[发明专利]一种氮化铝覆铝基板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化铝覆铝基板及其制备方法，属陶瓷金属化领域。

背景技术

随着电子器件发展，作为传统的功率混合集成电路的封装材料的Al₂O₃和BeO陶瓷，由于自身的性能、环保、成本等因素，已不能满足需要。因此，一种综合性能优越的新型陶瓷-AlN(氮化铝)陶瓷，将成为传统Al₂O₃和BeO陶瓷的替代材料。与Al₂O₃和BeO陶瓷相比，AlN陶瓷不仅具有较高的热导率(理论导热系数达到320W/mK)，良好的电学性能和机械强度，并且他的热膨胀系数与Si、Ge等半导体材料匹配良好，是理想的电力电子封装材料。

然而，由于AlN属于共价键较强的化合物，一般的钎料不能润湿AlN陶瓷的表面。要实现AlN与电子芯片的可靠连接，通常需要将AlN陶瓷进行表面金属化，最常用的AlN金属化方法便是AlN覆铜，但是AlN覆铜板耐冷热冲击性较差的缺点严重制约它的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的氮化铝覆铜基板的耐冷热冲击性较差，从而提供一种耐冷热冲击性好的氮化铝覆铝基板及其制备方法。

本发明提供了一种氮化铝覆铝基板，该基板包括氮化铝陶瓷基片、位于氮化铝陶瓷基片的至少一表面上的铝层，所述氮化铝陶瓷基片与铝层之间依次设置有氧化物改性层和铝硅合金焊片层，所述氧化物改性层中含有Cu₂O，并且还含有以下两组化合物中的至少一组：(1)、CuAlO₂、CuAl₂O₄、Al₂O₃；(2)、CuSiO₂、SiO₂。

本发明还提供了一种氮化铝陶瓷覆铝基板的制备方法，包括以下步骤：

S1、在氮化铝陶瓷基片的表面上形成含有陶瓷粉体和烧结助剂的改性基层，所述陶瓷粉体为SiO₂、Al₂O₃中的至少一种；所述烧结助剂为Cu粉、Cu₂O粉、CuO粉中的至少一种；

S2、对该具有改性基层的氮化铝陶瓷基片在真空或含有惰性气氛下进行高温烧结，得到含有氧化物改性层的氮化铝覆铝基板的前躯体；

S3、将氮化铝覆铝基板的前躯体与铝片通过铝硅焊片进行真空钎焊，制得氮化铝覆铝基板。

本发明氮化铝覆铝基板，Al的弹性模量为70GPa，而Cu的弹性模量为150GPa，因此，AlN覆Al板的耐冷热冲击性能要远远大于AlN覆Cu板。同时本发明的氮化铝覆铝基板的结合力很好，剥离强度达15N/mm以上，本发明的方法在氮化铝陶瓷基片上形成陶瓷粉体和烧结助剂的改性基层，然后通过真空烧结使这陶瓷粉体和烧结助剂与AlN陶瓷烧结致密，同时改善了AlN陶瓷表面状态，更好的改善Al-Si焊片液相对陶瓷表面的润湿性。

具体实施方式

本发明提供了一种氮化铝覆铝基板，该基板包括氮化铝陶瓷基片、位于氮化铝陶瓷基片的至少一表面上的铝层，所述氮化铝陶瓷基片与铝层之间依次设置有氧化物改性层和铝硅合金焊片层，所述氧化物改性层中含有Cu₂O，并且还含有以下两组化合物中的至少一组：(1)、CuAlO₂、CuAl₂O₄、Al₂O₃；(2)、CuSiO₂、SiO₂。

根据本发明所提供的氮化铝陶瓷覆铝基板，所述氮化铝陶瓷基片的厚度为没有特别的限制，一般市场上能够采购到的即可，但是为了节约成本，优选地，所述氮化铝陶瓷基片的厚度为300-1000μm，进一步优选为300-500μm。

因铝和陶瓷的热膨胀系数差异很大，所以使铝层和氮化铝铝陶瓷基片之间产生内应力，为了减小内应力，优选地，所述铝层的厚度为150-800μm，更优选为150-500μm。

所述氧化物改性层的厚度为0.1-10μm，优选为1-5μm；如果氧化物改性层太厚反应不充分，太薄生产上工艺不容易控制。

所述铝硅合金焊片层的厚度为10-300μm，优选为20-100μm。焊片太薄在焊接过程中提供的液相不够是铝片和氮化铝结合紧密，太厚会造成焊接过程中液相太多，四处漫流。