專利名稱：一種導(dǎo)熱氮化鋁絕緣金屬基板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱的金屬印制線路基板的制備方法，具體涉及一種以高導(dǎo)熱的氮化鋁陶瓷板為基體，經(jīng)多步工序制得的高導(dǎo)熱金屬基板材料。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品向輕、薄、小、高密度、多功能化發(fā)展，線路板上元件組裝密度和集成度越來越高，功率消耗越來越大，對(duì)基板的散熱性能要求也越來越高。如果基板的散熱性不好，就會(huì)導(dǎo)致線路板上的元器件過熱，使整體的可靠性大大降低。在此情況下，研究性能可靠的高導(dǎo)熱金屬基板已經(jīng)迫在眉睫。金屬基板一般包含三層結(jié)構(gòu)，分別是導(dǎo)電層(用作線路)、絕緣層和金屬基層(用于導(dǎo)熱)。其中絕緣層是一層低熱阻、高介電常數(shù)的導(dǎo)熱絕緣材料，主要起到連接、絕緣和導(dǎo)熱的作用，是金屬基板的核心技術(shù)所在。目前導(dǎo)熱性較好的金屬基板，一般通過閥金屬陽極氧化制備絕緣層，如在鋁表面上陽極氧化制備氧化鋁絕緣層，然后在上面導(dǎo)電金屬化制造導(dǎo)電層獲得。但是氧化鋁絕緣層的熱導(dǎo)率只有30W/m · K，仍然是導(dǎo)熱金屬基板散熱的瓶頸，由其制得的絕緣導(dǎo)熱金屬基板仍難以滿足未來越來越高的散熱要求。而氮化鋁，單晶的熱導(dǎo)率約270 W/m*K，一般氮化鋁陶瓷片的熱導(dǎo)率也有180 200 W/m· K，是一種超高導(dǎo)熱的絕緣材料。但是由于氮化鋁絕緣薄膜的制備方法復(fù)雜，制造成本高，大大限制了用氮化鋁作絕緣層制備導(dǎo)熱金屬基板的應(yīng)用范圍。中國專利申請(qǐng)200710019440. 1 (公開號(hào)101232774，
公開日2008年7月30日)公
開了一種高熱導(dǎo)率陶瓷基印刷電路板及其制作方法，該電路板包括氮化鋁陶瓷層底層、環(huán)氧玻纖布粘結(jié)片或高導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂聚合物形成的中間絕緣層和表面導(dǎo)電層。選用清潔平整的環(huán)氧樹脂覆銅薄絕緣層，采用氣相淀積法表面陶瓷化的方法在絕緣層表面加工制作散熱陶瓷層，在絕緣層的外面進(jìn)一步覆蓋導(dǎo)電層，進(jìn)而在導(dǎo)電層上面蝕刻制作導(dǎo)電線路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種導(dǎo)熱率大于20 W/m · K的高導(dǎo)
熱氮化鋁絕緣金屬基板。本發(fā)明的另一目的是提供上述金屬基板的制備方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的
一種高導(dǎo)熱氮化鋁絕緣金屬基板，是以氮化鋁陶瓷板作導(dǎo)熱絕緣層，絕緣層上下兩面均鍍上緩沖層，兩個(gè)緩沖層外表面均鍍上第一導(dǎo)電層；其中，下方的第一導(dǎo)電層表面鍍金屬基層，上方的第一導(dǎo)電層表面鍍第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電層外鍍保護(hù)層。所述的金屬基板，氮化鋁陶瓷板厚度為0. Γ2. 0mm，緩沖層厚度為30(Γ800Α，第一導(dǎo)電層厚度為30(Γ800Α，金屬基層厚度為0. 05 2. 00mm，第二導(dǎo)電層厚度為0. θΓ . 00 mm, 保護(hù)層厚度為4 20 μ m。
所述緩沖層的金屬為鎢、鉬或鈦，或其中任意兩種金屬的合金；該緩沖層可以有效防止絕緣層和導(dǎo)電層之間剝落。所述第一導(dǎo)電層為銅、鎳、鐵、銀、金、鈀或其中任意兩種金屬的合金。所述金屬基層的金屬為銅、銀、鋁、鎳或其中任意兩種金屬的合金，主要起支撐和導(dǎo)熱的作用。所述第二導(dǎo)電層為銅、鋁、銀、金或其中任意兩種金屬的合金，主要加厚導(dǎo)電層，提高線路的導(dǎo)電能力。所述保護(hù)層為化學(xué)鍍鎳/浸金(ENIG)、化學(xué)鍍/電鍍銀(即化學(xué)鍍銀或電鍍銀)或化學(xué)鍍/電鍍錫(即化學(xué)鍍錫或電鍍錫)。上述金屬基板的制備方法，步驟如下
(1)對(duì)氮化鋁絕緣陶瓷板上下兩面進(jìn)行熱應(yīng)力緩沖層加工，采用物理沉積法，鍍上緩沖層金屬，緩沖層的熱膨脹系數(shù)與氮化鋁陶瓷的熱膨脹系數(shù)相一致；
