氮化铝覆铜陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种氮化铝覆铜陶瓷及其制备方法和应用。氮化铝覆铜陶瓷的制备方法主要通过分别对铜基材和氮化铝基材进行预氧化处理，以在铜基材的贴合面形成含氧铜层，在氮化铝基材的贴合面形成氧化铝层。然后将铜基材和氮化铝基材层叠放置，使含氧铜层和氧化铝层直接接触，制备预成品，再将预成品在无氧氛围下进行烧结处理。在该制备方法中，将含氧铜层和氧化铝层直接接触并在无氧氛围下进行烧结处理，可以得到结合力良好的氮化铝覆铜陶瓷，在保持氮化铝覆铜陶瓷具有良好性能的基础上，不需要引入活性金属，简化了氮化铝覆铜陶瓷加工流程。简化了氮化铝覆铜陶瓷加工流程。简化了氮化铝覆铜陶瓷加工流程。

【技术实现步骤摘要】
氮化铝覆铜陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料
，尤其是涉及一种氮化铝覆铜陶瓷及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]陶瓷覆铜板是电力电子领域功率模块封装的关键基础材料之一，常见的陶瓷基材有氧化铝和氮化铝等。目前，氧化铝覆铜陶瓷的研发已经较为成熟，其具有较好的综合性能，在价格成本、强度、硬度、耐冲击以及耐化学稳定方面表现良好，广泛应用于低功率电子封装模块中。但是，由于氧化铝覆铜陶瓷的导热率较低、热膨胀系数与硅材料的匹配性较差，这样制约了其在高功率模块，比如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)中的应用。
[0003]与氧化铝相比，氮化铝具有更高的热导率，更低的介电常数，介质损耗少，更加适用于高功率、大电流的工作环境。因此，氮化铝覆铜陶瓷的应用对于覆铜陶瓷产品的拓展具有重要意义。在制备氮化铝覆铜陶瓷时，传统的方法往往是通过添加活性金属钎料来促进铜与氮化铝之间的结合，这一方法虽然能够使氮化铝覆铜陶瓷具有较好的结合力，但是活性金属的引入容易对铜的导电性能带来不利影响，进而降低氮化铝覆铜陶瓷的导电性能。同时，活性金属的引入也使制备工艺变得更加复杂，使得氮化铝覆铜陶瓷的制备成本难以降低。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种在保持氮化铝覆铜陶瓷良好性能的基础上，无需引入活性金属、简化加工流程的氮化铝覆铜陶瓷的制备方法，以及氮化铝覆铜陶瓷和应用。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术一实施例的技术方案为：
[0006]一种氮化铝覆铜陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
[0007]分别对铜基材和氮化铝基材进行预氧化处理，以分别在所述铜基材的贴合面形成含氧铜层，在所述氮化铝基材的贴合面形成氧化铝层；
[0008]将预氧化处理之后的铜基材和氮化铝基材层叠放置，使所述含氧铜层和所述氧化铝层直接接触，制备预成品；
[0009]将所述预成品在无氧氛围下进行烧结处理。
[0010]在其中一个实施例中，对铜基材进行预氧化处理包括如下步骤：对所述铜基材进行电镀处理。
[0011]在其中一个实施例中，所述电镀处理使用的电镀液包括硫酸铜、乳酸和水。
[0012]在其中一个实施例中，所述电镀处理时，调节所述电镀液的pH值为9～11。
[0013]在其中一个实施例中，所述电镀处理的电流为2mA～5mA。
[0014]在其中一个实施例中，所述电镀处理的时间为15min～30min。
[0015]在其中一个实施例中，对氮化铝基材进行预氧化处理包括如下步骤：将所述氮化铝基材在含氧氛围下进行加热处理。
[0016]在其中一个实施例中，所述含氧氛围为空气氛围。
[0017]在其中一个实施例中，所述加热处理的温度为1200℃～1300℃。
[0018]在其中一个实施例中，所述加热处理的时间为30min～120min。
[0019]在其中一个实施例中，所述烧结处理的保温温度为1000℃～1100℃。
[0020]在其中一个实施例中，所述烧结处理的保温时间为5min～60min。
[0021]在其中一个实施例中，所述烧结处理包括如下步骤：将所述预成品由初始温度以8℃/min～12℃/min的升温速率升温至保温温度。
