CN117362066A - 陶瓷覆铜基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷覆铜基板及其制备方法，陶瓷覆铜基板包括陶瓷基层和铜金属层，以及位于陶瓷基层和铜金属层之间的反应层、固溶层和金属间化合物层，反应层与陶瓷基层相邻，由Ti与陶瓷反应形成；固溶层由Sn固溶于Cu形成；金属间化合物层含有Cu、Ti和P。根据本发明，陶瓷覆铜基板的陶瓷基层与铜金属层之间具有较高的接合能力，而且由于采用成本较低的Cu‑P‑Sn钎料，使得基板的材料成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及电子材料技术领域，具体而言涉及一种陶瓷覆铜基板及其制备方法。
背景技术
陶瓷覆铜常用技术包括直接覆铜技术(DBC，Direct Bonded Copper)和活性金属钎焊技术(AMB，Active Metal Bonding)。采用直接覆铜技术获得的陶瓷覆铜基板可靠性低，且只适用于氧化铝陶瓷，适用性不高。采用活性金属钎焊技术获得的陶瓷覆铜基板利用活性元素与陶瓷反应实现铜与陶瓷的连接，可靠性高，但是选用了传统活性焊料例如Ag-Cu-Ti合金焊料，价格昂贵，获得的陶瓷覆铜基板成本较高。
因此，需要一种陶瓷覆铜基板及其制备方法，以至少部分地解决以上问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种陶瓷覆铜基板，其包括陶瓷基层和铜金属层，以及位于所述陶瓷基层和所述铜金属层之间的如下层：
反应层，所述反应层与所述陶瓷基层相邻，由Ti与陶瓷反应形成；
固溶层，所述固溶层由Sn固溶于Cu形成；以及
金属间化合物层，所述金属间化合物层含有Cu、Ti和P。
可选地，所述金属间化合物层与所述铜金属层相邻，所述固溶层位于所述反应层和所述金属间化合物层之间。
可选地，所述反应层的厚度小于3μm；
并且/或者所述固溶层的厚度为1μm～8μm；
并且/或者所述金属间化合物层的厚度为1μm～10μm。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于上述任一方面所述的陶瓷覆铜基板的制备方法，其包括如下步骤：
将铜金属件、Cu-P-Sn钎料、含Ti焊料层叠至陶瓷基板以形成层叠体，其中，所述Cu-P-Sn钎料和所述含Ti焊料位于所述铜金属件与所述陶瓷基板之间，所述含Ti焊料与所述陶瓷基板相邻，所述Cu-P-Sn钎料与所述铜金属件相邻；以及
对所述层叠体进行烧结处理。
可选地，所述含Ti焊料与所述陶瓷基板相邻，所述Cu-P-Sn钎料与所述铜金属件相邻；或者将所述含Ti焊料与所述Cu-P-Sn钎料混合均匀后，层叠至陶瓷基板。
可选地，制备方法还包括：
将所述含Ti焊料制成含Ti焊膏，在所述陶瓷基板上层叠由涂布所述含Ti焊膏形成的第一焊料层；以及
将所述Cu-P-Sn钎料制成铜基焊膏，在所述第一焊料层或所述铜金属件上层叠由涂布所述铜基焊膏形成的第二焊料层。
可选地，所述含Ti焊膏与所述含Ti焊膏和所述铜基焊膏两者的质量比为8％～30％。
可选地，所述含Ti焊膏在涂布后的面密度为15～35g/m2，所述铜基焊膏在涂布后的面密度为80～115g/m2。
可选地，所述含Ti焊膏包括氢化钛和粘结剂，所述粘结剂与所述含Ti焊膏的质量比为40％～70％；
并且/或者，所述铜基焊膏包括Cu-P-Sn钎料和粘结剂，所述粘结剂与所述铜基焊膏的质量比为10％～20％。
可选地，所述含Ti焊膏包括氢化钛，对所述层叠体进行烧结处理的步骤包括：
第一烧结处理，将所述层叠体在第一烧结温度进行烧结处理，所述第一烧结温度大于氢化钛的分解温度且小于所述Cu-P-Sn钎料的熔点；以及
