁層的氮化鋁陶瓷基片。(2)將280μπι厚、尺寸為15Χ 15mm的銅箔置于管式爐中(上海祖發(fā)實業(yè)有限公 司，SXJ)加熱，加熱的溫度為1000°c，加熱時間為30分鐘，加熱在含有0.3體積％氧氣的氮 氣氣氛下進行，氣體流量為50毫升/分鐘，得到表面具有氧化亞銅層的銅箔。(3)將步驟(1)得到的表面具有三氧化二鋁層的氮化鋁陶瓷基片的結(jié)合界面和步 驟(2)得到的表面具有氧化亞銅層銅箔的結(jié)合界面結(jié)合在一起，之后在純氮氣氛下放入燒 結(jié)爐中進行熔接處理，熔接處理的條件包括溫度為1075°C，時間為5分鐘，氮氣的流量為40 毫升/分鐘，之后將熔接處理得到的產(chǎn)物浸泡在100毫升的硝酸溶液(濃度為60重量％的 硝酸與蒸餾水以1 5的比例混合)中5分鐘，然后去除用去離子水沖洗干凈，以除去銅箔 非結(jié)合面的氧化層。得到氮化鋁覆銅膜D1。其中，氮化鋁基材厚度為600 μ m，銅箔厚度為280 μ m。性能測試對以上制備的氮化鋁覆銅膜S4-S6和Dl進行如下性能測試1、導(dǎo)熱性能測試導(dǎo)熱性能的測試由上海硅酸鹽研究所測試中心進行測試。測試儀器為上海硅酸鹽 研究所自行研制的“計算機運控的機關(guān)脈沖導(dǎo)熱系數(shù)測定儀”。測試溫度為425°C2、剝離強度測試使用剝離強度測試機(東莞市長安亞星精密儀器有限公司生產(chǎn)的YX-BL-OlA型剝 離強度測試儀)進行測試。對氮化鋁覆銅膜中的銅板進行90° (垂直)方向撕下，測試其 剝離強度。3、抗拉強度測試在樣品上焊接可伐合金柱，然后在拉力試驗機(上海申聯(lián)試驗機廠，LDS-50)上垂 直拉伸，拉伸變形速度為lmm/min，計算拉伸斷裂時最大拉力與受力面積的比值，即得到結(jié) 合強度值。4、熱循環(huán)次數(shù)測試使用冷熱循環(huán)試驗機(慶聲科技股份有限公司生產(chǎn)的KSKB-415TBS型冷熱循環(huán)試 驗機)進行測試。將樣品放入熱沖擊試驗機中，以_20°C保溫2min 150°C保溫2min為一 個循環(huán)進行測試。記錄氮化鋁覆銅膜出現(xiàn)彎曲、列橫、銅膜脫落翹曲現(xiàn)象時的循環(huán)次數(shù)。得到的測試結(jié)果如表1所示。表權(quán)利要求
一種氮化鋁覆銅膜前體，包括氮化鋁基材及位于氮化鋁基材上的粘結(jié)層，所述粘結(jié)層含有主料和燒結(jié)助劑，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化鋁；燒結(jié)助劑含有氧化亞銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋁覆銅膜前體，其中，所述粘結(jié)層厚度為1-2μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氮化鋁覆銅膜前體，其中，以所述粘結(jié)層總重量為基準， 所述主料含量為50-90wt%，燒結(jié)助劑含量為10-50wt%。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化鋁覆銅膜前體的制備方法，包括a、采用粘結(jié)劑在氮化鋁基材表面形成預(yù)燒層，所述粘結(jié)劑中含有主料和燒結(jié)助劑，其 中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化鋁，燒結(jié)助劑含有氧化亞銅；b、將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材在真空環(huán)境下進行熱處理，預(yù)燒層轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其中，所述形成預(yù)燒層的方法為將粘結(jié)劑采用物 理氣相沉積的方法形成到氮化鋁基材表面，得到所述預(yù)燒層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其中，所述形成所述預(yù)燒層的方法為真空蒸鍍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中，所述真空蒸鍍的條件為真空度不大于10_3 帕，電源偏壓為100-300V，電源功率為1500-2000W，電源的占空比為40-70 %，靶材為所述 粘結(jié)劑，真空蒸鍍時間為5-20分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任意一項所述的制備方法，其中，所述粘結(jié)層厚度為1-2μπι。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任意一項所述的制備方法，其中，以所述粘結(jié)劑總重量為基準， 所述主料含量為50-90wt%，燒結(jié)助劑含量為10-50wt%。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任意一項所述的制備方法，其中，步驟b具體為將表面具有 預(yù)燒層的氮化鋁基材在1250-1300°C下燒結(jié)0. 1-lh。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其中，燒結(jié)在真空度不大于ICT3Pa的環(huán)境中進行。
12.—種氮化鋁覆銅膜，包括氮化鋁覆銅膜前體及位于氮化鋁覆銅膜前體上的銅箔，所 述氮化鋁覆銅膜前體為權(quán)利要求1-3中任意一項所述的氮化鋁覆銅膜前體；銅箔與氮化鋁 覆銅膜前體上的粘結(jié)層相接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的氮化鋁覆銅膜，其中，所述氮化鋁覆銅膜中，氮化鋁基材 厚度為300-1000 μ m，銅箔厚度為150-300 μ m;該氮化鋁覆銅膜的導(dǎo)熱系數(shù)為160-180W/ (m · K)，剝離強度為9-10N/mm，抗拉強度為25_27MPa。
14.如權(quán)利要求12所述的氮化鋁覆銅膜的制備方法，包括c、將銅箔表面進行預(yù)氧化，形成預(yù)氧化面；d、將銅箔與氮化鋁覆銅膜前體在惰性氣氛中進行熔接處理，其中所述氮化鋁覆銅膜前 體為權(quán)利要求1-3中任意一項所述的氮化鋁覆銅膜前體，熔接時銅箔的預(yù)氧化面與氮化鋁 覆銅膜前體的粘結(jié)層接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的氮化鋁覆銅膜的制備方法，其中，步驟d中的熔接條件為 熔接溫度為1065-1083°C，熔接時間為5-10min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化鋁覆銅膜前體及其制備方法、氮化鋁覆銅膜及其制備方法。該氮化鋁覆銅膜前體，包括氮化鋁基材及位于氮化鋁基材上的粘結(jié)層，所述粘結(jié)層含有主料和燒結(jié)助劑，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化鋁；燒結(jié)助劑含有氧化亞銅。該氮化鋁覆銅膜前體的制備方法包括a、采用粘結(jié)劑在氮化鋁基材表面形成預(yù)燒層，所述粘結(jié)劑中含有主料和燒結(jié)助劑，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化鋁，燒結(jié)助劑含有氧化亞銅；b、將表面具有預(yù)燒層的氮化鋁基材在真空環(huán)境下進行熱處理，預(yù)燒層轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)層。通過本發(fā)明提供的氮化鋁覆銅膜前體制備的氮化鋁覆銅膜的導(dǎo)熱性能得到了明顯提高，且氮化鋁基材與銅箔的結(jié)合強度大，產(chǎn)品質(zhì)量高。
文檔編號C04B37/02GK101955369SQ20091010878
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者任永鵬, 林信平 申請人:比亞迪股份有限公司