CN112552070B - 一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法 - Google Patents

一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法。该氮化硅陶瓷覆铜基板包括：氮化硅陶瓷基板和覆接于所述氮化硅陶瓷基板至少一个表面上的铜层；所述氮化硅陶瓷基板和所述铜层之间形成有界面结合层；所述界面结合层包括依次叠加的氧化硅层、X1氧化物层、M层；所述氧化硅层与所述氮化硅陶瓷基板接触；所述X1氧化物层含有活性金属氧化物；所述M层含有CuCr2O4、CuMn2O4和CuFe2O4中的一种或多种。该氮化硅陶瓷覆铜基板中的界面结合层能提高铜层和氮化硅陶瓷基板间的结合强度，且氮化硅陶瓷覆铜基板的生产成本低。

Description

一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法。
背景技术
氮化硅陶瓷覆铜板是由氮化硅基板表面结合铜层实现的。由于氮化硅基板与铜氧共晶液相不润湿，使氮化硅基板与铜层结合强度低，并且在高温下，两者会反应产生N2，界面处易存在小气泡使铜层易产生鼓包。因此，使用预氧化铜片直接覆铜时需要对氮化硅陶瓷基片做表面改性处理来改善其与铜氧共晶的润湿性，实现氮化硅陶瓷基片的直接覆铜。
氮化硅陶瓷覆铜板AMB工艺通常使用的钎料为Ag-Cu-Ti，使氮化硅AMB制品有耐冷热循环周期长、热震性好等优点。但这一工艺存在一些缺点：Ag-Cu-Ti钎料成本高，且需要使用真空焊接炉大型设备，无法连续生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种氮化硅陶瓷覆铜基板及其制备方法。该氮化硅陶瓷覆铜基板中铜和陶瓷基板间的结合强度高。
本发明的第一方面是提供一种氮化硅陶瓷覆铜基板，该氮化硅陶瓷覆铜基板包括：氮化硅陶瓷基板和覆接于所述氮化硅陶瓷基板至少一个表面上的铜层；所述氮化硅陶瓷基板和所述铜层之间形成有界面结合层；所述界面结合层包括依次叠加的氧化硅层、X1氧化物层、M层；所述氧化硅层与所述氮化硅陶瓷基板接触；所述X1氧化物层含有活性金属氧化物；所述M层还含有CuCr2O4、CuMn2O4和CuFe2O4中的一种或多种。
优选地，所述活性金属氧化物包括Al2O3、TiO2、Nb2O5、HfO2、TaO2、Ta2O5、V2O5和ZrO2中的一种或多种。
优选地，所述M层还含有Cr2O3、Mn3O4和Fe3O4的一种或多种。
优选地，所述M层与铜层之间还存在X2层；所述X2层含有CuAlO2、CuCo2O4、CuTiO3、CuZrO3、CuWO4、CuSb2O4、CuMoO4、CuGa2O4、CuBi2O4、CuTa2O6、CuNb2O6、CuV2O6、CuNiO2、CuTeO3和CuGeO3中的一种或多种。
优选地，所述界面结合层的厚度为0.8-1.8μm；所述氮化硅陶瓷基板的厚度为0.32-0.63mm；所述铜层的厚度为0.25-0.30mm。
优选地，所述铜层和所述氮化硅陶瓷基板间的平均剥离强度为3-5N/mm。
本发明的第二方面是提供一种制备前述氮化硅陶瓷覆铜基板的方法，该方法包括：
S1、采用磁控溅射的方法在氮化硅陶瓷基板的至少一个表面依次镀覆活性金属，以及Cr、Mn和Fe中的一种或多种，得到镀层氮化硅陶瓷基板；
S2、将步骤S1所得镀层氮化硅陶瓷基板进行热氧化处理，得到热氧化氮化硅陶瓷基板；
S3、将步骤S2所得热氧化氮化硅陶瓷基板的镀层一面与经过预氧化的铜层的氧化面进行覆接，制得形成有界面结合层的氮化硅陶瓷覆铜基板。
优选地，所述步骤S1在镀覆Cr、Mn和Fe中的一种或多种之后，还包括磁控溅射第一金属单质；所述第一金属单质包括Al、Co、Ti、Zr、Ta、W、Sb、Mo、Ga、Bi、Nb、V、Ni、Te和Ge中的一种或多种。
优选地，步骤S1中所述磁控溅射的溅射速率为25-30nm/min，溅射时间为25-45min；步骤S2中所述热氧化处理包括在空气流量为1.5-3.0L/min条件下，以5-10℃/min的速度升温至1150-1300℃后保温30-120min；步骤S3中所述覆接的条件为：1065-1086℃下保温5-30min。
本发明的第三方面提供一种由前述方法制备得到的氮化硅陶瓷覆铜基板。
