CN101955369B - 一种氮化铝覆铜膜前体及其制备方法、氮化铝覆铜膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮化铝覆铜膜前体及其制备方法、氮化铝覆铜膜及其制备方法。该氮化铝覆铜膜前体，包括氮化铝基材及位于氮化铝基材上的粘结层，所述粘结层含有主料和烧结助剂，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化铝；烧结助剂含有氧化亚铜。该氮化铝覆铜膜前体的制备方法包括：a、采用粘结剂在氮化铝基材表面形成预烧层，所述粘结剂中含有主料和烧结助剂，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化铝，烧结助剂含有氧化亚铜；b、将表面具有预烧层的氮化铝基材在真空环境下进行热处理，预烧层转变为粘结层。通过本发明提供的氮化铝覆铜膜前体制备的氮化铝覆铜膜的导热性能得到了明显提高，且氮化铝基材与铜箔的结合强度大，产品质量高。

Description

一种氮化铝覆铜膜前体及其制备方法、氮化铝覆铜膜及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种氮化铝覆铜膜前体及其方法、氮化铝覆铜膜及其制备方法，尤其是用于导电散热部件的氮化铝覆铜膜前体及其方法和氮化铝覆铜膜及其制备方法。

【背景技术】

长期以来，绝大多数功率混合集成电路的陶瓷封装材料一直沿用氧化铝(Al₂O₃)和氧化铍(BeO)陶瓷，但由于性能、环保、成本等因素逐渐显露出已不能完全适合功率电子器件发展的需要；并且，大规模集成电路技术的发热功率密度相比以往大大提高，热控问题已成为该类器件、模块设计和制造上必需解决的技术关键，而氧化铝(Al₂O₃)和氧化铍(BeO)陶瓷并不能满足要求。高性能热管理材料的采用，是热控目标实现的重要手段。因此，一种综合性能优越的新型电子陶瓷-氮化铝(AlN)陶瓷，无疑将成为传统氧化铝(Al₂O₃)和氧化铍(BeO)封装以及基板的替代材料。

AlN陶瓷具有导热性能优越(单晶体理论导热系数达到320W/m.K)，约为Al₂O₃的10倍；热膨胀系数为4.3×10^-6℃^-1(r.t＝400℃)，与硅(Si)、锗(Ge)等半导体材料接近，电学性能及机械性能与氧化铝(Al₂O₃)陶瓷相近等特点，是理想的电子封装材料。AlN陶瓷在上述领域的应用中，通常需要将陶瓷表面进行金属化。

AlN覆Cu基板既具有AlN陶瓷的高导热性，又具有Cu箔的高导电性，在微电子工业中已部分取代了Al₂O₃覆Cu基板应用于大功率器件中。但是由于AlN与Cu之间的界面润湿性差，接合强度低，并且AlN与Cu的热膨胀系数相差较大，由此产生的巨大热应力而使得AlN-Cu的接合难以实现。目前国内外的AlN覆Cu基板均是采用直接敷铜法(Direct Bonded Copper method，简称DBC)进行生产，其利用Cu在微氧气氛下生成熔点低于纯Cu熔点的Cu-O液相，此液相能很好的润湿AlN及Cu板表面，从而实现AlN陶瓷基片与Cu板的稳固接合。

AlN陶瓷覆铜膜的DBC法烧结温度比较高，在高温下会发生如下反应：

Cu₂O+AlN→CuAlO₂+N₂↑

会在AlN与铜板的界面上生成N₂，使界面产生大量气泡，导致产品出现界面鼓泡问题，泡的直径为1μm-7mm不等，从而使金属化结合强度及导热性大幅度降低，严重时甚至导致产品报废。

【发明内容】

为了克服现有技术中的氮化铝覆铜膜极易出现鼓泡的问题，本发明提供了一种氮化铝覆铜膜前体，采用该氮化铝覆铜膜前体制备的氮化铝覆铜膜的导热性好，铜箔与氮化铝基材结合强度高。

本发明公开的氮化铝覆铜膜前体，包括氮化铝基材及位于氮化铝基材上的粘结层，所述粘结层含有主料和烧结助剂，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化铝；烧结助剂含有氧化亚铜。