[0022]一种氮化铝覆铜陶瓷，包括铜基材、氮化铝基材以及贴合层；所述贴合层位于所述铜基材与所述氮化铝之间；所述贴合层由含氧铜层与氧化铝层复合形成。
[0023]一种晶体管，包括上述任一实施例中所述的制备方法制备得到的氮化铝覆铜陶瓷；或者包括上述氮化铝覆铜陶瓷。
[0024]上述氮化铝覆铜陶瓷的制备方法主要通过分别对铜基材和氮化铝基材进行预氧化处理，以在铜基材的贴合面形成含氧铜层，在氮化铝基材的贴合面形成氧化铝层。然后将铜基材和氮化铝基材层叠放置，使含氧铜层和氧化铝层直接接触，制备预成品，再将预成品在无氧氛围下进行烧结处理。在上述制备方法中，将含氧铜层和氧化铝层直接接触并在无氧氛围下进行烧结处理，可以得到结合力良好的氮化铝覆铜陶瓷，在保持氮化铝覆铜陶瓷具有良好性能的基础上，不需要引入活性金属，简化了氮化铝覆铜陶瓷加工流程。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1中铜基材的贴合面形成的含氧铜层的形貌图
[0026]图2为本专利技术实施例1中形成含氧铜层之后的铜基材的截面形貌图；
[0027]图3为本专利技术实施例2中铜基材的贴合面形成的含氧铜层的形貌图
[0028]图4为本专利技术实施例2中形成含氧铜层之后的铜基材的截面形貌图；
[0029]图5为本专利技术实施例1中氮化铝覆铜陶瓷的实物图；
[0030]图6为本专利技术实施例1中氮化铝覆铜陶瓷的铜基材的表面图；
[0031]图7为本专利技术实施例1中氮化铝覆铜陶瓷的氮化铝基材的表面图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0034]本专利技术一实施例提供了一种氮化铝覆铜陶瓷的制备方法。该氮化铝覆铜陶瓷的制备方法包括如下步骤：分别对铜基材和氮化铝基材进行预氧化处理，以分别在铜基材的贴合面形成含氧铜层，在氮化铝基材的贴合面形成氧化铝层；将预氧化处理之后的铜基材和
氮化铝基材层叠放置，使含氧铜层和氧化铝层直接接触，制备预成品；将预成品在无氧氛围下进行烧结处理。在本实施例的制备方法中，将含氧铜层和氧化铝层直接接触并在无氧氛围下进行烧结处理，可以得到结合力良好的氮化铝覆铜陶瓷，在保持氮化铝覆铜陶瓷具有良好性能的基础上，不需要引入活性金属，简化了氮化铝覆铜陶瓷加工流程。
[0035]可以理解的是，在本实施例中，铜基材的贴合面表示铜基材的与氮化铝基材相贴合的表面，氮化铝基材的贴合面表示氮化铝基材的与铜基材相贴合的表面。
[0036]在一个具体的示例中，当铜基材为铜箔，氮化铝基材为氮化铝陶瓷板时，铜箔具有相对设置的两个表面，氮化铝陶瓷板具有相对设置的两个表面。此时，在制备氮化铝覆铜陶瓷时，将铜箔与氮化铝陶瓷板相贴合。其中，铜箔的与氮化铝陶瓷板相贴合的表面表示为铜箔的贴合面，氮化铝陶瓷板的与铜箔相贴合的表面表示为氮化铝陶瓷板的贴合面。进而，在制备氮化铝覆铜陶瓷时，对铜箔进行预氧化处理，以在铜箔的贴合面形成含氧铜层；对氮化铝陶瓷板进行预氧化处理，以在氮化铝陶瓷板的贴合面形成氧化铝层；然后将预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝覆铜陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：分别对铜基材和氮化铝基材进行预氧化处理，以分别在所述铜基材的贴合面形成含氧铜层，在所述氮化铝基材的贴合面形成氧化铝层；将预氧化处理之后的铜基材和氮化铝基材层叠放置，使所述含氧铜层和所述氧化铝层直接接触，制备预成品；将所述预成品在无氧氛围下进行烧结处理。2.根据权利要求1所述的氮化铝覆铜陶瓷的制备方法，其特征在于，对铜基材进行预氧化处理包括如下步骤：对所述铜基材进行电镀处理。3.根据权利要求2所述的氮化铝覆铜陶瓷的制备方法，其特征在于，所述电镀处理使用的电镀液包括硫酸铜、乳酸和水。4.根据权利要求3所述的氮化铝覆铜陶瓷的制备方法，其特征在于，所述电镀处理时，调节所述电镀液的pH值为9～11；和/或，所述电镀处理的电流为2mA～5mA；和/或，所述电镀处理的时间为15min～30min。5.根据权利要求1所述的氮化铝覆铜陶瓷的制备方法，其特征在于，对氮化铝基材进行预氧化处理包括如下步骤：将所述氮化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋意，李亮，李广海，王绍天，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：