本发明的氮化硅陶瓷覆铜基板中的界面结合层能提高铜和氮化硅陶瓷基板间的结合强度。且提供的方法能显著减少铜层和氮化硅陶瓷基板间产生气体和鼓泡，覆接的铜层和陶瓷基板之间形成有更有利于二者紧密连接的界面结合层，得到的氮化硅陶瓷覆铜基板中陶瓷基板和铜层之间的结合强度进一步得到显著提升。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种氮化硅陶瓷覆铜基板，该氮化硅陶瓷覆铜基板包括：氮化硅陶瓷基板和覆接于所述氮化硅陶瓷基板至少一个表面上的铜层；所述氮化硅陶瓷基板和所述铜层之间形成有界面结合层；所述界面结合层包括依次叠加的氧化硅层、X1氧化物层、M层；所述氧化硅层与所述氮化硅陶瓷基板接触；所述X1氧化物层含有活性金属氧化物；所述M层还含有CuCr2O4、CuMn2O4和CuFe2O4中的一种或多种。该氮化硅陶瓷覆铜基板中的界面结合层能提高铜和氮化硅陶瓷基板间的结合强度。
在本发明中，所述X1氧化物层含有活性金属氧化物，可以很好地与氮化硅陶瓷基板以及基板表面的氧化硅层结合。优选地，所述活性金属氧化物包括Al2O3、TiO2、Nb2O5、HfO2、TaO2、Ta2O5、V2O5、和ZrO2中的一种或多种。
在本发明中，所述M层含有CuCr2O4、CuMn2O4和CuFe2O4中的一种或多种，CuCr2O4、CuMn2O4和CuFe2O4是致密相，能有效抑制Cu-O共晶液相向氮化硅陶瓷基板方向渗透，防止气泡的产生。在一些实施例中，所述M层还含有Cr2O3、Mn3O4和Fe3O4的一种或多种，与X1氧化物层具有较好的结合力。
在本发明中，所述M层与铜层之间还存在X2层，所述X2层含有CuAlO2、CuCo2O4、CuTiO3、CuZrO3、CuWO4、CuSb2O4、CuMoO4、CuGa2O4、CuBi2O4、CuTa2O6、CuNb2O6、CuV2O6、CuNiO2、CuTeO3和CuGeO3中的一种或多种，能进一步地增加氮化硅陶瓷基板与铜层的结合力。具体地，所述界面结合层包括依次叠加的氧化硅层、X1氧化物层、M层、X2层，所述X2层与所述铜层接触；所述X2层与铜层具有很好的亲和性，能加强铜层与氮化硅陶瓷基板的结合力，所述M层含有致密相，能有效抑制Cu-O共晶液相向氮化硅陶瓷基板方向渗透，防止气泡的产生，使所述界面结合层提高铜层和氮化硅陶瓷基板间的结合强度。
在本发明中，所述界面结合层能增加所述铜层与所述氮化硅陶瓷基板的结合力。优选地，所述界面结合层的厚度为0.8-1.8μm。
在本发明中，所述氮化硅陶瓷基板的厚度0.32-0.63mm；所述铜层的厚度为0.25-0.30mm。
在本发明中，所述铜层和所述氮化硅陶瓷基板间的平均剥离强度为3-5N/mm。
本发明同时提供了一种制备前述氮化硅陶瓷基板的方法，该方法包括：
S1、采用磁控溅射的方法在氮化硅陶瓷基板的至少一个表面依次镀覆活性金属，以及Cr、Mn和Fe中的一种或多种，得到镀层氮化硅陶瓷基板；
S2、将步骤S1所得镀层氮化硅陶瓷基板进行热氧化处理，得到热氧化氮化硅陶瓷基板；
S3、将步骤S2所得热氧化氮化硅陶瓷基板的镀层一面与经过预氧化的铜层的氧化面进行覆接，制得形成有界面结合层的氮化硅陶瓷覆铜基板。
本发明提供的方法能显著减少铜层和氮化硅陶瓷基板间产生的气体和鼓泡，覆接的铜层和陶瓷基板之间形成有利于二者紧密连接的界面结合层，得到的氮化硅陶瓷覆铜基板中氮化硅陶瓷基板和铜层之间的结合强度进一步得到显著提升。
在本发明所述步骤S1中，在采用磁控溅射的方法在氮化硅陶瓷基板的至少一个表面依次镀覆活性金属，以及Cr、Mn和Fe中的一种或多种(即Y金属)，可以得到具有两层镀层的氮化硅陶瓷基板。优选地，所述活性金属包括Al、Ti、Nb、Hf、Ta、V和Zr金属中的一种或多种。所述活性金属对氮化硅和/或氧化硅具有很好的浸润性，所述活性金属与所述Cr、Mn和Fe中的一种或多种金属具有良好的结合力；因此，得到镀层氮化硅陶瓷基板中镀层与基板结合力高。
在本发明所述步骤S1中，所述磁控溅射将靶材溅射到基板上，溅射到基板上的靶材颗粒具有较高的能量和活性，会使得所述溅射形成的活性金属层与Y金属层两镀层的金属元素部分存在相互扩散，在经后续所述热氧化处理后，两镀层的金属都氧化形成金属氧化物，提高两氧化物层间的结合强度。优选地，在本发明所述步骤S1中，所述磁控溅射的溅射速率为25-30nm/min，溅射时间为25-45min。
