專利名稱：制備電子電路絕緣金屬基板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料制備工藝領(lǐng)域，特別涉及一種制備電子電路絕緣金屬基板的方法。
背景技術(shù)：
隨著制造技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的功率越來越大，體積越來越小，導致集成度越來越高。大功率LED是一種常用的電子器件，其中的發(fā)熱器件主要是芯片，芯片產(chǎn)生的熱能主要通過封裝支架導出到基板上。隨著單顆LED的功率越來越大，芯片的發(fā)熱量也越來越大，所以對LED的封裝支架也提出了更高的散熱性要求。當前，應用于大功率LED封裝的支架，主要有兩種，分為金屬基和陶瓷基。陶瓷基支架一般只有兩層，即基底的陶瓷層和上面的導電層。陶瓷基支架的主要優(yōu)點是絕緣性好，穩(wěn)定性高，但最主要的缺點是陶瓷成型與燒結(jié)的工藝復雜，且耗能極大，成本比較昂貴，金屬基支架通常由三層構(gòu)成，分別是金屬基層、絕緣層和導電層，其中，絕緣層主要起粘結(jié)、絕緣和導熱的作用，其主要成分是環(huán)氧樹脂、硅樹脂或丙烯酸類粘結(jié)劑，其導熱系數(shù)通常低于I W/m. K，相對于大功率LED的巨大發(fā)熱量，其散熱性不充分，嚴重影響整個支架的散熱性能。改進的方法是，在該有機絕緣層中加入氮化物系、碳化物系的導熱陶瓷填料，以增進其導熱性能，但改進后的導熱系數(shù)也并不高，通常低于3 W/m. K，散熱效果并不理想。由于陶瓷材料絕緣性好，同時能具有好的導熱性，因此將來有可能替代環(huán)氧樹脂，來粘接支架底部的金屬基板與上部的導電層，起到絕緣、導熱的作用。但在金屬上生長陶瓷，一直是技術(shù)上的難題，目前尚沒有普遍公認的標準做法。陶瓷基覆銅板(DBC)是另一種典型的用于大功率電力電子電路的基板，它采用銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁或氮化鋁的陶瓷基板上，從而具有優(yōu)良的電絕緣性能，高導熱特性，優(yōu)異的軟釬焊性和高的附著強度。它可像PCB板一樣刻蝕出各種圖形，具有很大的載流能力，因此已成為大功率電力電子電路的基礎材料。DBC基板的優(yōu)點顯而易見，但最主要的缺點是它要用到陶瓷基板，而陶瓷成型與燒結(jié)的工藝復雜，且耗能極大，導致DBC基板的成本比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種新的制備電子電路絕緣金屬基板的方法，通過利用包括等離子體噴涂、電弧噴涂在內(nèi)的各種熱噴涂技術(shù)，非常方便地在金屬基板上沉積絕緣陶瓷層，起到導熱和絕緣功能，然后再次利用熱噴涂法在陶瓷層上沉積金屬層。由于陶瓷噴涂工藝成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)陶瓷與金屬的緊密結(jié)合，得到有良好絕緣且導熱性好的封裝支架。而且噴涂工藝的產(chǎn)量高，能大大降低封裝支架的成本。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是I、一種制備電子電路絕緣金屬基板的方法，包括以下步驟一、用金屬基板表面進行處理，得到清潔平整的表面；
二、采用熱噴涂在金屬板表面沉積陶瓷導熱絕緣層；
三、采用熱噴涂在陶瓷上沉積導電金屬層；
四、采用掩膜光刻的方法，在上部的導電金屬層上蝕刻布線圖案。作為本發(fā)明的進一步改進，所述金屬基板為鋁、或鋁合金、或銅、或銅合金、或鐵或鐵合金。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述陶瓷導熱絕緣層為氮化鋁、氧化鋁、或碳化硅。作為本發(fā)明的進一步改進，所述導電金屬層為銅、或銅合金、或銀、或銀合金、或金、或金合金的單金屬層或兩種以上金屬層組成的多金屬層。作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟二和步驟三中的熱噴涂技術(shù)，為等離子體噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂、或超音速噴涂。作為本發(fā)明的進一步改進，所述多金屬層采用化學電鍍方式制成。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用的金屬基板一般是導熱性能良好、價格低廉的金屬，如銅及其合金、鋁及其合金、鐵及其合金，本發(fā)明主要使用鋁合金。對于鋁基板，在噴涂前，僅僅需要拋光和噴砂處理。噴砂的作用是在表面形成凹凸不平的微孔，相當于提高了鋁基板表面的微觀界面面積，使陶瓷粉更容易滲入到微孔中，形成更好的結(jié)合強度。在氮化鋁陶瓷層噴涂完成之后，導電金屬層噴涂之前，需判斷是否要對氮化鋁陶瓷層進行表面拋光處理，這要由氮化鋁層的粗糙度，和之后的金屬層噴涂工藝而定。導電金屬的噴涂過程中，不同的噴涂工藝對氮化鋁層的粗糙度要求不同。例如，若是后期工藝要求氮化鋁的表面光潔度高，而噴涂出來的氮化鋁層粗糙度高，則需對其進行拋光，否則不用拋光。在導電金屬層噴涂完成之后，蝕刻布線圖案之前，也需要根據(jù)基板上線路的要求，決定是否對導電金屬層進行表面拋光，拋光時可以選取各種類型的拋光機。布線圖案的制作，可以采用已經(jīng)非常成熟的掩膜光刻工藝。由于噴涂工藝穩(wěn)定，速度快，因此該絕緣金屬基板成本低廉，非常有潛力取代現(xiàn)在昂貴的DBC基板。