上述氮化铝覆铜膜前体的制备方法，包括：

a、采用粘结剂在氮化铝基材表面形成预烧层，所述粘结剂中含有主料和烧结助剂，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化铝；烧结助剂含有氧化亚铜；

b、将表面具有预烧层的氮化铝基材在真空环境下进行热处理，预烧层转变为粘结层。

根据实际工业应用，本发明还公开了一种氮化铝覆铜膜，包括氮化铝覆铜膜前体及位于氮化铝覆铜膜前体上的铜箔，氮化铝覆铜膜前体为上述氮化铝覆铜膜前体；铜箔与氮化铝覆铜膜前体上的粘结层相接触。

本发明公开的氮化铝覆铜膜的制备方法包括：

c、将铜箔表面进行预氧化，形成预氧化面；

d、将铜箔与氮化铝覆铜膜前体在惰性气氛中进行熔接处理，其中氮化铝覆铜膜前体为上述氮化铝覆铜膜前体，熔接时铜箔的预氧化面与氮化铝覆铜膜前体的粘结层接触。

通过本发明提供的氮化铝覆铜膜前体制备的氮化铝覆铜膜的导热性能得到了明显提高，并且氮化铝基材与铜箔的结合强度大，产品质量高。

【附图说明】

图1为本发明公开的氮化铝覆铜膜的结构示意图；

附图标记：1、氮化铝基材；2、粘结层；3、铜箔。

【具体实施方式】

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。

本发明公开的氮化铝覆铜膜前体，包括氮化铝基材及位于氮化铝基材上的粘结层，粘结层含有主料和烧结助剂，其中，主料含有二氧化硅和/或氧化铝；烧结助剂含有氧化亚铜。

本发明中采用的氮化铝基材为本领域常用的氮化铝陶瓷基材，可通过商购得到，如福建华清电子材料科技有限公司生产的氮化铝陶瓷。

根据本发明，上述粘结层厚度为1-5μm，优先为1-2μm。当粘结层厚度在上述范围内时，能保证良好的抗拉强度，并且具有优秀的导热性能。根据实际使用情况，氮化铝基材的厚度可以为300-1000μm。

在上述粘结层中，以粘结层总重量为基准，主料含量为50-90wt％，烧结助剂含量为10-50wt％，优选情况下，主料含量为70-80wt％，烧结助剂含量为20-30wt％。

本发明公开的上述氮化铝覆铜膜前体的制备方法包括：

a、采用粘结剂在氮化铝基材表面形成预烧层，粘结剂中含有主料和烧结助剂，其中，主料含有二氧化硅和/或氧化铝，烧结助剂含有氧化亚铜；

b、将表面具有预烧层的氮化铝基材在真空环境下进行热处理，预烧层转变为粘结层。

上述步骤a中，形成预烧层的方法可以有多种，本发明中所采用的方法为：将粘结剂采用物理气相沉积的方法形成到氮化铝基材表面，得到所述预烧层。

其中，粘结剂中含有主料和烧结助剂，其中，主料含有二氧化硅和/或氧化铝，烧结助剂含有氧化亚铜。以所述粘结剂总重量为基准，所述主料含量为50-90wt％，烧结助剂含量为10-50wt％。虽然在烧结热处理中，含量会有微量变化，但在本发明中，上述变化不会带来实质性影响，可以忽略不计。

粘结剂中的主料和烧结助剂可选用粉末状物质。粘结剂可通过将主料与烧结助剂混合得到，主料与烧结助剂的含量落在上述范围内即可。

上述物理气相沉积(PVD)方法本身为现有技术中的方法，具体可采用磁控溅射离子镀或者真空蒸镀。

根据本发明，磁控溅射离子镀可采用磁控溅射离子镀设备进行，优选采用多弧-中频磁控溅射离子镀设备(深圳振恒昌实业有限公司BYD-800型)。该多弧-中频磁控溅射离子镀设备包括真空室、多弧源、加热装置、工件架和磁控靶，待镀膜的基材放置在工件架上。

磁控靶优选为对靶结构，可以根据需要使用一对或几对磁控靶，每对磁控靶由一个电源供电，两个磁控靶各自与电源的一极相连，并与整个真空室绝缘。对靶的两个磁控靶之间的距离可以为10-25厘米，优选为14-22厘米。工架件可以围绕真空室的中心轴顺时针或逆时针转动，其转速可以为0.5-10转/分钟，优选为2-6转/分钟。