在本发明所述步骤S2中，所得镀层氮化硅陶瓷基板进行热氧化处理，使镀层氧化形成氧化物层。在热氧化处理中，氧会渗透到基板，将基板表面的Si3N4氧化为SiO2，即在氮化硅陶瓷基板表面形成氧化硅层；活性金属氧化形成活性金属氧化物(即X1氧化物)；所述Y金属会氧化形成Y金属氧化物。具体地，所得镀层氮化硅陶瓷基板在经热氧化处理后，得到氮化硅陶瓷基板表面依次叠加有氧化硅层、X1氧化物层和Y金属氧化物层。优选地，在本发明所述步骤S2中，所述热氧化处理包括在空气流量为1.5-3.0L/min条件下，以5-10℃/min的速度升温至1150-1300℃后保温30-120min。
在本发明所述步骤S3中，所述铜层的预氧化可以在O2含量为100-300ppm条件下，以50-80℃/min的速度升温至750-850℃后保温10-30min，然后可以随炉冷却至室温；经所述预氧化后的所述铜层的表面可以生成有Cu2O。
在本发明所述步骤S3中，所述覆接可以在O2含量为15-60ppm气氛中进行；优选地，所述热氧化氮化硅陶瓷基板与经过预氧化的铜层可以在O2含量为15-60ppm气氛中于1065-1086℃下保温5-30min。在进行覆接时，可以把预氧化后铜层表面贴合至热氧化氮化硅陶瓷基板覆有氧化物层的一面上，铜层在氮化硅陶瓷基板上方，在用于覆接的弱氧气氛中完成覆接。铜的熔点为1083℃，铜-氧化亚铜(Cu-O)共晶的熔点为1064℃，在1065-1086℃的烧结温度范围内，用于覆接的铜层的表面含有的Cu2O薄膜会形成铜-氧化亚铜液相(Cu-O共晶液相)，Cu-O共晶液相可以用于氮化硅陶瓷基板和铜层的界面连接过程(覆接过程)，进而可与经步骤S2生成的至少一部分Y金属氧化物发生反应以形成致密相，能抑制Cu-O共晶液相与氮化硅陶瓷基板中的Si3N4的反应，防止反应物氮气的产生，以免降低铜层与氮化硅陶瓷基板的结合力。最终得到的氮化硅陶瓷覆铜基板的结构包括依次叠加的氮化硅基板、氧化硅层、X1氧化物层、M层和铜层，所述M层含有Y金属氧化物与Cu-O共晶液相反应形成的致密相(CuCr2O4、CuMn2O4和CuFe2O4中的一种或多种)。
在本发明中，为进一步提高铜层与氮化硅陶瓷基板的结合力，所述步骤S1还包括在溅射好Cr、Mn和Fe中的一种或多种金属之后，再磁控溅射第一金属单质(即第三层镀层)；所述第一金属单质包括Al、Co、Ti、Zr、Ta、W、Sb、Mo、Ga、Bi、Nb、V、Ni、Te和Ge中的一种或多种。具有三层镀层的氮化硅陶瓷基板经所述步骤S2、S3之后，得到的氮化硅陶瓷覆铜基板的结构包括依次叠加的氮化硅基板、氧化硅层、X1氧化物层、M层、X2层和铜层。所述第一金属单质热氧化处理后，会形成相应的氧化物，与经过预氧化的铜层覆接后，会形成X2层，所述X2层含有CuAlO2、CuCo2O4、CuTiO3、CuZrO3、CuWO4、CuSb2O4、CuMoO4、CuGa2O4、CuBi2O4、CuTa2O6、CuNb2O6、CuV2O6、CuNiO2、CuTeO3和CuGeO3中的一种或多种。在覆接过程中，可能会有部分所述第一金属单质氧化后的氧化物未与铜氧共晶反应，所以，所述X2层还含有Al2O3、CoO、TiO2、ZrO2、WO3、Sb2O3、MoO3、Ga2O3、Bi2O3、Ta2O5、Nb2O5、V2O5、NiO、TeO2和GeO2中的一种或多种。所述X2层与Cu-O共晶液相具有很好的亲和性，能提高铜层与氮化硅陶瓷基板的结合力。
本发明还提供了一种由前述方法制备得到的氮化硅陶瓷覆铜基板。该氮化硅陶瓷覆铜基板中铜层与氮化硅基板的结合力强。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例1
本实施例所用氮化硅陶瓷基板的厚度为0.32mm，氮化硅陶瓷基板表面所镀靶材为Al和Cr。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Al，以速率25nm/min速率溅射20min；然后磁控溅射Cr，以速率25nm/min速率溅射15min；
(2)将步骤(1)得到的覆有镀层的氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量2.5L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温60min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板S1。
氮化硅陶瓷覆铜基板S1的界面结合层厚度为1.0μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/Al2O3/Cr2O3+CuCr2O4。
