一种覆铜陶瓷及其制备方法技术

为克服现有氮化铝陶瓷覆铜技术中存在陶瓷层和铜层结合不致密，界面处存在小气泡，容易鼓包，结合强度比较低的问题，本发明专利技术提供了一种覆铜陶瓷及其制备方法覆铜陶瓷制备方法，包括以下操作步骤：在氮化铝陶瓷表面形成氧化铝膜；在所述氧化铝膜表面形成改性层；其中，所述改性层中包括改性颗粒，所述改性颗粒包括玻璃粉；在所述改性层表面形成铜层，通过热处理使铜层、改性层与氮化铝陶瓷结合一体。本发明专利技术还提供了由上述方法制备得到的覆铜陶瓷。本发明专利技术在氮化铝陶瓷表面形成一层含有玻璃粉的表面改性层，使其在DBC工艺过程中抑制小气泡及鼓包等现象产生，增加铜层和氮化铝陶瓷之间的界面结合力。

A copper clad ceramic and its preparation method

In order to overcome the undense bonding of ceramic layer and copper layer in the existing aluminum nitride ceramic coating technology, there are small bubbles at the interface, easy to drum and low bonding strength. The invention provides a copper coated ceramic and the preparation method of copper coated ceramic, including the following operation steps: the surface shape of the aluminum nitride ceramic A modified layer is formed on the surface of the alumina membrane, in which the modified layer includes modified particles, the modified particles include glass powder, a copper layer on the surface of the modified layer, and a combination of the copper layer, the modified layer and the aluminum nitride ceramic by heat treatment. The invention also provides a copper clad ceramic prepared by the above method. A surface modification layer containing glass powder is formed on the surface of the aluminum nitride ceramic to inhibit the phenomenon of small bubbles and drum in the process of DBC, and increase the interfacial bonding force between the copper layer and the aluminum nitride ceramic.