第二烧结处理，将经过所述第一烧结处理后的所述层叠体在第二烧结温度进行烧结处理，所述第二烧结温度大于或等于650℃。
可选地，所述陶瓷基板为由氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷中的至少一个构成的基板。
根据本发明的陶瓷覆铜基板及其制备方法，可以采用含Ti焊料和Cu-P-Sn钎料制备陶瓷覆铜基板，含Ti焊料中的Ti元素能够与陶瓷中的N等元素形成Ti-陶瓷的反应层，使得对陶瓷起到润湿的作用，有利于Cu-P-Sn钎料通过Ti-陶瓷的反应层更好地与陶瓷基层接合，减少焊接缺陷；含Ti焊料中的Ti元素、Cu-P-Sn钎料可以形成Cu-Sn的固溶层和Cu-Ti-P的金属间化合物层。本发明提供的陶瓷覆铜基板，其陶瓷基层与铜金属层之间具有较高的接合能力，而且由于采用成本较低的Cu-P-Sn钎料，使得基板的材料成本较低。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的陶瓷覆铜基板的示意结构图；
图2为根据本发明的陶瓷覆铜基板的图像；
图3为根据本发明的一个优选实施方式的制备方法的流程图；
图4为根据本发明的另一个优选实施方式的制备方法的流程图。
附图标记说明：
10 陶瓷覆铜基板
11 陶瓷基层
12 铜金属层
13 反应层
14 固溶层
15 金属间化合物层
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。
需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。
如图1和图2所示，本发明提供了一种陶瓷覆铜基板10，该陶瓷覆铜基板10采用活性金属钎焊技术获得。如图1所示，陶瓷覆铜基板10包括多个层，分别是陶瓷基层11、铜金属层12、反应层13、固溶层14和金属间化合物层15。反应层13、固溶层14和金属间化合物层15位于陶瓷基层11和铜金属层12之间。反应层13与陶瓷基层11相邻，并由Ti与陶瓷反应形成。固溶层14由Sn固溶于Cu形成。金属间化合物层15含有Cu、Ti和P。
根据本实施方式，可以采用含Ti焊料和成本较低的Cu-P-Sn钎料制备陶瓷覆铜基板10，含Ti焊料中的Ti元素能够与陶瓷中的N等元素形成Ti-陶瓷的反应层13，使得对陶瓷起到润湿的作用，减少焊接缺陷，有利于Cu-P-Sn钎料通过Ti-陶瓷的反应层13更好地与陶瓷基层11接合；含Ti焊料中的Ti元素、Cu-P-Sn钎料可以形成Cu-Sn的固溶层14和Cu-Ti-P的金属间化合物层15，使得一方面可以提高陶瓷基层11与铜金属层12之间结构的接合能力，另一方面Cu-P-Sn钎料成本较低，可以降低材料成本。
Cu-Ti-P的金属间化合物层15能够与铜金属层12相邻，Cu-Sn的固溶层14能够位于Ti-陶瓷的反应层13和Cu-Ti-P的金属间化合物层15之间。铜金属层12、反应层13、固溶层14和金属间化合物层15可以层叠至陶瓷基层11一侧或相对的两侧。图1示例性地示出了在层叠至陶瓷基层11一侧的方案中，陶瓷覆铜基板10的结构；对于层叠至陶瓷基层11相对的两侧的方案，陶瓷覆铜基板10具有如下层叠顺序：铜金属层12、金属间化合物层15、固溶层14、反应层13、陶瓷基层11、反应层13、固溶层14、金属间化合物层15和铜金属层12。
