CN101894762A - 一种金属导热基板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子封装技术领域，公开了一种金属导热基板及其制作方法，由于采用在金属基板上印刷绝缘介质浆料层，采用激光烧蚀方法将其熔融，形成绝缘介质层，然后在绝缘介质层上印刷金属电路浆料层，采用激光烧蚀方法将其熔融，形成金属电路层，提供了良好的绝缘散热通道。本发明中采用激光熔融方法可以获得很高的图形精度，有利于产品的微型化和精准化，制作过程工艺简单，无污染，节省了材料，降低了成本，并且具有很好的散热效果。

Description

一种金属导热基板及其制作方法
技术领域
本发明涉及电子封装技术领域，尤其涉及的是一种金属导热基板及其制作方法。
背景技术
由于LED工作时结温的上升会使发光复合几率下降，寿命和输出光通量也会随着温度的升高而下降。如果PN结产生的热量能尽快的散发出去，不仅提高产品的发光效率，同时也提高了产品的可靠性和寿命，LED芯片对基板材料的线膨胀系数的匹配性也有严格的要求。
目前市面上较常见的陶瓷基板多为LTCC(低温共烧陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramic LTCC))或厚膜技术制成的陶瓷散热基板，此类型产品手网板印刷技术的校准瓶颈，使得其对位精准度上无法配合更进一步的焊接，如共晶或覆晶封装方式。
现有技术比较常见的是：绝缘介质层采用环氧树脂，其上再粘附铜电路层；其主要问题是：1.环氧树脂导热性差；2.环氧树脂高低温稳定性差；3.环氧树脂高温裂解造成可靠性差，且环氧树脂与铜电路层及基板的连接强度不高；4.制造电路时工艺复杂、有污染、不环保，且需要腐蚀掉不需要的铜电路层，浪费铜资源。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种金属导热基板及其制作方法，其工艺简单，无污染，节省了材料，降低了成本，并且具有很好的散热效果。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种金属导热基板的制作方法，其中，包括步骤：
A、根据需要的电路结构，采用印刷方法在金属基板表面印制陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层；
B、采用激光烧蚀方法熔融所述绝缘介质浆料层，使其与金属基板紧密结合，形成陶瓷玻璃混合物绝缘介质层；
C、在所述绝缘介质浆料层上印刷金属电路浆料层；
D、采用激光烧蚀方法，对绝缘介质层上的金属电路浆料层进行激光熔融，使其与所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质层紧密结合，形成金属电路层。
所述金属导热基板的制作方法，其中，在所述步骤A之前还包括步骤：
a、用机械或化学的方法除去金属基板表面的油污和杂质，清洗并烘干后使金属基板的表面干净平整。
所述金属导热基板的制作方法，其中，所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层主要由玻璃相、陶瓷粉末与有机载体混合而成，且所述陶瓷粉末占10～70％、所述玻璃相占20～80％、其余为所述有机载体。
所述金属导热基板的制作方法，其中，
所述陶瓷粉末为三氧化二铝、氮化铝、氧化锆、碳化硅和/或金刚石；
所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2体系玻璃，及含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂；且其配比为：SiO2：20-50wt％，Al2O3：20-50wt％，BaO：10-20wt％，MgO：10-20wt％，含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂成分总和为5-10wt％；
所述有机载体至少包括松油醇和/或柠檬酸三丁酯，以及，含乙基纤维素、司班-85、1-4丁内酯和/或氢化蓖麻油的添加剂。
所述金属导热基板的制作方法，其中，所述金属电路浆料层的制作材料包括铜浆料、银浆料、金浆料、钯浆料中的一种或数种的组合。
所述金属导热基板的制作方法，其中，所述金属基板的制作材料为铝、铜、钢、钛、钼、钨中的一种或其合金，不锈钢，或者，可伐合金。
一种金属导热基板，包括金属基板，设置在所述金属基板表面的绝缘介质层，以及设置在所述绝缘介质层上的金属电路层，其中，
所述绝缘介质层为陶瓷玻璃混合物绝缘介质层，是根据需要的电路结构，通过采用激光烧蚀方法熔融陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料所形成的；
所述金属电路层是通过激光烧蚀方法对所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质层上的金属电路浆料进行激光熔融所形成的。
所述的金属导热基板，其中，所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层主要由玻璃相、陶瓷粉末与有机载体混合而成，且所述陶瓷粉末占10～70％、所述玻璃相占20～80％、其余为所述有机载体。
所述的金属导热基板，其中：
所述陶瓷粉末为三氧化二铝、氮化铝、氧化锆、碳化硅和/或金刚石；
所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2体系玻璃，及含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂；且其配比为：SiO2：20-50wt％，Al2O3：20-50wt％，BaO：10-20wt％，MgO：10-20wt％，含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂成分总和为5-10wt％；