【技术实现步骤摘要】
一种覆铜陶瓷及其制备方法
本专利技术属于陶瓷覆铜
，尤其是一种覆铜陶瓷及其制备方法。
技术介绍
氮化铝陶瓷是一种共价键很强的非氧化合物，AL-N之间又有共价键极强的方向性，是一种化学稳定性很好的陶瓷，在氮化铝陶瓷的表面覆铜以形成的氮化铝陶瓷覆铜板是大功率电子器件高集成模块制作中的基础关键材料。现有的氮化铝陶瓷覆铜板是利用DBC技术(直接覆铜技术)实现压延铜片与氮化铝陶瓷基片的直接覆接，由于氮化铝基片与铜氧共晶不润湿，因此需要对氮化铝陶瓷基片做表面改性处理来改善其与铜氧共晶的润湿性，实现氮化铝陶瓷基片的直接覆铜。现有技术主要采用对氮化铝陶瓷基片做氧化处理，在表面形成一层氧化铝薄膜，利用氧化铝与铜氧共晶的润湿性来实现氮化铝陶瓷基片的直接覆铜。现有技术制作的氮化铝陶瓷覆铜板存在陶瓷层和铜层结合不致密，界面处存在小气泡，容易鼓包，结合强度比较低等缺点。以上缺点主要是由于：氮化铝陶瓷基片氧化形成的表面氧化铝薄膜不致密，而DBC(直接覆铜)工艺过程中所使用的铜箔是经过表面氧化处理的，表面有一层氧化亚铜薄膜，在覆铜工艺过程中接触层铜和氧化亚铜会形成液相，从疏松的氧化膜渗透与氮化铝接触，反应并释放出氮气，气体无法排出，在陶瓷层和铜层之间产生小气泡和鼓包现象，进一步导致铜层和陶瓷层接触面积变小，从而降低了铜层和陶瓷层的结合强度。
技术实现思路
针对现有氮化铝陶瓷覆铜技术中存在陶瓷层和铜层结合不致密，界面处存在小气泡，容易鼓包，结合强度比较低的问题，本专利技术提供一种覆铜陶瓷及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：提供一种覆铜陶瓷，包括有氮化铝陶瓷、改性层和铜层；所述氮化铝陶瓷的表面形成有氧化铝膜；所述改性层中包括改性颗粒，所述改性颗粒包括玻璃粉，所述改性层位于所述氧化铝膜和铜层之间；所述改性层部分渗入所述氧化铝膜内形成莫来石相。进一步的，所述氮化铝陶瓷为片状材料，厚度为0.3～2mm。进一步的，所述玻璃粉包括硅氧化物和硅酸盐中的一种或多种。进一步的，所述改性颗粒还包括氧化铝，所述玻璃粉与氧化铝的重量组分比为：30～70：1～60。进一步的，所述改性颗粒还包括氧化亚铜和铜粉，所述玻璃粉、氧化亚铜和铜粉的重量组分比为：30～70：1～30：1～30。进一步的，所述改性颗粒还包括氧化锆和二氧化锰，所述玻璃粉、氧化锆和二氧化锰的重量组分比为：30～70：1～20：1～20。进一步的，所述铜层的厚度为0.1mm～1mm。进一步的，所述铜层与所述改性层接触的一面上形成有氧化亚铜膜，所述改性层部分渗入所述氧化亚铜膜中。上述覆铜陶瓷的制备方法，包括以下操作步骤：在氮化铝陶瓷表面形成氧化铝膜；在所述氧化铝膜表面形成改性层；其中，所述改性层中包括改性颗粒，所述改性颗粒包括玻璃粉；在所述改性层表面形成铜层，通过热处理使铜层、改性层与氮化铝陶瓷结合一体。进一步的，通过热氧化工艺在所述氮化铝陶瓷的表面形成氧化铝膜。进一步的，所述热氧化工艺具体包括：将氮化铝陶瓷放置于氧分压为0.01atm～0.5atm的流动气氛中，以2℃/min～20℃/min的升温速率升温至800℃～1300℃，保温10min～300min，然后降温至室温。进一步的，“在所述氧化铝膜表面形成改性层”包括：在氧化铝膜上覆盖包含有所述改性颗粒的改性浆料，烘烤使改性浆料干燥，在所述氧化铝膜表面形成改性层。进一步的，“在所述氧化铝膜表面形成改性层”包括：在氧化铝膜上覆盖包含有所述改性颗粒的改性浆料，烘烤使改性浆料干燥；将上述处理后的氮化铝陶瓷置于氧分压为0.001atm～0.5atm的流动气氛环境中，以2℃/min～20℃/min的升温速率升温至1000℃～1500℃，然后保温10min～300min，进而在所述氧化铝膜表面形成改性层。进一步的，所述改性浆料包括如下重量组分：改性颗粒40～60份，松油醇：40～60份，乙基纤维素：1～4份，邻苯二甲酸二丁酯：3～6份和流平剂：0.2～0.5份。进一步的，所述改性浆料通过丝网印制印刷于所述氮化铝陶瓷的氧化铝膜表面，改性浆料的印刷厚度为0.5μm～50μm。进一步的，“在所述改性层表面形成铜层”包括：对铜片进行预氧化，在铜片与改性层接触的表面形成氧化亚铜膜；将预氧化后的铜片覆盖在所述改性层上；将经过上述处理后的氮化铝陶瓷置于氧分压为0～100ppm的保护气氛中，升温至1065℃～1083℃，然后保温10min～180min，以使铜层、改性层与氮化铝陶瓷结合一体。根据本专利技术提供的覆铜陶瓷及其制备方法，玻璃粉在热处理过程中会形成液相，会和氧化铝膜在高温下结合形成莫来石相，因此液态玻璃相会与氮化铝陶瓷基片表面的疏松氧化铝形成润湿，通过毛细作用，渗透入孔隙中，使表面氧化层致密化，在DBC(直接覆铜)工艺过程中抑制氧化亚铜-铜液相渗入与氮化铝反应放气，从而减少小气泡及鼓包的产生；同时，液态玻璃相与铜层之间具有较好的结合能力，液态玻璃相在中间也会形成物理结合，起到焊料的作用。综上，该技术方案减少了气泡、鼓包，增加了氮化铝陶瓷与铜层之间的结合强度。附图说明图1是本专利技术实施例1中铜层剥离后表面形貌的电子显微镜照片；图2是本专利技术实施例2中铜层剥离后表面形貌的电子显微镜照片；图3是本专利技术实施例3中铜层剥离后表面形貌的电子显微镜照片；图4是本专利技术实施例4中铜层剥离后表面形貌的电子显微镜照片；图5是本专利技术实施例5中铜层剥离后表面形貌的电子显微镜照片；图6是本专利技术对比例1中铜层剥离后表面形貌的电子显微镜照片。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的优选实施例中，公开了一种覆铜陶瓷，包括有氮化铝陶瓷、改性层和铜层；所述氮化铝陶瓷的表面形成有氧化铝膜；所述改性层中包括改性颗粒，所述改性颗粒包括玻璃粉，所述改性层位于所述氧化铝膜和铜层之间；所述改性层部分渗入所述氧化铝膜内形成莫来石相。在本实施例中，所述氮化铝陶瓷为片状材料，厚度为0.3～2mm。所述玻璃粉包括硅氧化物和硅酸盐中的一种或多种，所述硅氧化物可以是二氧化硅或一氧化硅，优选为二氧化硅；所述硅酸盐可选择硅酸钠、硅酸铝、硅酸钙、硅酸钾、石棉、长石中的一种或多种；其主要原理是通过二氧化硅与氧化铝之间在高温下反应形成莫来石相，使得氮化铝陶瓷表面的氧化铝膜致密化，以阻止铜层与渗入与氮化铝反应产生气体，故所述玻璃粉可选择包含二氧化硅或在一定条件下(如高温)生成二氧化硅的物质。作为本专利技术优选的实施例，所述改性颗粒还包括氧化铝，所述玻璃粉与氧化铝的重量组分比为：玻璃粉：氧化铝＝30～70：1～60。在改性层中加入氧化铝的作用主要是对氮化铝陶瓷表面的氧化铝进行补充，从而提高玻璃粉和氧化铝之间的反应速率，提高反应效果，另一方面，在高温下，铜层形成的铜液相与改性层中的氧化铝共晶，具有较好的润湿性，从而形成渗透，使得铜层和改性层之间的结合强度得到提高。作为本专利技术优选的实施例，为了进一步提高铜层和改性层之间的结合强度，所述改性颗粒还包括氧化亚铜和铜粉，所述玻璃粉、氧化亚铜和铜粉的重量组分比为：玻璃粉：氧化亚铜：铜粉＝30～70：1～30：1～30。在改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种覆铜陶瓷，其特征在于，包括有氮化铝陶瓷、改性层和铜层；所述氮化铝陶瓷的表面形成有氧化铝膜；所述改性层中包括改性颗粒，所述改性颗粒包括玻璃粉，所述改性层位于所述氧化铝膜和铜层之间；所述改性层部分渗入所述氧化铝膜内形成莫来石相。