本发明中，磁控溅射所采用的电源可以为现有的各种用于磁控溅射离子镀的电源，优选为中频电源，中频电源的频率一般为10-150千赫，优选为10-100千赫。

根据本发明，在优选情况下，磁控溅射条件包括，电源的功率为1-50千瓦范围内的恒功率、优选为5-30千瓦、更优选为10-20千瓦，磁控溅射的真空度为0.1-1.5、优选为0.3-1帕，溅射时间为3-15分钟、优选为5-10分钟，工作气体为惰性气体。所述惰性气体优选为氦气或氩气，氦气或氩气的纯度优选为99.9％以上，更优选为99.99％以上。

根据本发明提供的制备方法，在优选情况下，为了提高膜层与基材的结合力，所述镀膜材料的制备方法还可以包括在进行磁控溅射离子镀之前对基材进行多弧活化，所述多弧活化的方法包括，在多弧活化的条件下，用多弧靶上的靶材物质轰击所述基材。

根据本发明提供的制备方法，所述多弧活化的条件包括，多弧活化的气氛为惰性气体气氛，真空度为10^-2-10^-3帕、优选为10^-3帕，多弧源电流为100-300安培、优选为180-220安培，偏压为300-600伏、优选为400-500伏，占空比为20-70％、优选为35-55％，时间为1-5分钟、优选为2-3分钟。

上述各条件，作为磁控溅射技术领域的技术人员，比较容易理解。条件的选择只需使磁控溅射后，在氮化铝基材表面形成1-5μm厚的粘结层即可。

若采用真空蒸镀的方法进行，其方法可以为：将该氮化铝基材置于真空离子镀膜机(深圳振恒昌生产JIL型真空镀膜机)中，以真空作为工作环境，真空度达到10^-3帕，偏压电源的偏压为100-300V，偏压电源的功率为1500-2000W，偏压电源的占空比为40-70％，靶材为上述粘结剂，真空蒸镀时间为5-20分钟。上述各条件，作为真空蒸镀技术领域的技术人员，比较容易理解。条件的选择只需使真空蒸镀后，在氮化铝基材表面形成1-5μm厚的粘结层即可。

通过上述方法在氮化铝基材表面形成预烧层后，还包括将表面具有预烧层的氮化铝基材在1250-1300℃下烧结0.1-1h。从而使预烧层烧结后形成的粘结层更加致密。同时，烧结助剂也可以含有铜，经过上述烧结处理后，铜即形成氧化亚铜，同样能得到上述氮化铝覆铜膜前体。上述烧结热处理可直接在空气中进行，如将表面具有预烧层的氮化铝基材放置于高温炉中(宜兴市前锦炉业设备有限公司，SX2-10-13)加热，在1250-1300℃下烧结0.1-1h，冷却至室温，即可得到上述粘结层，在上述粘结层中，以粘结层总重量为基准，主料含量为50-90wt％，烧结助剂含量为10-50wt％，优选情况下，主料含量为70-80wt％，烧结助剂含量为20-30wt％。由于在烧结过程中，会发生各种反应，在本发明中，上述。主料含量是以主料中含有的硅元素和/或铝元素按照二氧化硅和/或氧化铝的形态存在时计算得到的含量，烧结助剂含量是以烧结助剂中含有的铜元素按照氧化亚铜的形态存在时计算得到的含量。

发明人发现，现有的DBC法制备氮化铝覆铜膜时，直接将分别预氧化后的氮化铝基材和铜箔熔接，由于氮化铝表面氧化后形成的氧化铝层位疏松的，熔接时，铜箔预氧化后形成的氧化亚铜通过疏松的氧化铝层，容易与氮化铝基材发生反应，产生气泡。但是，该气泡产生后，由于两侧分别是较厚的氮化铝基材和铜箔，气泡无法溢出，从而存在于层与层之间的界面处，导致抗拉强度和导热性能的大幅度下降。

本发明中，通过先在氮化铝基材表面形成预烧层，然后进行烧结热处理，得到粘结层。由于该粘结层中含有二氧化硅和/或氧化铝以及氧化亚铜，一方面粘结层能在氮化铝基材表面良好的润湿，形成良好的附着力；另一方面，在烧结时，即使产生气泡，也很容易溢出，不会滞留于各层之间，从而提高了材料的抗拉强度及导热性能。

同时，粘结层中存在的烧结助剂，能存在于主料之间，实现良好的填充，提高材料的导热率；另一方面，烧结助剂能与主料中的二氧化硅和/或氧化铝发生反应，提高相互之间的结合强度。

