【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于先進電子封裝技術和功能薄膜制備，具體涉及一種氮化硅陶瓷覆銅基板及其制備方法。
技術介紹
1、陶瓷基板屬于功率器件模塊的核心部分，一方面起到關鍵的機械支撐作用，另一方面作為重要的散熱材料。高導熱陶瓷基板（如氮化硅和氮化鋁）因具有優異的綜合性能，已成為igbt模塊等大功率器件領域最具應用潛力的封裝基板材料。表面金屬化是陶瓷基板實現芯片與電子元件互聯的重要環節之一，要求金屬導電層電阻小，同時與陶瓷基板具有較強的附著力，且經金屬化后仍需具備高熱導率。但是，由于陶瓷材料作為強共價鍵型化合物，其電子配位十分穩定，不易與其他材料反應，并且與常見金屬之間的潤濕困難，而陶瓷基板表面金屬化后的性能與功率器件在工作時的穩定性關系密切，故制約了陶瓷基板廣泛應用，因此，如何實現高可靠性陶瓷基板表面金屬化意義重大。
2、目前，常用的金屬化方法主要是直接覆銅法（dbc）和活性金屬釬焊法（amb）。直接覆銅法的制備溫度高，導致金屬與陶瓷界面應力大，制備過程中對設備和工藝控制要求高，增加了生產成本。活性金屬釬焊法成本較高，合適的活性焊料較少，且焊料成分與工藝對焊接質量影響較大，其中間層厚度決定了焊接質量，但不容易控制。
技術實現思路
1、為了解決上述現有技術的問題，本專利技術提供一種氮化硅陶瓷覆銅基板及其制備方法，所述氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法對設備和工藝控制要求低，成本低，且可以利用具有結構梯度的納米級梯度過渡層提高銅層與氮化硅陶瓷基板的結合力和耐熱沖擊性能，提高氮化硅陶瓷基板的綜合性
2、本專利技術通過以下技術方案實現：
3、第一方面，本專利技術提供一種氮化硅陶瓷覆銅基板，包括：氮化硅陶瓷基板，氮化硅陶瓷基板上依次層疊設置有zr基梯度過渡層和銅層；所述zr基梯度過渡層為zr-n層或zr-ru層；zr-n層中zr的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加或者n的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加；zr-ru層中ru的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加。
4、優選的，所述zr基梯度過渡層的厚度為100~800?nm。
5、進一步的，所述zr基梯度過渡層的厚度為100~300?nm。
6、優選的，所述銅層的厚度為0.5~2?μm。
7、第二方面，本專利技術提供所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，包括以下步驟：
8、s1：將氮化硅陶瓷基板進行雙面拋光、清洗處理；
9、s2：采用磁控濺射技術在氮化硅陶瓷基板表面沉積zr基梯度過渡層；
10、s3：采用磁控濺射技術在zr基梯度過渡層上沉積銅層。
11、優選的，s1中，清洗處理具體為：將氮化硅陶瓷基板依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗。
12、優選的，s2具體包括：以zr靶為靶材，在通入ar氣和n2氣條件下，通過磁控濺射的方式在氮化硅陶瓷基板上沉積zr-n層；或者，以zr和ru為靶材，通入ar氣，通過磁控濺射的方式在氮化硅陶瓷基板上沉積zr-ru層。
13、進一步的，在沉積zr-n層時，工藝參數為：ar氣流量為10~50?ml/min，n2氣流量為2~10?ml/min，工作氣壓為0.30~1.00?pa，zr靶濺射功率為50~100?w，沉積時間為30~100min；在沉積zr-ru層時，工藝參數為：ar氣流量為10~50?ml/min，工作氣壓為0.30~1.00?pa，zr靶濺射功率固定為60~100?w，ru靶濺射功率為30~50?w，沉積時間為60~120?min。
14、優選的，s3具體為：采用cu靶為靶材，在通入ar氣條件下，通過直流磁控濺射的方式在zr基梯度過渡層上沉積銅層。
15、進一步的，沉積銅層時，工藝參數為：直流濺射功率為80~120?w，ar氣流量為10~50ml/min，工作氣壓為0.5~1?pa，沉積時間為1~2?h。
16、與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：
17、本專利技術所述的氮化硅陶瓷覆銅基板，在氮化硅陶瓷基板與銅層之間設置了zr基梯度過渡層，所述zr基梯度過渡層是由zr-n或zr-ru層組成，二者的熱膨脹系數均介于陶瓷和銅金屬之間，通過調整梯度過渡層厚度和成分梯度可以優化氮化硅陶瓷基板與銅層的界面成分分布和結構梯度，從而解決二者之間的熱膨脹系數不匹配問題，進一步增強界面相容性，提高界面結合強度。
18、進一步的，本專利技術氮化硅陶瓷覆銅基板，隨zr基梯度過渡層厚度減小，氮化硅陶瓷基板/銅層界面結合強度逐漸提高，因此可以通過調整梯度層厚度調整二者界面結合強度，提高氮化硅陶瓷基板/銅層的界面結合性能。