实施例2
本实施例所用氮化硅陶瓷基板的厚度为0.32mm，氮化硅陶瓷基板表面所镀靶材为Al和Cr。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Al，以速率25nm/min速率溅射20min；然后磁控溅射Cr，以速率25nm/min速率溅射15min；最后再磁控溅射Al，以速率25nm/min速率溅射5min；
(2)将步骤(1)得到的覆有镀层的氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量2.5L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温60min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板S2。
氮化硅陶瓷覆铜基板S2的界面结合层厚度为1.2μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/Al2O3/Cr2O3+CuCr2O4/CuAlO2。
实施例3
与实施例1不同之处在于：本实施例中氮化硅陶瓷基板表面所镀靶材为Ti和Cr。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Ti，以速率25nm/min速率溅射20min；然后磁控溅射Cr，以速率25nm/min速率溅射15min；
(2)将步骤(1)得到的覆有镀层的氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量2.5L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温60min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板S3。
氮化硅陶瓷覆铜基板S3的界面结合层厚度为1.1μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/TiO2/Cr2O3+CuCr2O4。
实施例4
本实施例中氮化硅陶瓷基板表面所镀靶材为Ti、Cr和Zr。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Ti，以速率25nm/min速率溅射20min；然后磁控溅射Cr，以速率25nm/min速率溅射15min；最后再磁控溅射Zr，以速率25nm/min速率溅射5min；
(2)将步骤(1)得到的覆有镀层的氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量2.5L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温60min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板S4。
氮化硅陶瓷覆铜基板S4的界面结合层厚度为1.2μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/TiO2/Cr2O3+CuCr2O4/CuZrO3。
实施例5
与实施例1不同之处在于：本实施例中氮化硅陶瓷基板表面所镀靶材为Ti和Mn。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Ti，以速率25nm/min速率溅射20min；然后磁控溅射Mn，以速率25nm/min速率溅射15min；
(2)将步骤(1)得到的覆有镀层的氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量2.5L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温60min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板S5。
氮化硅陶瓷覆铜基板S5的界面结合层厚度为1.1μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/TiO2/Mn3O4+CuMn2O4。
实施例6