另外，由于烧结助剂的填充作用，在后续的烧结热处理过程中，外界的氧气很难通过预烧层与氮化铝基材接触，从而避免了在烧结热处理过程中，氮化铝基材进一步被氧化为氧化铝，使其导热性能下降。

根据本发明，优选情况下，将表面具有预烧层的氮化铝基材烧结的工艺在真空度不大于10^-3Pa的环境中进行。在真空环境中进行烧结热处理能进一步减少界面气泡的产生，提高材料的抗拉强度和导热性能。

本发明还公开了一种氮化铝覆铜膜，包括氮化铝覆铜膜前体及位于氮化铝覆铜膜前体上的铜箔，所述氮化铝覆铜膜前体为上述氮化铝覆铜膜前体；铜箔与氮化铝覆铜膜前体上的粘结层相接触。根据实际使用情况，上述铜箔的厚度为150-300μm。

该氮化铝覆铜膜的结构如附图1所示，从下到上依次为氮化铝基材、粘结层和铜箔。该粘结层中含有二氧化硅和/或氧化铝以及氧化亚铜。

在前述的氮化铝覆铜膜前体上，通过各种方法形成铜箔后得到的氮化铝覆铜膜的导热性能和抗拉强度能得到明显提高。

根据本发明，上述氮化铝覆铜膜中，氮化铝基材厚度为300-1000μm，铜箔厚度为150-300μm；该氮化铝覆铜膜的导热系数为160-180W/(m·K)，剥离强度为9-10N/mm，抗拉强度为25-27MPa。

发明热还发现，由于该粘结层厚度可以通过调整物理气相沉积的条件来进行控制，能避免常规方法中对氮化铝基材进行氧化时，氧化过度导致该氧化中间层过厚的问题。通常该中间层与氮化铝基材的热膨胀系数存在差别，如果中间层过厚，容易使氮化铝覆铜膜耐热冲击性能下降，从而影响产品的使用寿命。本发明公开的氮化铝覆铜膜中，粘结层的厚度能实现精确控制，能减少由于热膨胀系数的差别所带来的耐热冲击性能下降，提高了产品的使用寿命。

采用本发明提供的氮化铝覆铜膜前体制备氮化铝覆铜膜的方法可以有多种，如可采用常规的DBC法进行，也可采用钎焊的方式进行。在本发明中，公开了一种上述氮化铝覆铜膜的制备方法，包括：

c、将铜箔表面进行预氧化，形成预氧化面；

d、将铜箔与氮化铝覆铜膜前体在惰性气氛中进行熔接处理，其中所述氮化铝覆铜膜前体为上述氮化铝覆铜膜前体，熔接时铜箔的预氧化面与氮化铝覆铜膜前体的粘结层接触。

上述制备方法中，将铜箔表面进行预氧化的方法可以为本领域中的各种铜箔表面预氧化的方法，如将铜箔置于管式炉中(上海祖发实业有限公司，SXJ)加热，加热的温度为900-1000℃，加热时间为10-50分钟，加热在氧气含量不大于1000ppm氮气气氛下进行，该气体流量没有太大限制，本领域技术人员可根据实际条件进行调节，只要能在铜箔表面形成氧化亚铜层即可，最后得到表面具有氧化亚铜层的铜箔。该氧化亚铜层即为预氧化面。

根据本发明提供的氮化铝覆铜膜的制备方法，将铜箔与氮化铝覆铜膜前体进行熔接的方法可以为本领域常用的DBC法中的熔接方法，如：将铜箔的预氧化面与上述氮化铝覆铜膜前体中的粘结层接触放置，之后在纯氮气氛下放入气氛烧结炉中进行熔接处理，熔接处理的条件包括温度为1065-1083℃，时间为5-10分钟，氮气(浓度在99.99％以上)的流量为200毫升/分钟，之后将熔接处理得到的产物浸泡在100毫升的硝酸溶液(浓度为60重量％的硝酸与蒸馏水以1∶5的比例混合)中5分钟，然后去除用去离子水冲洗干净，以除去铜箔非结合面的氧化层。

经过上述溶解处理，经过铜箔的预氧化面含有氧化亚铜，预氧化面与粘结层接触，氧化亚铜可与二氧化硅和/或氧化铝反应，实现铜箔与粘结层的牢固结合。同时，由于粘结层的阻隔，铜箔表面的氧化亚铜不会与氮化铝基材接触，避免了熔接过程中气泡的产生，有利于提高氮化铝覆铜膜的抗拉强度和导热性能。

