CN101521986A

CN101521986A - 金属基印刷电路板

Info

Publication number: CN101521986A
Application number: CN200910097243A
Authority: CN
Inventors: 王德苗; 金浩; 王庆; 冯斌; 李强
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2009-09-02

Abstract

本发明属于电子元器件技术领域，特别是涉及一种金属基印刷电路板；其特征在于所述金属基材的整个表面设有陶瓷绝缘层，所述金属基材的表面与陶瓷绝缘层之间设有喷砂面层，在该陶瓷绝缘层表面镀有复合导电金属层；所述金属基材为金属板材和散热型金属型材中的一种，其材质为导热性能良好的铝、铝合金、铜、铜合金、不锈钢中的一种，其中金属板材的厚度不小于0.5mm；它具有结构简单、设计合理、绝缘性能好、散热性能优良、性能稳定、可靠、制作成本低、可以适合传统线路刻蚀工艺的特点。

Description

金属基印刷电路板

技术领域

本发明属于电子元器件技术领域，特别是涉及一种金属基印刷版。

背景技术

随着高功率、高密度电子器件的发展，电子器件的散热问题将日益突出。普通印制线路板多为玻璃布浸以树脂压覆铜箔经干燥加工而成，其导热效果较差。为解决高功率、高密度器件的散热问题，现已出现了一些金属基覆铜板和覆铜型材，如专利CN200620032367.2、CN200610145206.9，这些金属基覆铜板和覆铜型材是由金属基板、树脂绝缘层和铜箔板等构成，金属基板为厚度约几毫米的铝板或铜板，先在金属基板上涂布一层厚度为几十微米到几百微米的环氧树脂或填充有导热金属粒子的树脂绝缘层，再在该树脂绝缘层上压覆铜箔板。这些金属基覆铜板和覆铜型材已经广泛应用于大功率器件的表面贴装，但是它们还存在一些缺陷：

1.在铜箔板与金属基板之间存在一层厚度为几十到几百微米的较厚的树脂绝缘层，由于树脂的绝缘性能和导热性能都不佳，要实现高绝缘性能必须使绝缘层厚度较厚，而要增强导热性能又必须使绝缘层较薄。因此，这些金属基覆铜板和覆铜型材的散热性能和绝缘性能还不够理想。

2.铜箔板与基板采用环氧树脂等粘合剂粘合，铜箔板与基板之间的结合力、耐热性能都不佳，会给电路板的可靠性带来影响，更不适合高温焊接和铝丝超声焊接。

3.这些金属基覆铜板和覆铜型材没有设置阻挡高温无铅焊料溶蚀的阻挡金属层，所以难以承受高温无铅焊料溶蚀。

4.铜箔板通过树脂绝缘层压覆在金属板上，其表面的平整度很差，这给光刻腐蚀制作印刷电路特别是制造超细线条电路带来困难。

5.绝缘层容易被酸碱腐蚀，铝、铜基板也极易被腐蚀，所以上述金属基覆铜板和覆铜型材很难用传统溶液刻蚀工艺继续完成接下来的电路制作的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、设计合理、绝缘性能好、散热性能优良、性能稳定、可靠、制作成本低、可以适合传统线路刻蚀工艺的金属基印刷电路板。

本发明提供的金属基印刷电路板是采用这样的技术解决方案实现的：它包括金属基材，其特征在于所述金属基材的整个表面设有陶瓷绝缘层，所述金属基材的表面与陶瓷绝缘层之间设有喷砂面层，在该陶瓷绝缘层的表面镀有复合导电金属层。

所述金属基材为金属板材和散热型金属型材中的一种。其材质为导热性能良好的铝、铝合金、铜、铜合金、不锈钢中的一种。

所述陶瓷绝缘层为金属氧化物、金属化合物和金属氮化物中的一种，其厚度为5—30μm；它生长在金属基板的整个外表面。

所述复合导电金属层依次由过渡层和导电层构成；它直接镀覆在所述陶瓷绝缘层的表面。

所述导电层上镀覆有表面导电层。

由于本发明的陶瓷绝缘层直接生长在金属基板上，在陶瓷绝缘层上直接镀覆了导电层，从而使本发明印刷电路板的绝缘层既具有很强的绝缘性又具有优良的导热性能，同时该陶瓷层不易被酸碱腐蚀，所以能有效保证化学腐蚀时不会损伤金属基板，从而使本发明的金属基印刷电路板可以采用传统溶液刻蚀技术低成本地在其表面腐蚀出所需电路。

