[发明专利]一种氧化铝陶瓷覆铜板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属陶瓷金属化领域，涉及一种陶瓷覆铜板的制备方法及其产品，尤其涉及一种氧化铝陶瓷覆铜板的制备方法及其氧化铝陶瓷覆铜板。

背景技术

随着电力电子技术的发展，新型电力电子器件的封装方向采用模块化，而其中导热的陶瓷覆铜板是关键材料。而陶瓷(AlN或Al₂O₃)覆铜板的生产常采用直接覆铜法DBC(Direct Bonding Copper)工艺，该工艺是利用Cu和Cu₂O在1064℃-1083℃之间产生Cu-Cu₂O共晶液相作为铜板和陶瓷板之间的粘接剂将二者覆接在一起。覆接后的陶瓷覆铜板的剥离强度达到60N/cm以上，并具有良好的导热性、耐冷热冲击性、较高的使用温度等优点，适用于各种功率模块中的芯片衬底。

陶瓷覆铜板的生产主要有原材料清洗、铜片预氧化、叠加烧结等工序，其中最复杂的便是铜片预氧化工序，传统的工艺要求铜片需要在800℃-1050℃且氧分压控制在100-200ppm的范围内保温10-30min的时间，才能达到较好的氧化效果，该工序对于设备的要求很高，尤其是氧含量，稍有偏差便无法获得较好的氧化效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的制备氧化铝陶瓷覆铜板的方法工艺复杂、对设备要求高、工艺条件不易控制的缺陷，从而提供一种工艺简单、对设备要求低、工艺条件容易控制的陶瓷覆铜板的制备方法及其氧化铝陶瓷覆铜板。

本发明提供一种氧化铝陶瓷覆铜板的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、在铜板的一表面形成氧化铜层；

S2、将铜板的氧化铜层与氧化铝陶瓷板叠加，形成叠合体；

S3、将叠合体在惰性气氛下加热到1000℃-1064℃热处理，使氧化铜还原为氧化亚铜，形成陶瓷覆铜板前躯体；

S4、将陶瓷覆铜板前躯体进行烧结，制的氧化铝陶瓷覆铜板。

本发明还提供了一种氧化铝陶瓷覆铜板，所述氧化铝陶瓷覆铜板为本发明所述的方法制备。

本发明的制备方法可以用常用的方法在铜片表面形成一层氧化铜层，温度低且对含氧量没有特别的限制，只要在空气环境中即可。工艺简单且对设备的要求低并且金额以减少能源损耗。

具体实施方式

根据本发明所提供的制备方法，所述在铜板表面形成氧化铜层的方法是将铜板在空气中加热到200℃-300℃进行氧化；所述氧化时间没有特别的限制，只要能在铜板表面形成一层致密的氧化铜膜层即可，为了使铜板能够很好的与陶瓷结合，优选地，所述氧化时间为5-120min。此种方法是本领域技术人员所公知的制备氧化铜的方法，该方法简单且温度要求低，对氧气的含量没有特别的限制，在空气环境中即可完成。

根据本发明所提供的制备方法，为了只在铜片的一表面形成氧化铜层，在铜片入炉前，在其下面垫一块平整的玻璃板或陶瓷板即可保证其背面基本不氧化。

根据本发明所提供的制备方法，所述氧化铜的厚度没有特别的限制，为了使铜板能够很好的与氧化铝陶瓷结合，优选地，所述氧化铜层的厚度为1-30微米。如果氧化铜层的厚度太薄，则不能形成足够的Cu₂O-Cu共晶液相以润湿氧化铝陶瓷板表面，如果氧化铜层的厚度太厚则会导致后期CuO在转变成Cu₂O的转变不充分，如转变后有CuO存在，则会增加氧化铝陶瓷覆铜板的界面气孔率。

所述铜片和氧化铝陶瓷板的厚度没有特别限制，根据实际使用情况，所述铜片的厚度为150-300μm，所述氧化铝陶瓷板的厚度为300-1000μm。

根据本发明所提供的制备方法，所述热处理的温度为1000℃-1064℃，氧化铜在1000℃以上会发生如下的分解反应4CuO→2Cu₂O+O₂。所述热处理的时间没有特别的限制，只要能使氧化铜全部还原为氧化亚铜即可，为了使氧化铜完全还原为氧化亚铜且节约能源，优选地，所述热处理的时间为5-60min。