圖I為本發(fā)明的絕緣金屬基板的制備工藝流程 圖2為本發(fā)明絕緣金屬基板基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。實施例一
以鋁合金為絕緣金屬基板的的基材，一般選擇有較高導熱率和一定機械強度，又能夠耐受一定溫度的鋁板，如5052、6061等牌號的鋁板。制備絕緣層所用的陶瓷為氮化鋁，導電材料為銅。I.先用機械或化學的方法去除鋁板表面的油污和雜質(zhì)，然后采用噴砂工藝，得到清潔的工件表面，鋁板的厚度為O. 5mm ；
2.采用等離子體噴涂在鋁板表面生長氮化鋁陶瓷層，控制等離子體噴涂的工藝，得到的氮化鋁涂層與鋁板層的結(jié)合強度大于30MPa，氮化鋁層的厚度為O. 2mm，氣孔率低于5%，電阻率達到IO12 Ω .cm以上；
3.對氧化鋁陶瓷層進行拋光，使其光潔度Ra達到I.6 μ m ;
4.采用電弧噴涂在氮化鋁陶瓷層沉積銅層，厚度為O.Imm ；
5.對導電銅層進行拋光，使光潔度達到0.4μ m。經(jīng)測試導電銅層在平面內(nèi)整體導通，但與底層的鋁基板絕緣； 6.采用掩膜光刻方法對導電銅層進行蝕刻，形成布線圖案；
實施例二
以銅合金為絕緣金屬基板的的基材，一般選擇高導熱性的工業(yè)純銅。制備絕緣層所用的陶瓷為氧化鋁，導電材料為銅覆蓋銀，主要是為了滿足大功率封裝支架對導電金屬層表面反射率的高要求；
1.先用機械或化學的方法去除銅板表面的油污和雜質(zhì)，然后采用噴砂工藝，得到清潔的工件表面，銅板的厚度為I mm ；
2.采用等離子體噴涂在鋁板表面生長氧化鋁陶瓷層，控制等離子體噴涂的工藝，得到的氧化鋁涂層與鋁板層的結(jié)合強度大于30MPa，氧化鋁層的厚度為O. 4mm，氣孔率低于5%，電阻率達到IO12 Ω .cm以上。3.對氧化鋁陶瓷層進行拋光，使其光潔度Ra達到I. 6 μ m ;
4.采用電弧噴涂在氧化鋁陶瓷層沉積銅層，厚度為O.2mm。經(jīng)測試導電銅層在平面內(nèi)整體導通，但與底層的鋁基板絕緣；
5.采用掩膜光刻方法對導電銅層進行蝕刻，形成布線圖案；
6.通過化學鍍膜方法在銅布線圖案上鍍上一層銀，得到表面反射率高的銅涂覆銀層。
權(quán)利要求
1.一種制備電子電路絕緣金屬基板的方法，其特征在于包括以下步驟 一、用金屬基板(I)表面進行處理，得到清潔平整的表面； 二、采用熱噴涂在金屬板表面沉積陶瓷導熱絕緣層(2); 三、采用熱噴涂在陶瓷上沉積導電金屬層(3)； 四、采用掩膜光刻的方法，在上部的導電金屬層上蝕刻布線圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備電子電路絕緣金屬 基板的方法，其特征在于所述金屬基板(I)為招、或招合金、或銅、或銅合金、或鐵或鐵合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備電子電路絕緣金屬基板的方法，其特征在于所述陶瓷導熱絕緣層(2)為氮化鋁、氧化鋁、或碳化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備電子電路絕緣金屬基板的方法，其特征在于所述導電金屬層(3)為銅、或銅合金、或銀、或銀合金、或金、或金合金的單金屬層或兩種以上金屬層組成的多金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備電子電路絕緣金屬基板的方法，其特征在于所述步驟二和步驟三中的熱噴涂技術(shù)，為等離子體噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂或超音速噴涂。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備電子電路絕緣金屬基板的方法，其特征在于所述多金屬層采用化學電鍍方式制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備電子電路絕緣金屬基板的方法，包括以下步驟一、用金屬基板表面進行處理，得到清潔平整的表面；二、采用熱噴涂在金屬板表面沉積陶瓷導熱絕緣層；三、采用熱噴涂在陶瓷上沉積導電金屬層；四、采用掩膜光刻的方法，在上部的導電金屬層上蝕刻布線圖案，采用該方法制成的絕緣金屬基板成本低廉，非常有潛力取代現(xiàn)在昂貴的DBC基板。
文檔編號H05K3/02GK102740604SQ20121024071
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者萬軍平, 王一平, 王春華 申請人:蘇州衡業(yè)新材料科技有限公司