陶瓷基层11的厚度可以小于等于2mm，例如为0.5mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm等。Ti-陶瓷的反应层13的厚度可以小于等于3μm，例如为1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm、3μm等。铜金属层12的厚度可以为0.1～1.5mm，例如为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm。铜金属层12的厚度优选为。0.3～0.8mm。Cu-Sn的固溶层14的厚度可以为1μm～8μm，例如为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、6μm、7μm、8μm等。Cu-Ti-P的金属间化合物层15的厚度可以为1μm～10μm，例如为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm等。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于上述任一方面的陶瓷覆铜基板10的制备方法，其包括如下步骤：
S1：清洗陶瓷基板和铜金属件。
通过清洗可以去除陶瓷基板和铜金属件表面上的油污和异物。
S2：将铜金属件、Cu-P-Sn钎料、含Ti焊料层叠至陶瓷基板以形成层叠体。
在该步骤中，Cu-P-Sn钎料和含Ti焊料位于铜金属件与陶瓷基板之间。铜金属件、Cu-P-Sn钎料、含Ti焊料可以层叠至陶瓷基板的一个表面或相对的两个表面。
一个实施方式为：含Ti焊料与Cu-P-Sn钎料独立地层叠，含Ti焊料与陶瓷基板相邻，Cu-P-Sn钎料与铜金属件相邻。
另一个实施方式为：将含Ti焊料与Cu-P-Sn钎料混合均匀后，层叠至陶瓷基板。
陶瓷基板为由氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷中的至少一个构成的基板。铜金属件可以是铜片、或更薄的铜箔等。Cu-P-Sn钎料作为原料，相对于Ag-Cu-Ti钎料，可以降低材料成本。含Ti焊料例如可以是氢化钛或钛，具体为氢化钛粉或钛粉。本文含Ti焊料优选为氢化钛。
S3：对层叠体进行烧结处理。
在该步骤中，对层叠体烧结处理可以发生如下反应：
含Ti焊料中的Ti元素能够与陶瓷基板中的元素发生化学反应形成Ti-陶瓷的反应层13。具体地，Ti元素能够与氧化铝陶瓷中的Al、O元素发生化学反应，生产氧化钛，由此形成的反应层13包括氧化钛、Ti元素和Al元素。Ti元素能够与氮化铝陶瓷中的N元素发生化学反应，生产氮化钛，由此形成的反应层13包括氮化钛、Ti元素和Al元素。Ti元素能够与氮化硅陶瓷中的N元素发生化学反应，生产氮化钛，由此形成的反应层13包括氮化钛、Ti元素和Si元素。
铜金属件高温受热后会会发生熔融，使得含Ti焊料中的一部分Ti元素和Cu-P-Sn钎料中的P元素会扩散进入熔融的铜金属件，在铜金属件的界面发生反应，形成含有Cu-Ti-P的金属间化合物层15。
由于Cu-P-Sn钎料中的P元素用于形成Cu-Ti-P的金属间化合物层15，形成含有Cu-Sn的固溶层14。
本发明的含Ti焊料优选氢化钛，氢化钛的化学稳定性较高，不和空气及水作用，加热到400℃开始分解脱氢，为焊接提供新鲜的活性Ti元素，有利于焊料与陶瓷的润湿，减少焊接缺陷。在烧结处理时，当温度升高至400℃及以上，氢化钛发生分解，H元素挥发释放出活性Ti元素，一部分活性Ti元素向陶瓷界面扩散并富集，随着Ti元素浓度的升高，Ti元素会与陶瓷中的元素反应。随着Ti元素浓度的进一步升高，Ti不再往陶瓷侧扩散，而是向铜金属侧扩散以便如上所述形成Cu-Ti-P的金属间化合物层15。
对于含Ti焊料与Cu-P-Sn钎料独立地层叠的实施方式，如图4所示，制备方法还包括：
S21：将含Ti焊料制成含Ti焊膏，在陶瓷基板上层叠由涂布含Ti焊膏形成的第一焊料层。