与实施例1不同之处在于参数数值。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Al，以速率25nm/min速率溅射15min；然后磁控溅射Cr，以速率25nm/min速率溅射15min；
(2)将步骤(1)得到的覆有镀层的氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量2.5L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温60min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板S6。
氮化硅陶瓷覆铜基板S6的界面结合层厚度为0.9μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/Al2O3/Cr2O3+CuCr2O4。
实施例7
与实施例1不同之处在于氧化处理程度不同。
本实施例所用氮化硅陶瓷基板的厚度为0.32mm，氮化硅陶瓷基板表面所镀靶材为Al和Cr。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Al，以速率25nm/min速率溅射20min；然后磁控溅射Cr，以速率25nm/min速率溅射15min；
(2)将步骤(1)得到的覆有镀层的氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量3.0L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温90min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板S7。
氮化硅陶瓷覆铜基板S7的界面结合层厚度为1.2μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/Al2O3/Cr2O3+CuCr2O4。
对比例1
本实施例所用氮化硅陶瓷基板的厚度为0.32mm，氮化硅陶瓷基板表面所镀靶材为Al。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Al，以速率25nm/min速率溅射20min；
(2)将步骤(1)得到的覆有镀层的氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量2.5L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温60min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板D1。
氮化硅陶瓷覆铜基板D1的界面结合层厚度为0.7μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/CuSiO3/CuAlO2。
对比例2
与实施例1的不同之处在于没有磁控溅射靶材。
(1)将氮化硅陶瓷基板放入马弗炉中，在空气流量2.5L/min条件下，从室温以速率5℃/min升温到1300℃，而后保温60min，以3℃/min降温至500℃，随炉冷却；
(3)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板D2。
氮化硅陶瓷覆铜基板D2的界面结合层厚度为0.3μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：SiO2/CuSiO3。
对比例3
与实施例1的不同之处在于没有热氧化处理。
本实施例所用氮化硅陶瓷基板的厚度为0.32mm，氮化硅陶瓷基板表面所镀靶材为Al和Cr。
(1)在氮化硅陶瓷基板的两面磁控溅射Al，以速率25nm/min速率溅射20min；然后磁控溅射Cr，以速率25nm/min速率溅射15min；
(2)将平整的铜层置于陶瓷垫板上进行预氧化，在O2含量为160ppm气氛中于800℃下保温20min，随炉冷至室温；然后铜层的氧化面与热氧化氮化铝陶瓷基板的覆有氧化物层一面贴合在一起，置于O2含量为35ppm气氛中1075℃保温15min，得到氮化硅陶瓷覆铜基板D3。
氮化硅陶瓷覆铜基板D3的界面结合层厚度为0.1μm，铜层的厚度为0.30mm，通过XRD检测界面结合层含有的物相有：CuSiO3。
性能测试