另一方面，本发明的导电层是由过渡层、导电层构成，均采用溅射工艺沉积而成。过渡层能良好地匹配陶瓷层与导电层的膨胀系数，降低内应力，并有效阻挡高温无铅焊料的溶蚀；溅射薄膜能大幅度增强膜层与基底的结合力，所以本发明的金属基印刷电路板能全方位适应低温焊接、高温焊接、铝丝超声焊接等多种焊接方式。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标号说明：1-金属基材、1-1-喷砂表面、2-陶瓷绝缘层、3-过渡层、4-导电层、5-任选的表面导电层。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括金属基材1，所述金属基材1的表面设有陶瓷绝缘层2，在该陶瓷绝缘层2上依次镀覆有过渡层3，在过渡层3上镀覆有导电层4和表面导电层5；在金属基材1的表面与陶瓷绝缘层2之间设有喷砂面层1-1，该喷砂面层1-1起着增加结合力和导热面积的作用，金属基材1为金属板材和散热型金属型材中的一种，其材质为导热性能良好的铝、铝合金、铜、铜合金、不锈钢中的一种；其中金属板材的厚度不小于0.5mm，所述金属板材和散热形金属型材均由市场中购得。

所述喷砂面层1-1是对金属基材1整个外表面进行喷砂—化学抛光处理而成。

所述陶瓷绝缘层2为化学稳定性好、导热性能导热性能优良的金属氧化物、金属化合物和金属氮化物中的一种绝缘层，如Al₂O₃、WC、AlN等，采用阳极氧化、微弧氧化、物理汽相沉积、化学汽相沉积、等离子喷镀等方法生成，其厚度为5—30μm。

在所述陶瓷绝缘层2的至少一个表面上采用溅镀工艺依次制作过渡层3、导电层4构成的复合导电金属层。导电层4制作完成后，根据需要还可以采用电镀或化学镀等工艺镀覆任选的表面导电层5。

所述的复合导电层中的过渡层3用来匹配陶瓷与导电膜层的膨胀系数，降低膜层应力，同时也是为了在高温焊接时阻挡焊锡对膜层的溶蚀，由铝、镍、铬、镍铜合金中的一种材料采用溅镀工艺制成，其厚度为0.2μm—10μm。

所述的复合导电金属层中的导电层4由铜或银或金等导电性能较好的金属材料，采用溅射工艺沉积而成，其厚度为0.1μm—3μm。

所述表面导电层5由铜或银、金等导电性能较好的金属材料，采用电镀或化学镀等工艺沉积而成，其厚度为0.1—3μm。

实施例：裁切一块厚度为1.5mm，长、宽同为100mm的纯铝板，去除毛刺和尖角，采用250目砂子对铝板进行喷砂处理，然后将经过喷砂处理的铝板放入浓磷酸、浓硝酸、冰乙酸重量比为85％：5％：10％的混合液体中进行化学抛光，化学抛光的温度保持在120℃左右，将铝板取出，立刻进行阳极氧化以生成厚度在15μm左右的氧化铝绝缘层，并在70℃温度下的水中进行封孔处理。用等离子水清洗烘干。将铝板放入真空中进行磁控溅射镀膜工序，首先是在陶瓷绝缘层一个选定表面上溅射上一层厚度在5000A左右的重量配比为4∶6的镍铜合金作为过渡层，然后在同一真空周期在镍铜膜上面同样用磁控溅射的方法生成一层厚度在5000A左右的银膜。测得导电层的抗拉强度为5Kg/Cm²，在360℃的无铅焊锡中浸10秒钟，膜层上的焊锡饱满，未见膜层被溶蚀；用丝网印刷电路图形，用150ml的63％HNO₃+1Kg的FeNO₃+800ml的H₂O组成的溶液中腐蚀制备电路，电路的线条平均宽0.2mm，线条边缘清晰，显微镜检查陶瓷层未见破坏，绝缘性能仍然为700V。用滴胶法焊接LED芯片，与涂有环氧树脂的同样厚度的覆铜板印刷电路板比较，本发明的金属基印刷电路板之热阻只有后者的30％。用超声铝丝焊接功率IC模块，本发明的金属基电路板的线条在焊接后未见起泡、短线现象，而带环氧树脂的金属基覆铜板在焊接时多处出现环氧树脂烧焦、线条起皮等不良现象。试验说明，本发明的金属基电路板在散热性、可焊性明显优于现有技术。

Claims

1、金属基印刷电路板，包括金属基材，其特征在于所述金属基材的整个表面设有陶瓷绝缘层，所述金属基材的表面与陶瓷绝缘层之间设有喷砂面层，在该陶瓷绝缘层表面镀有复合导电金属层。

2、根据权利要求1所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述金属基材为金属板材和散热型金属型材中的一种，其材质为导热性能良好的铝、铝合金、铜、铜合金、不锈钢中的一种，其中金属板材的厚度不小于0.5mm。

3、根据权利要求1所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述陶瓷绝缘层为金属氧化物、金属化合物和金属氮化物中的一种，其厚度为5—30μm。

4、根据权利要求1所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述复合导电金属层依次由过渡层、导电层和一任选的表面导电层构成。

5、根据权利要求1和4所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述过渡层由铝、镍、铬、镍铜合金中的一种材料制成，其厚度为0.2μm—10μm。

6、根据权利要求1和4所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述的导电层由铜、银、金中的一种金属材料制成，其厚度为0.1—3μm；所述的表面导电层由铜、银、金中的一种金属材料制成，其厚度为0.1—3μm。

7、根据权利要求4所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述导电层上镀覆有表面导电层。