在该步骤中，含Ti焊膏可以包括氢化钛粉和粘结剂。将氢化钛粉和粘结剂以预定比例混合均匀，得到氢化钛焊膏。一个示例为氢化钛粉的粒径为500nm～50μm；粘结剂与含Ti焊膏的质量比为40％～70％，例如为40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％等。通过控制粘结剂占含Ti焊膏的比例，可以使含Ti焊膏与铜基焊膏的比例控制在期望范围内(下文描述)，从而有利于形成反应层13、固溶层14和金属间化合物层15。
可替代地，含Ti焊膏可以包括钛粉和粘结剂。将钛粉与粘结剂以预定比例混合均匀，得到钛焊膏。将含Ti焊膏涂布至陶瓷基板的一个表面或相对的两个表面，烘烤得到带第一焊料层的陶瓷基板。
S22：将Cu-P-Sn钎料制成铜基焊膏，在第一焊料层或铜金属件上层叠由涂布铜基焊膏形成的第二焊料层。
在该步骤中，将Cu-P-Sn钎料与粘结剂以预定比例混合均匀，得到铜基焊膏。一个示例为Cu-P-Sn钎料的粒径为20μm～80μm；粘结剂与铜基焊膏的质量比为10％～20％，例如为10％、12％、14％、16％、18％、20％等，优选为10％～15％。通过控制粘结剂占铜基焊膏的比例，可以使含Ti焊膏与铜基焊膏的比例控制在期望范围内(下文描述)，从而有利于形成反应层13、固溶层14和金属间化合物层15。将铜基焊膏涂布至位于陶瓷基板一侧或两侧的第一焊料层的表面，烘烤得到带第一焊料层和第二焊料层的陶瓷基板。
对于含Ti焊料与Cu-P-Sn钎料混合均匀后层叠的实施方式，制备方法还包括：
S121：将含Ti焊料与Cu-P-Sn钎料制成混合焊膏，在陶瓷基板上层叠由涂布混合焊膏形成的混合焊料层。
具体地，将含Ti焊料与Cu-P-Sn钎料按照一定比例先混合，再将混合后的原料与粘结剂以预定比例混合均匀，得到混合焊膏。将混合焊膏涂布至位于陶瓷基板的一个表面或相对的两个表面，烘烤得到带混合焊料层的陶瓷基板。
上述含Ti焊膏、铜基焊膏和混合焊膏的涂布方式可以是丝印等任何合适方式。采用丝印方式，丝印网版的目数可以为100～500目。焊膏可以在烘箱内进行烘烤处理，烘烤温度可以为50～100℃，烘烤时间可以为10～30min。
进一步地，含Ti焊膏与含Ti焊膏和铜基焊膏两者的质量比可以为8％～30％，例如为8％、10％、15％、20％、25％、30％等。通过控制含Ti焊膏与铜基焊膏的比例，可以控制Ti元素与Cu、P、Sn元素之间的比例关系，从而更有利于形成反应层13、固溶层14和金属间化合物层15。含Ti焊膏在涂布后的面密度可以为15～35g/m2，例如为15g/m2、18g/m2、20g/m2、22g/m2、25g/m2、28g/m2、30g/m2、32g/m2、35g/m2。铜基焊膏在涂布后的面密度可以为80～115g/m2，例如为80g/m2、85g/m2、90g/m2、95g/m2、100g/m2、105g/m2、110g/m2、115g/m2等。通过控制含Ti焊膏和/或铜基焊膏的面密度，可以控制Ti元素与Cu、P、Sn元素之间的比例关系，从而更有利于形成反应层13、固溶层14和金属间化合物层15。
在含Ti焊料为氢化钛的方案中，对层叠体进行烧结处理的步骤S3包括：
S31：第一烧结处理，将层叠体在第一烧结温度进行烧结处理，第一烧结温度大于氢化钛的分解温度且小于Cu-P-Sn钎料的熔点。例如第一烧结温度大于400℃小于等于600℃，可以为410℃、430℃、450℃、480℃、500℃、520℃、550℃、580℃、600℃等。
具体处理过程为：由室温按照一定的升温速率加热到第一烧结温度并保温。保温一段时间，有助于氢化钛的分解，又防止新鲜的Ti元素溶解于Cu-P-Sn钎料中。保温时间可以为10～50min。
S32：第二烧结处理，将经过第一烧结处理后的层叠体在第二烧结温度进行烧结处理，第二烧结温度大于Cu-P-Sn钎料的熔点，例如大于或等于650℃。可选地，第二烧结温度为650℃～850℃，可以为650℃、680℃、700℃、720℃、750℃、780℃、800℃、820℃、850℃等。