通过上述处理即可得到本发明公开的氮化铝覆铜膜。该氮化铝覆铜膜具有良好的导热性和抗拉强度。

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的氮化铝覆铜膜前体及其制备方法。

1、制备预烧层

取15mm×15mm的氮化铝基材(福建华清电子材料科技有限公司生产，厚度为600μm)。

以所需的粘结剂总量为基准，取85重量份二氧化硅与15重量份氧化亚铜粉末，混合5min得到粘结剂。

将该氮化铝基材置于真空离子镀膜机(深圳振恒昌生产JIL型真空镀膜机)中，真空度为5×10^-4帕，偏压电源的偏压为250V，偏压电源的功率为1600W，偏压电源的占空比为50％，靶材为上述粘结剂，离子镀时间为18分钟。得到2.5μm厚的预烧层。

2、烧结热处理

将表面具有预烧层的氮化铝基材放置于高温炉中(宜兴市前锦炉业设备有限公司，SX2-10-13)加热，在1260℃下高温热处理0.3h，冷却至室温即可。

得到氮化铝覆铜膜前体S1，表面粘结层厚度为2.5μm。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的氮化铝覆铜膜前体及其制备方法。

1、制备预烧层

取15mm×15mm的氮化铝基材(福建华清电子材料科技有限公司生产，厚度为600μm)。

以所需的粘结剂总量为基准，取65重量份氧化铝与35重量份氧化亚铜粉末，混合5min得到粘结剂。

将该氮化铝基材置于真空离子镀膜机(深圳振恒昌生产JIL型真空镀膜机)中，真空度为2×10^-4帕，偏压电源的偏压为180V，偏压电源的功率为1800W，偏压电源的占空比为60％，靶材为上述粘结剂，离子镀时间为10分钟。得到1.5μm厚的预烧层。

2、烧结热处理

将表面具有预烧层的氮化铝基材放置于真空烧结炉中(沈阳爱发科中北真空有限公司，VS-300RP)，在10^-3pa、1280℃下烧结热处理0.8h，冷却至室温即可。

得到氮化铝覆铜膜前体S2，表面粘结层厚度为1.5μm。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的氮化铝覆铜膜前体及其制备方法。

1、制备预烧层

取15mm×15mm的氮化铝基材(福建华清电子材料科技有限公司生产，厚度为600μm)。

以所需的粘结剂总量为基准，取25重量份二氧化硅、50重量份氧化铝与25重量份氧化亚铜粉末，混合10min得到粘结剂。

将该氮化铝基材置于真空离子镀膜机(深圳振恒昌生产JIL型真空镀膜机)中，真空度为10^-4帕，偏压电源的偏压为200V，偏压电源的功率为1750W，偏压电源的占空比为55％，靶材为上述粘结剂，离子镀时间为15分钟。得到1.8μm厚的预烧层。

2、烧结热处理

将表面具有预烧层的氮化铝基材放置于真空烧结炉中(沈阳爱发科中北真空有限公司，VS-300RP)，在5×10^-4pa、1290℃下烧结热处理0.5h，冷却至室温即可。

得到氮化铝覆铜膜前体S3，表面粘结层厚度为1.8μm。

实施例4

本实施例用于说明本发明公开的氮化铝覆铜膜及其制备方法。

1、铜箔预氧化

将取280μm厚的铜箔(上海昂科工业技术有限公司，ANK，铜片尺寸裁切为15mm×15mm)置于管式炉中(上海祖发实业有限公司，SXJ)加热，加热的温度为960℃，加热时间为30分钟，加热在氧气含量为300ppm氮气气氛下进行，气体流量为200毫升/分钟，得到预氧化后的铜箔A1。铜箔A1表面经过预氧化形成预氧化面。

2、熔接处理

将实施例1制备的氮化铝覆铜膜前体S1与上述A1叠放在一起，使S1的粘结层与A1的预氧化面接触。之后在纯氮气氛下放入气氛烧结炉中进行熔接处理，熔接处理的条件包括温度为1075℃，时间为6分钟，氮气的流量为40毫升/分钟，之后将熔接处理得到的产物浸泡在硝酸溶液(浓度为60重量％的硝酸与蒸馏水以1∶5的比例混合)中6分钟，以除去铜箔非结合面的氧化层。