【技术特征摘要】
1.一种覆铜陶瓷，其特征在于，包括有氮化铝陶瓷、改性层和铜层；所述氮化铝陶瓷的表面形成有氧化铝膜；所述改性层中包括改性颗粒，所述改性颗粒包括玻璃粉，所述改性层位于所述氧化铝膜和铜层之间；所述改性层部分渗入所述氧化铝膜内形成莫来石相。2.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷，其特征在于，所述氮化铝陶瓷为片状材料，厚度为0.3～2mm。3.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷，其特征在于，所述玻璃粉包括硅氧化物和硅酸盐中的一种或多种。4.根据权利要求1或3所述的覆铜陶瓷，其特征在于，所述改性颗粒还包括氧化铝，所述玻璃粉与氧化铝的重量组分比为：30～70：1～60。5.根据权利要求1或3所述的覆铜陶瓷，其特征在于，所述改性颗粒还包括氧化亚铜和铜粉，所述玻璃粉、氧化亚铜和铜粉的重量组分比为：30～70：1～30：1～30。6.根据权利要求1或3所述的覆铜陶瓷，其特征在于，所述改性颗粒还包括氧化锆和二氧化锰，所述玻璃粉、氧化锆和二氧化锰的重量组分比为：30～70：1～20：1～20。7.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷，其特征在于，所述铜层的厚度为0.1mm～1mm。8.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷，其特征在于，所述铜层与所述改性层接触的一面上形成有氧化亚铜膜，所述改性层部分渗入所述氧化亚铜膜中。9.如权利要求1～8中任意一项所述覆铜陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：在氮化铝陶瓷表面形成氧化铝膜；在所述氧化铝膜表面形成改性层；其中，所述改性层中包括改性颗粒，所述改性颗粒包括玻璃粉；在所述改性层表面形成铜层，通过热处理使铜层、改性层与氮化铝陶瓷结合一体。10.根据权利要求9所述的覆铜陶瓷制备方法，其特征在于，通过热氧化工艺在所述氮化铝陶瓷的表面形成氧化铝膜。11.根据权利要求10所述的覆铜陶瓷制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵长健，林信平，徐强，刘成臣，宋山青，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44