具体处理过程，在第一烧结处理保温结束后，继续升温至第二烧结温度并保温。CuPSn钎料熔化，一部分活性Ti元素与陶瓷基板的元素发生反应，另一部分Ti与Cu发生反应，Cu-P-Sn钎料中的P扩散进Cu-Ti反应层13形成Cu-Ti-P的金属间化合物层15。保温时间可以为10～50min。
采用二次烧结处理层叠体，可以使陶瓷覆铜基板10的层结构成型效果好。当然，如果需要和/或期望，也可以采用一次烧结处理层叠体，在该方案中，烧结温度大于Cu-P-Sn钎料的熔点，例如大于或等于650℃，换句话说，与上述第二烧结温度大致相同。保温时间为30～60min。
S4：在烧结处理后冷却层叠体，即可获得陶瓷覆铜基板10。
实施例1
陶瓷基板为氮化硅陶瓷基板，厚度为0.32mm，焊料体系为氢化钛焊膏+CuP7Sn7焊膏，铜金属件为无氧铜箔，厚度为0.3mm。
利用400目的丝印网版，将制备好的氢化钛焊膏均匀丝印在氮化硅陶瓷基板的上下表面，并在70℃条件下烘烤15min，得到带第一焊料层的氮化硅陶瓷基板。利用300目的丝印网版将制备好的CuP7Sn7焊膏均匀丝印在位于氮化硅陶瓷基板两侧的第一焊料层的表面，并在70℃条件下烘烤15min，得到带第一焊料层和第二焊料层的氮化硅陶瓷基板(也称为丝印片)。在石墨制具内将铜箔-丝印片-铜箔以“三明治”的方式层叠，铜箔之间用氧化铝陶瓷片间隔，并在最上层铜箔上面压上配重块。进行烧结处理，第一烧结温度为550℃，保温30min。第二烧结温度为800℃，保温30min。
对冷却后的陶瓷覆铜基板进行超声扫描或者X-ray扫描，得到的图像(例如图2所示)可以观察出，无焊接空洞。烧结好的陶瓷覆铜基板连接层包括：位于陶瓷侧的氮化钛层，位于铜金属侧的含有Cu、Ti及P的金属间化合物层15，位于氮化钛层和金属间化合物层15之间的Sn固溶于Cu中的Cu-Sn的固溶层14。
实施例2
陶瓷基板为氧化铝陶瓷基板，厚度为0.32mm，焊料体系为氢化钛焊膏+CuP7Sn7焊膏，铜金属件为无氧铜箔，厚度为0.3mm。
实施例2的陶瓷覆铜基板制备过程与实施例1大致相同，为简洁起见省略描述。
对冷却后的陶瓷覆铜基板进行超声扫描或者X-ray扫描，得到的图像可以观察出，无焊接空洞。烧结好的陶瓷覆铜基板连接层包括：位于陶瓷侧的氧化钛及Ti-Al层，位于铜金属侧的含有Cu、Ti及P的金属间化合物层15，位于氮化钛层和金属间化合物层15之间的Sn固溶于Cu中的Cu-Sn的固溶层14。
实施例3
陶瓷基板为氮化硅陶瓷基板，厚度为0.32mm，焊料体系为氢化钛焊膏+CuP7Sn7焊膏，铜金属件为无氧铜箔，厚度为0.3mm。
将制备好的氢化钛与CuP7Sn7的混合焊膏均匀丝印在氮化硅陶瓷基板的上下表面，并在70℃条件下烘烤15min，得到带混合焊料层的氮化硅陶瓷基板(也可以成为丝印片)。在石墨制具内将铜箔-丝印片-铜箔以“三明治”的方式层叠，铜箔之间用氧化铝陶瓷片间隔，并在最上层铜箔上面压上配重块。进行烧结处理，第一烧结温度为550℃，保温30min，第二烧结温度为800℃，保温30min。
对冷却后的陶瓷覆铜基板进行超声扫描或者X-ray扫描，得到的图像可以观察出，无焊接空洞。烧结好的陶瓷覆铜基板连接层包括：位于陶瓷侧的氮化钛层，位于铜金属侧的含有Cu、Ti及P的金属间化合物层15，位于氮化钛层和金属间化合物层15之间的Sn固溶于Cu中的Cu-Sn的固溶层14。
实施例4
陶瓷基板为氮化硅陶瓷基板，厚度为0.32mm，焊料体系为钛焊膏+CuP7Sn7焊膏，铜金属件为无氧铜箔，厚度为0.3mm。
