氮化铝陶瓷直接覆铜基板结合强度受铜片氧化层厚度而变化

优良的导电和导热性能是氮化铝陶瓷直接覆铜基板的核心优势，在大功率、高密度封装领域具有广泛的应用前景。但是氮化铝陶瓷直接覆铜基板的金属结合力是非常重要的关键，这个直接影响到后面的焊接和元器件插件。那么氮化铝陶瓷直接覆铜基板在不同的温度和时长情况下因为铜片氧化层的变化而变化，以下是具体的几个方面：

直接覆铜法制备氮化铝陶瓷覆铜基板的工艺条件下，采用分别在无氧铜片和AlN基片上进行预氧化的方法,从而形成相应的Cu2O和Al2O3氧化层,然后通过化学反应形成封接良好的界面,制备出AlN陶瓷直接敷铜基板。

不同铜片高温和时间长度下，氮化铝陶瓷覆铜基板结合力情况如下：

在900~1050℃之间,当氧气体积分数为2%~10%时,铜片表面可生成纯的Cu2O层。Cu2O层厚度随温度和氧含量的增加而逐渐增加,达到一定厚度后产生剥落。

氧化层厚度随氧化时间呈抛物线变化规律,当氧化温度和氧气体积分数分别为1000℃和4%时,氧化层厚度随时间变化符合抛物线规律x2=194t-955。铜片氧化层表面形貌取决于氧化速率,低氧化速率下可形成平整致密的Cu2O层,高的氧化速率下形成Cu2O纳米球形颗粒,均匀氧化亚铜纳米球形颗粒可以在氧化温度为1000℃,氧含量为4%,氧化时间为10min的条件下制备。

      氮化铝陶瓷基片在1200℃下,氧化层厚度增长缓慢,氧化层表面平整且致密;在1250℃下的氧化层表面有孔洞出现,并且随着氧化时间从30min延长到120min,氧化层上的孔洞数量也相应减少;在1300℃下,由于氧化速率过快,氧化层表面有裂纹产生。对覆接工艺的探索表明合适的覆接温度和时间分别为1080℃和25min。

      总结：通过对基板截面和断面的分析可知,基板最脆弱的部分是AlN陶瓷基片与其表面氧化层结合的地方,此断面的主要物相是Al2O3和AlN。氮化铝陶瓷直接覆铜基板的结合强度随着铜片氧化层厚度的增加而降低,表明预氧化层厚度是影响覆铜基板结合强度的关键因素。