现代微电子技术发展迅猛,芯片功率及模块功率密度大大升高,电子元件和系统工作热耗散显著增加,直接键合铜（DBC）陶瓷基板逐渐取代传统的PCB基板,广泛应用于多芯片功率半导体模块电子线路。AlN陶瓷基板因具有优良的导热、介电和力学性能,且热膨胀系数与Si及GaAs等半导体材料相匹配,被公认为最佳DBC陶瓷基板材料之一。本文以添加2 wt%Y₂O₃的多晶AlN陶瓷基板为对象,研究其在空气气氛中1000-1300°C的氧化过程,探明氧化层结构、生长动力学及其形成机理;研究氧化AlN基板的抗弯强度、热导率随氧化层厚度变化的规律;比较研究了Cu²⁺活化氧化及直接氧化AlN-DBC的界面结构、剥离强度及其温度循环可靠性。AlN陶瓷基板表面氧化层由纳米α-Al₂O₃晶粒构成,其中分布纵横向微裂纹和相互连通的微孔。AlN晶界氧化形成纳米Al₂O₃管状阵列,并沿与AlN晶界垂直的方向向AlN晶内生长,形成氧化层包裹未氧化AlN的“核-壳”结构。“核-壳”结构中的微气孔与氧化层中沿原AlN晶界分布的连通气孔相连,成为氧化过程中O₂/N₂输入/输出的路径。AlN陶瓷基板的氧化层厚度与氧化时间呈线性关系,遵循氧化反应速率控制的动力学机制,氧化反应活化能为260.5 kJ/mol。随着氧化层厚度增大,氧化AlN陶瓷基板的抗弯强度及热导率性能均持续降低,而热膨胀系数升高。基于Kim模型及串联模型,分别建立了氧化AlN基板的抗弯强度、热导率随氧化层厚度变化的数学模型。与已有的模型相比,本研究新建模型的计算结果与实验数值更为接近,精度更高。在活化氧化AlN基板表面生成棒状和球状的CuAl₂O₄颗粒,提高AlN基板的表面积和表面粗糙度。Cu²⁺活化氧化AlN-DBC基板的界面过渡层由Cu氧化层、Cu-Al-O中间敷接层和Al₂O₃层构成。Cu²⁺活化氧化AlN-DBC基板的剥离强度和抗温度循环性能明显高于直接氧化AlN-DBC基板。Cu²⁺活化氧化AlN-DBC基板主要在AlN层剥离,而直接氧化AlN-DBC基板则在界面过渡层剥离。因而,前者具有更高的界面结合强度与可靠性。