利用400目的丝印网版，将制备好的钛焊膏均匀丝印在氮化硅陶瓷基板的上下表面，并在70℃条件下烘烤15min，得到带第一焊料层的氮化硅陶瓷基板。利用300目的丝印网版将制备好的CuP7Sn7焊膏均匀丝印在位于氮化硅陶瓷基板两侧的第一焊料层的表面，并在70℃条件下烘烤15min，得到带第一焊料层和第二焊料层的氮化硅陶瓷基板(也称为丝印片)。在石墨制具内将铜箔-丝印片-铜箔以“三明治”的方式层叠，铜箔之间用氧化铝陶瓷片间隔，并在最上层铜箔上面压上配重块。进行烧结处理，第一烧结温度为550℃，保温30min。第二烧结温度为800℃，保温30min。
对冷却后的陶瓷覆铜基板进行超声扫描或者X-ray扫描，得到的图像可以观察出，无焊接空洞。烧结好的陶瓷覆铜基板连接层包括：位于陶瓷侧的氮化钛层，位于铜金属侧的含有Cu、Ti及P的金属间化合物层15，位于氮化钛层和金属间化合物层15之间的Sn固溶于Cu中的Cu-Sn的固溶层14。
剥离强度试验
对实施例1至4制备的陶瓷覆铜基板分别进行剥离强度试验。试验条件包括：试验设备为万能试验机，剥离速度50mm/min，剥离行程大于25mm。
试验过程：先将陶瓷覆铜基板按照剥离试验的制样要求蚀刻成剥离条，然后将突出陶瓷部分的铜层弯曲成90度，将以上处理的剥离条夹持在万能试验机上，在垂直于陶瓷基板方向上拉伸铜层，测定铜层与陶瓷剥离时的最小剥离力，用最小剥离力除以剥离条宽度所得到的数值即可作为90度剥离强度。试验结果参见下面表1。
超声扫描焊层试验
对实施例1至4制备的陶瓷覆铜基板分别进行超声扫描焊层试验。试验条件包括：试验设备为超声无损检测仪。品质要求焊层空洞率低于3％。
试验过程：使用超声无损检测仪对陶瓷覆铜基板进行检测。试验结果参见下面表1。
产品可靠性试验
对实施例1至4制备的陶瓷覆铜基板分别进行产品可靠性试验。试验条件包括：试验设备为冷热冲击箱，-50℃保温时间30min，150℃保温时间30min，低温到高温的转换时间低于30s。
试验过程：先将陶瓷覆铜基板蚀刻成一定图案并激光切割成单体，选择焊层无缺陷、陶瓷无裂纹、铜皮无剥落的单体放进冷热冲击箱按照测试要求启动测试，每循环100次将样品取出进行超声扫描、光学显微镜下检查，检测焊层是否有缺陷，陶瓷是否有裂纹，铜皮是否有剥落，直至有以上缺陷出现为止。试验结果参见下面表1。
需要说明的是，超声扫描焊层试验和产品可靠性试验中提及的焊层包括反应层13、固溶层14和金属间化合物层15。
试验结果对照表1
试验结果从表1中可以看出：
实施例1至4采用成本较低的CuP7Sn7焊料，制成的陶瓷覆铜基板的平均剥离强度均大于10N/mm；并且采用形成两个不同焊料层的处理方式能够获得更高的剥离强度。由此，相对于传统的陶瓷覆铜基板，本发明的陶瓷覆铜基板采用成本较低的焊料其剥离强度也能满足性能要求。本发明的陶瓷基层与铜金属层之间的粘结强度较大，结合能力较高；本发明优选形成两个不同焊料层的处理方式。
实施例1至3采用了氢化钛+CuP7Sn7的焊料体系，获得的陶瓷覆铜基板均能够具有较好的焊层结构，即焊接致密、无空洞。而实施例4采用了钛+CuP7Sn7的焊料体系，由于钛的是一种高活性元素，在空气中极易氧化，会导致焊料氧化而形成些许焊接空洞。由此，本发明优选氢化钛+Cu-P-Sn的焊料体系。
实施例2采用了氧化铝陶瓷，实施例1、3和4采用了氮化硅陶瓷。采用氮化硅陶瓷制成的陶瓷覆铜基板的可靠性高于采用氮化硅陶瓷制成的陶瓷覆铜基板的可靠性。这是因为：氧化铝陶瓷相较于氮化硅陶瓷，断裂韧性和抗弯强度低，可靠性试验过程中随着高低温的快速变化会在氧化铝陶瓷基板内部会产生热应力，氧化铝陶瓷由于较低的断裂韧性会比较容易产生裂纹甚至断裂，从而导致基板可靠性降低。
本发明实施例的方法的步骤顺序可以根据实际需要进行调整、合并或删减。
上述的所有优选实施例中所述的流程仅是示例。除非发生不利的效果，否则可以按与上述流程的顺序不同的顺序进行各种处理操作。上述流程的步骤顺序也可以根据实际需要进行增加、合并或删减。