(2)在兩個(gè)緩沖層外表面采用物理沉積法，均鍍上第一導(dǎo)電層；
(3)對(duì)其中下方的第一導(dǎo)電層表面采用電化學(xué)沉積法，鍍上金屬基層；
(4)對(duì)上方的第一導(dǎo)電層表面采用電化學(xué)沉積法，鍍上第二導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層為高導(dǎo)電 ^riM
(5)在第二導(dǎo)電層表面采用電化學(xué)沉積法，鍍上保護(hù)層。所述物理沉積法為離子鍍、濺射或蒸鍍；所述電化學(xué)沉積法為電鍍或化學(xué)鍍，均為本領(lǐng)域常規(guī)制備方法。在上述制備方法中，首先在氮化鋁絕緣層兩表面進(jìn)行緩沖層加工，生成一層與氮化鋁熱膨脹系數(shù)相匹配的緩沖層，再通過一定的方法使之實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電化，接著一面通過電化學(xué)沉積法，鍍上較厚的金屬層，用于支撐金屬基板，另一面則通過電化學(xué)沉積法加厚導(dǎo)電層，最后在導(dǎo)電層表面鍍上耐腐蝕和可焊性好的保護(hù)層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)異性能
(1)本發(fā)明提供的高導(dǎo)熱的金屬基板制備方法，采用的原料均不含重金屬，對(duì)環(huán)境友好，而且原料簡單易得，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定且易于操作；
(2)本發(fā)明提供方法得到的高導(dǎo)熱金屬基板，散熱效率極高，使用壽命長；在300°C下烘烤10分鐘，多層金屬層之間均沒出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，性能可靠性極高，完全滿足各種元器件的封裝要求。


圖1.高導(dǎo)熱氮化鋁絕緣金屬基板結(jié)構(gòu)示意圖，1為氮化鋁陶瓷板絕緣層，2為緩沖層，3為第一導(dǎo)電層，4為金屬基層，5為第二導(dǎo)電層，6為保護(hù)層。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
在0. 2mm厚的氮化鋁陶瓷板兩表面都蒸鍍上一層緩沖層——銷和鈦合金300A，然后磁控濺射金屬銀800A，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電化；再在其中一面金屬銀表面電鍍銅1mm，另外一面金屬銀表面電鍍銀銅合金IOym,加厚導(dǎo)電層，測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)為136W/m*K。接著在金屬金鍍層表面進(jìn)行貼膜，刻蝕處理，得到所需要的線路；最后進(jìn)行化學(xué)鍍銀15 μ m，即可獲得高導(dǎo)熱的氮化鋁絕緣金屬基板。實(shí)施例2
在0. 3mm厚的氮化鋁陶瓷板兩表面都磁控濺射上一層緩沖層——鶴和鈦合金500A，然后離子鍍上金屬銅500A，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電化；再在其中一面金屬銅表面電鍍鎳銅合金0. 8mm，另外一面金屬銅表面化學(xué)鍍銀lOym，加厚導(dǎo)電層，測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)為121W/m*K。接著在金屬銀鍍層表面進(jìn)行貼膜，刻蝕處理，得到所需要的線路；最后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳/浸金10 μ m,即可獲得高導(dǎo)熱的氮化鋁絕緣金屬基板。實(shí)施例3
在0. 2mm厚的氮化鋁陶瓷板兩表面都離子鍍上一層500A金屬鎢緩沖層，然后蒸鍍上鐵鎳合金300A，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電化；再在其中一面金屬金表面電鍍銀0. 5mm,另外一面金屬金表面電鍍銅30μπι，加厚導(dǎo)電層，測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)為167W/m*K。接著在金屬銅鍍層表面進(jìn)行貼膜， 刻蝕處理，得到所需要的線路；最后進(jìn)行電鍍錫20 μ m，即可獲得高導(dǎo)熱的氮化鋁絕緣金屬基板。