19、本專利技術采用磁控濺射技術，在氮化硅陶瓷基板上沉積zr-n層、zr-ru層和銅層，制備方法簡單，工藝重復性好，薄膜可控性強，設備和工藝控制要求低，成本低。
20、進一步的，通過調節濺射工藝參數，可以調節梯度過渡層成分分布，調節其結構梯度，從而調節界面結合強度。
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1.一種氮化硅陶瓷覆銅基板，其特征在于，包括：氮化硅陶瓷基板，氮化硅陶瓷基板上依次層疊設置有Zr基梯度過渡層和銅層；所述Zr基梯度過渡層為Zr-N層或Zr-Ru層；Zr-N層中Zr的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加或者N的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加；Zr-Ru層中Ru的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加。
2.根據權利要求1所述的氮化硅陶瓷覆銅基板，其特征在于，所述Zr基梯度過渡層的厚度為100~800?nm。
3.根據權利要求2所述的氮化硅陶瓷覆銅基板，其特征在于，所述Zr基梯度過渡層的厚度為100~300?nm。
4.根據權利要求1所述的氮化硅陶瓷覆銅基板，其特征在于，所述銅層的厚度為0.5~2μm。
5.權利要求1~4任一項所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，S1中，清洗處理具體為：將氮化硅陶瓷基板依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗。
7.根據權利要求5所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備
8.根據權利要求7所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，在沉積Zr-N層時，工藝參數為：Ar氣流量為10~50?mL/min，N2氣流量為2~10?mL/min，工作氣壓為0.30~1.00?Pa，Zr靶濺射功率為50~100?W，沉積時間為30~100?min；在沉積Zr-Ru層時，工藝參數為：Ar氣流量為10~50?mL/min，工作氣壓為0.30~1.00?Pa，Zr靶濺射功率固定為60~100?W，Ru靶濺射功率為30~50?W，沉積時間為60~120?min。
9.根據權利要求5所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，S3具體為：采用Cu靶為靶材，在通入Ar氣條件下，通過直流磁控濺射的方式在Zr基梯度過渡層上沉積銅層。
10.根據權利要求9所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，沉積銅層時，工藝參數為：直流濺射功率為80~120?W，Ar氣流量為10~50?mL/min，工作氣壓為0.5~1?Pa，沉積時間為1~2?h。
...【技術特征摘要】
1.一種氮化硅陶瓷覆銅基板，其特征在于，包括：氮化硅陶瓷基板，氮化硅陶瓷基板上依次層疊設置有zr基梯度過渡層和銅層；所述zr基梯度過渡層為zr-n層或zr-ru層；zr-n層中zr的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加或者n的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加；zr-ru層中ru的含量自氮化硅陶瓷基板一側至銅層一側逐漸增加。
2.根據權利要求1所述的氮化硅陶瓷覆銅基板，其特征在于，所述zr基梯度過渡層的厚度為100~800?nm。
3.根據權利要求2所述的氮化硅陶瓷覆銅基板，其特征在于，所述zr基梯度過渡層的厚度為100~300?nm。
4.根據權利要求1所述的氮化硅陶瓷覆銅基板，其特征在于，所述銅層的厚度為0.5~2μm。
5.權利要求1~4任一項所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，s1中，清洗處理具體為：將氮化硅陶瓷基板依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗。
7.根據權利要求5所述的氮化硅陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，s2具體包括：以zr靶為靶材，在通入ar氣和n2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孟瑜，胡昕熠，張秀萍，賈聰穎，楊潘，王梓毆，劉明霞，
申請(專利權)人：西安文理學院，
類型：發明
國別省市：
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