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。
Claims (11)
1.一种陶瓷覆铜基板，其特征在于，包括陶瓷基层和铜金属层，以及位于所述陶瓷基层和所述铜金属层之间的如下层：
反应层，所述反应层与所述陶瓷基层相邻，由Ti与陶瓷反应形成；
固溶层，所述固溶层由Sn固溶于Cu形成；以及
金属间化合物层，所述金属间化合物层含有Cu、Ti和P。
2.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜基板，其特征在于，所述金属间化合物层与所述铜金属层相邻，所述固溶层位于所述反应层和所述金属间化合物层之间。
3.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜基板，其特征在于，
所述反应层的厚度小于3μm；
并且/或者所述固溶层的厚度为1μm～8μm；
并且/或者所述金属间化合物层的厚度为1μm～10μm。
4.一种用于根据权利要求1至3中的任一项所述的陶瓷覆铜基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将铜金属件、Cu-P-Sn钎料、含Ti焊料层叠至陶瓷基板以形成层叠体，其中，所述Cu-P-Sn钎料和所述含Ti焊料位于所述铜金属件与所述陶瓷基板之间；以及
对所述层叠体进行烧结处理。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
所述含Ti焊料与所述陶瓷基板相邻，所述Cu-P-Sn钎料与所述铜金属件相邻；
或者将所述含Ti焊料与所述Cu-P-Sn钎料混合均匀后，层叠至陶瓷基板。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：
将所述含Ti焊料制成含Ti焊膏，在所述陶瓷基板上层叠由涂布所述含Ti焊膏形成的第一焊料层；以及
将所述Cu-P-Sn钎料制成铜基焊膏，在所述第一焊料层或所述铜金属件上层叠由涂布所述铜基焊膏形成的第二焊料层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述含Ti焊膏与所述含Ti焊膏和所述铜基焊膏两者的质量比为8％～30％。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述含Ti焊膏在涂布后的面密度为15～35g/m2，所述铜基焊膏在涂布后的面密度为80～115g/m2。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
所述含Ti焊膏包括氢化钛和粘结剂，所述粘结剂与所述含Ti焊膏的质量比为40％～70％；
并且/或者，所述铜基焊膏包括Cu-P-Sn钎料和粘结剂，所述粘结剂与所述铜基焊膏的质量比为10％～20％。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含Ti焊料为氢化钛，对所述层叠体进行烧结处理的步骤包括：
第一烧结处理，将所述层叠体在第一烧结温度进行烧结处理，所述第一烧结温度大于氢化钛的分解温度且小于所述Cu-P-Sn钎料的熔点；以及
第二烧结处理，将经过所述第一烧结处理后的所述层叠体在第二烧结温度进行烧结处理，所述第二烧结温度大于或等于650℃。
11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷基板为由氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷中的至少一个构成的基板。
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