將3個(gè)實(shí)施例制備的高導(dǎo)熱的氮化鋁絕緣金屬基板在300°C下烘烤10分鐘，多層金屬層之間均沒出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，性能可靠性極高。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱氮化鋁絕緣金屬基板，其特征在于以氮化鋁陶瓷板作導(dǎo)熱絕緣層，絕緣層上下兩面均鍍上緩沖層，兩個(gè)緩沖層外表面均鍍上第一導(dǎo)電層；其中，下方的第一導(dǎo)電層表面鍍金屬基層，上方的第一導(dǎo)電層表面鍍第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電層外鍍保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬基板，其特征在于所述氮化鋁陶瓷板厚度為0.Γ2. 0 mm，緩沖層厚度為30(Γ800Α，第一導(dǎo)電層厚度為30(Γ800Α，金屬基層厚度為0. 05 2. 00 mm, 第二導(dǎo)電層厚度為0. 0Γ1. 00 mm，保護(hù)層厚度為壙20 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬基板，其特征在于所述緩沖層的金屬為鎢、鉬、鈦或其中任意兩種金屬的合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬基板，其特征在于所述第一導(dǎo)電層的金屬為銅、鎳、鐵、 銀、金、鈀或其中任意兩種金屬的合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬基板，其特征在于所述金屬基層的金屬為銅、銀、鋁、鎳或其中任意兩種金屬的合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬基板，其特征在于所述第二導(dǎo)電層的金屬為銅、鋁、銀、 金或其中任意兩種金屬的合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬基板，其特征在于所述保護(hù)層為化學(xué)鍍鎳/浸金、化學(xué)鍍 /電鍍銀或化學(xué)鍍/電鍍錫。
8.權(quán)利要求1所述金屬基板的制備方法，其特征在于步驟如下(1)對(duì)氮化鋁絕緣陶瓷板上下兩面進(jìn)行熱應(yīng)力緩沖層加工，采用物理沉積法，鍍上緩沖層金屬，緩沖層的熱膨脹系數(shù)與氮化鋁陶瓷的熱膨脹系數(shù)相一致；(2)在兩個(gè)緩沖層外表面采用物理沉積法，均鍍上第一導(dǎo)電層；(3)對(duì)其中下方的第一導(dǎo)電層表面采用電化學(xué)沉積法，鍍上金屬基層；(4)對(duì)上方的第一導(dǎo)電層表面采用電化學(xué)沉積法，鍍上第二導(dǎo)電層；(5 )在第二導(dǎo)電層表面采用電化學(xué)沉積法，鍍上保護(hù)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述物理沉積法為離子鍍、濺射或蒸鍍；所述電化學(xué)沉積法為電鍍或化學(xué)鍍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)熱氮化鋁絕緣金屬基板及其制備方法，該金屬基板以氮化鋁陶瓷板作導(dǎo)熱絕緣層，絕緣層上下兩面均鍍上緩沖層，兩個(gè)緩沖層外表面均鍍上第一導(dǎo)電層；其中，下方的第一導(dǎo)電層表面鍍金屬基層，上方的第一導(dǎo)電層表面鍍第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電層外鍍保護(hù)層。制備方法是以氮化鋁陶瓷板作導(dǎo)熱絕緣層，通過物理沉積法鍍上緩沖層、第一導(dǎo)電層，其中一面第一導(dǎo)電層外電化學(xué)沉積鍍金屬基層，另一面導(dǎo)電層外電化學(xué)鍍高導(dǎo)電的第二導(dǎo)電層和保護(hù)層。本發(fā)明的高導(dǎo)熱氮化鋁絕緣金屬基板，具有散熱效率高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可靠性極高，能夠滿足各種元器件的封裝要求。
文檔編號(hào)H05K1/02GK102291928SQ20111013294
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者劉少芳, 崔國峰 申請(qǐng)人:中山大學(xué)