得到氮化铝覆铜膜S4。其中，氮化铝基材厚度为600μm，铜箔厚度为280μm。

实施例5

本实施例用于说明本发明公开的氮化铝覆铜膜及其制备方法。

1、铜箔预氧化

将取280μm厚的铜箔(上海昂科工业技术有限公司，ANK，铜片尺寸裁切为15mm×15mm)置于管式炉中(上海祖发实业有限公司，SXJ)加热，加热的温度为970℃，加热时间为30分钟，加热在氧气含量为400ppm氮气气氛下进行，气体流量为200毫升/分钟，得到预氧化后的铜箔A2。铜箔A2表面经过预氧化形成预氧化面。

2、熔接处理

将实施例2制备的氮化铝覆铜膜前体S2与上述A2叠放在一起，使S2的粘结层与A2的预氧化面接触。之后在纯氮气氛下放入烧结炉中进行熔接处理，熔接处理的条件包括温度为1080℃，时间为8分钟，氮气的流量为40毫升/分钟，之后将熔接处理得到的产物浸泡在硝酸溶液(浓度为60重量％的硝酸与蒸馏水以1∶5的比例混合)中5分钟，然后去除用去离子水冲洗干净，以除去铜箔非结合面的氧化层。

得到氮化铝覆铜膜S5。其中，氮化铝基材厚度为600μm，铜箔厚度为280μm。

实施例6

本实施例用于说明本发明公开的氮化铝覆铜膜及其制备方法。

1、铜箔预氧化

将取280μm厚的铜箔(上海昂科工业技术有限公司，ANK，铜片尺寸裁切为15mm×15mm)置于管式炉中(上海祖发实业有限公司，SXJ)加热，加热的温度为930℃，加热时间为20分钟，加热在氧气含量为500ppm氮气气氛下进行，气体流量为50毫升/分钟，得到预氧化后的铜箔A3。铜箔A3表面经过预氧化形成预氧化面。

2、熔接处理

将实施例3制备的氮化铝覆铜膜前体S3与上述A3叠放在一起，使S3的粘结层与A3的预氧化面接触。之后在纯氮气氛下放入烧结炉中进行熔接处理，熔接处理的条件包括温度为1075℃，时间为7分钟，氮气的流量为40毫升/分钟，之后将熔接处理得到的产物浸泡在硝酸溶液(浓度为60重量％的硝酸与蒸馏水以1∶5的比例混合)中5分钟，以除去铜箔非结合面的氧化层。

得到氮化铝覆铜膜S6。其中，氮化铝基材厚度为600μm，铜箔厚度为280μm。

对比例1

本对比例用于说明现有技术中的氮化铝覆铜膜。

采用DBC法制备氮化铝覆铜膜，具体方法为：

(1)将600μm厚、尺寸为15×15mm的氮化铝陶瓷基片置于高温炉中(宜兴市前锦炉业设备有限公司，SX2-10-13)加热，加热的温度为1300℃，加热时间为30分钟，得到表面具有三氧化二铝层的氮化铝陶瓷基片。

(2)将280μm厚、尺寸为15×15mm的铜箔置于管式炉中(上海祖发实业有限公司，SXJ)加热，加热的温度为1000℃，加热时间为30分钟，加热在含有0.3体积％氧气的氮气气氛下进行，气体流量为50毫升/分钟，得到表面具有氧化亚铜层的铜箔。

(3)将步骤(1)得到的表面具有三氧化二铝层的氮化铝陶瓷基片的结合界面和步骤(2)得到的表面具有氧化亚铜层铜箔的结合界面结合在一起，之后在纯氮气氛下放入烧结炉中进行熔接处理，熔接处理的条件包括温度为1075℃，时间为5分钟，氮气的流量为40毫升/分钟，之后将熔接处理得到的产物浸泡在100毫升的硝酸溶液(浓度为60重量％的硝酸与蒸馏水以1∶5的比例混合)中5分钟，然后去除用去离子水冲洗干净，以除去铜箔非结合面的氧化层。

得到氮化铝覆铜膜D1。其中，氮化铝基材厚度为600μm，铜箔厚度为280μm。

性能测试

对以上制备的氮化铝覆铜膜S4-S6和D1进行如下性能测试：

1、导热性能测试

导热性能的测试由上海硅酸盐研究所测试中心进行测试。测试仪器为上海硅酸盐研究所自行研制的“计算机运控的机关脉冲导热系数测定仪”。测试温度为：425℃

2、剥离强度测试

使用剥离强度测试机(东莞市长安亚星精密仪器有限公司生产的YX-BL-01A型剥离强度测试仪)进行测试。对氮化铝覆铜膜中的铜板进行90°(垂直)方向撕下，测试其剥离强度。