剥离强度测试：将陶瓷表面覆接的铜层蚀刻为间隔10-20mm，宽5-10mm的铜条，利用万能试验机夹取铜条的一段，将铜条从陶瓷上剥离，剥离距离不少于50mm，将平均剥离力除以铜条宽度，得到剥离强度的数值。
覆接缺陷测试：采用KSI v400E型号超声扫描仪扫描覆铜陶瓷板，并统计面积50mm*50mm区域内铜与陶瓷之间未覆接区域的个数(即气泡的个数)。
界面结合层XRD物相测试：采用XRD-6100型号多晶体X射线衍射方法测试。
表1
Figure GDA0003367492060000131
Figure GDA0003367492060000141
经过上述表1的测试结果可以看出，本发明提供的氮化硅陶瓷覆铜基板中陶瓷基板和铜层之间的结合强度进一步得到显著提高，铜层与陶瓷基板覆接好(即气泡少)。
且现有技术氮化硅陶瓷覆铜板AMB工艺通常使用的钎料为Ag-Cu-Ti，成本高，而本发明的氮化硅陶瓷覆铜板中的陶瓷基板和铜层之间的结合强度好，且生产成本低。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种氮化硅陶瓷覆铜基板，其特征在于，该氮化硅陶瓷覆铜基板包括：氮化硅陶瓷基板和覆接于所述氮化硅陶瓷基板至少一个表面上的铜层；所述氮化硅陶瓷基板和所述铜层之间形成有界面结合层；所述界面结合层包括依次叠加的氧化硅层、X1氧化物层、M层；所述氧化硅层与所述氮化硅陶瓷基板接触；所述X1氧化物层含有活性金属氧化物；所述M层含有CuCr2O4、CuMn2O4和CuFe2O4中的一种或多种；所述M层还含有Cr2O3、Mn3O4和Fe3O4的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的氮化硅陶瓷覆铜基板，其特征在于，所述活性金属氧化物包括Al2O3、TiO2、Nb2O5、HfO2、TaO2、Ta2O5、V2O5、和ZrO2中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的氮化硅陶瓷覆铜基板，其特征在于，所述M层与铜层之间还存在X2层；
所述X2层含有CuAlO2、CuCo2O4、CuTiO3、CuZrO3、CuWO4、CuSb2O4、CuMoO4、CuGa2O4、CuBi2O4、CuTa2O6、CuNb2O6、CuV2O6、CuNiO2、CuTeO3和CuGeO3中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的氮化硅陶瓷覆铜基板，其特征在于，所述界面结合层的厚度为0.8-1.8μm；
所述氮化硅陶瓷基板的厚度为0.32-0.63mm；所述铜层的厚度为0.25-0.30mm。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的氮化硅陶瓷覆铜基板，其特征在于，所述铜层和所述氮化硅陶瓷基板间的平均剥离强度为3-5N/mm。
6.一种制备权利要求1-2中任意一项所述的氮化硅陶瓷覆铜基板的方法，其特征在于，该方法包括：
S1、采用磁控溅射的方法在氮化硅陶瓷基板的至少一个表面依次镀覆活性金属，以及Cr、Mn和Fe中的一种或多种，得到镀层氮化硅陶瓷基板；
S2、将步骤S1所得镀层氮化硅陶瓷基板进行热氧化处理，得到热氧化氮化硅陶瓷基板；
S3、将步骤S2所得热氧化氮化硅陶瓷基板的镀层一面与经过预氧化的铜层的氧化面进行覆接，制得形成有界面结合层的氮化硅陶瓷覆铜基板。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S1在镀覆Cr、Mn和Fe中的一种或多种之后，还包括磁控溅射第一金属单质；
所述第一金属单质包括Al、Co、Ti、Zr、Ta、W、Sb、Mo、Ga、Bi、Nb、V、Ni、Te和Ge中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述磁控溅射的溅射速率为25-30nm/min，溅射时间为25-45min；
步骤S2中所述热氧化处理包括在空气流量为1.5-3.0L/min条件下，以5-10℃/min的速度升温至1150-1300℃后保温30-120min；
步骤S3中所述覆接的条件为：1065-1086℃下保温5-30min。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法制备得到的氮化硅陶瓷覆铜基板。
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