3、抗拉强度测试

在样品上焊接可伐合金柱，然后在拉力试验机(上海申联试验机厂，LDS-50)上垂直拉伸，拉伸变形速度为1mm/min，计算拉伸断裂时最大拉力与受力面积的比值，即得到结合强度值。

4、热循环次数测试

使用冷热循环试验机(庆声科技股份有限公司生产的KSKB-415TBS型冷热循环试验机)进行测试。将样品放入热冲击试验机中，以-20℃保温2min～150℃保温2min为一个循环进行测试。记录氮化铝覆铜膜出现弯曲、列横、铜膜脱落翘曲现象时的循环次数。

得到的测试结果如表1所示。

表1

样品	导热性能W/(m·K)	剥离强度N/mm	抗拉强度MPa	热循环cycles
					S4	168	9.3	25.9	1483
S5	176	9.6	26.3	1579
					S6	175	9.7	26.1	1562
D1	159	8.7	23.0	1365

从表1的测试结果可以看出，相比于现有技术，本发明公开的氮化铝覆铜膜的导热性能、剥离强度、抗拉强度及热循环性能得到了显著的提高。

Claims (12)

1.一种氮化铝覆铜膜前体，包括氮化铝基材及位于氮化铝基材上的粘结层，所述粘结层含有主料和烧结助剂，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化铝；烧结助剂含有氧化亚铜，所述粘结层为经过烧结步骤得到的，所述粘结层厚度为1-2μm；以所述粘结层总重量为基准，所述主料含量为50-90wt％，烧结助剂含量为10-50wt％。

2.如权利要求1所述的氮化铝覆铜膜前体的制备方法，包括：

a、采用粘结剂在氮化铝基材表面形成预烧层，所述粘结剂中含有主料和烧结助剂，其中，所述主料含有二氧化硅和/或氧化铝，烧结助剂含有氧化亚铜；

b、将表面具有预烧层的氮化铝基材在真空环境下进行热处理，预烧层转变为粘结层；

所述的热处理为烧结。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述形成预烧层的方法为：将粘结剂采用物理气相沉积的方法形成到氮化铝基材表面，得到所述预烧层。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述形成所述预烧层的方法为真空蒸镀。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述真空蒸镀的条件为：真空度不大于10^-3帕，电源偏压为100-300V，电源功率为1500-2000W，电源的占空比为40-70％，靶材为所述粘结剂，真空蒸镀时间为5-20分钟。

6.根据权利要求2-5中任意一项所述的制备方法，其中，以所述粘结剂总重量为基准，所述主料含量为50-90wt％，烧结助剂含量为10-50wt％。

7.根据权利要求2-5中任意一项所述的制备方法，其中，步骤b具体为：将表面具有预烧层的氮化铝基材在1250-1300℃下烧结0.1-1h。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，烧结在真空度不大于10^-3Pa的环境中进行。

9.一种氮化铝覆铜膜，包括氮化铝覆铜膜前体及位于氮化铝覆铜膜前体上的铜箔，所述氮化铝覆铜膜前体为权利要求1所述的氮化铝覆铜膜前体；铜箔与氮化铝覆铜膜前体上的粘结层相接触。

10.根据权利要求9所述的氮化铝覆铜膜，其中，所述氮化铝覆铜膜中，氮化铝基材厚度为300-1000μm，铜箔厚度为150-300μm；该氮化铝覆铜膜的导热系数为160-180W/(m·K)，剥离强度为9-10N/mm，抗拉强度为25-27MPa。

11.如权利要求9所述的氮化铝覆铜膜的制备方法，包括：

c、将铜箔表面进行预氧化，形成预氧化面；

d、将铜箔与氮化铝覆铜膜前体在惰性气氛中进行熔接处理，其中所述氮化铝覆铜膜前体为权利要求1所述的氮化铝覆铜膜前体，熔接时铜箔的预氧化面与氮化铝覆铜膜前体的粘结层接触。

12.根据权利要求11所述的氮化铝覆铜膜的制备方法，其中，步骤d中的熔接条件为：熔接温度为1065-1083℃，熔接时间为5-10min。

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