所述有机载体至少包括松油醇和/或柠檬酸三丁酯，以及，含乙基纤维素、司班-85、1-4丁内酯和/或氢化蓖麻油的添加剂。
所述的金属导热基板，其中，所述金属电路浆料层的制作材料包括铜浆料、银浆料、金浆料、钯浆料中的一种或数种的组合；
所述金属基板的制作材料为铝、铜、钢、钛、钼、钨中的一种或其合金，不锈钢，或者，可伐合金。
本发明所提供的一种金属导热基板及其制作方法，由于采用在金属基板上印刷绝缘介质浆料层，采用激光烧蚀方法将其熔融，形成绝缘介质层，然后在绝缘介质层上印刷金属电路浆料层，采用激光烧蚀方法将其熔融，形成金属电路层，具有如下优点：
1、采用印刷方法按需选择性直接制作出所需要的绝缘介质浆料层和金属电路浆料层形状，电路形状容易设计，可以大量节约陶瓷玻璃混合物和金属材料，工艺简单，成本低，环保无污染。
2、采用激光熔融方法可以获得很高的图形精度，有利于产品的微型化和精准化。
3、绝缘介质层和金属电路层厚度按需任意控制，其最佳厚度分别为绝缘介质层4um～200um，金属电路层4um～200um。
4、采用激光烧蚀熔融方法形成所需绝缘介质层和金属电路层，避免了整体高温烧结无需采用高温烧结工艺，节能、环保，扩大了可选金属基板的材料种类，易于实现产业化。
附图说明
图1是本发明实施例的金属导热基板的制作方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种金属导热基板结构侧视图；
图3是本发明实施例提供的金属导热基板结构俯视图。
具体实施方式
本发明所提供的一种金属导热基板及其制作方法，在金属上使用印刷和激光烧蚀熔融方法制造金属基陶瓷玻璃混合物绝缘薄膜绝缘膜导热PCB基板，用于功率LD、LED及功率电子器件、传感器的封装、电路连接，并提供良好的散热通道，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明
本发明的一种金属导热基板的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤110、对金属基板表面去油、去氧化处理。用机械或化学的方法除去金属基板表面的油污和杂质，以及用微弧氧化法或喷砂工艺处理金属基板表面，清洗并烘干后得到干净平整的金属基板表面。
步骤120、根据需要的电路结构，采用印刷方法在金属基板表面印制陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层。所述根据需要的电路结构是在金属基板表面根据电路设计的具体电路结构形状来印制陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层。这样，不用在整个金属基板表面都覆盖陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层，只是根据具体电路结构形状来印制，其可以大量节约陶瓷玻璃混合物，工艺简单，成本低，环保无污染。
本发明中，所述金属基板的种类不限，常用铝、铜、钢、钛、钼、钨中的一种或其合金，不锈钢，或者，可伐合金。
所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层主要由玻璃相、陶瓷粉末与有机载体混合而成，且所述陶瓷粉末占10～70％、所述玻璃相占20～80％、其余为所述有机载体。
其中，所述陶瓷粉末的主料为氧化锆、碳化硅、三氧化二铝、氮化铝、和/或金刚石等陶瓷粉末，后二者的导热系数大大高于三氧化二铝，使用时需按一定要求将陶瓷粉末与玻璃相混合。
所述玻璃相以MgO-BaO-Al2O3-SiO2体系玻璃为主，并添加了B2O3、TiO2、CaF2、ZrO2或其混合物作为添加剂；且其配比为：SiO2：20-50wt％，Al2O3：20-50wt％，BaO：10-20wt％，MgO：10-20wt％，含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂成分总和为5-10wt％。
所述有机载体主体为松油醇、柠檬酸三丁酯，以及，含乙基纤维素、司班-85、1-4丁内酯和/或氢化蓖麻油的添加剂。
步骤130、采用激光烧蚀方法熔融所述绝缘介质浆料层，使其与金属基板紧密结合，形成陶瓷玻璃混合物绝缘介质层。采用激光烧蚀方法熔融生成的陶瓷玻璃混合物绝缘介质层与金属基板的连接附着强度高，热应力小，工艺简单，且只需根据具体电路结构形状在需要生长绝缘介质层的地方生长陶瓷玻璃混合物绝缘介质层，节省了材料，降低了成本，无污染，并且可以达到更高的散热效果。
步骤140、在所述绝缘介质浆料层上印刷金属电路浆料层。所述金属电路浆料层的材料为铜浆料、银浆料、金浆料、钯浆料中的一种或数种的组合。
步骤150、采用激光烧蚀方法，对绝缘介质层上的金属电路浆料层进行激光熔融，使其与所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质层紧密结合，形成全属电路层。本步骤中的激光烧蚀方法生成的金属电路层与绝缘介质层的附着强度高，热应力小，电气性能良好，工艺简单，且只在上述步骤120中需根据具体电路结构形状生长的陶瓷玻璃混合物绝缘介质层上生成金属电路层，节省了材料，降低了成本，无污染。
其中，上述步骤中所述激光烧蚀方法的激光烧结工艺过程可采用在氮气气氛保护或空气中进行，如果采用在氮气气氛保护进行激光烧结效果更佳。
以下通过一具体的实施例对本发明做更详细说明。
采用所述金属基板为铜基板。陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层浆料成分为：氮化铝(AlN)粉末+玻璃相+有机载体。将各物质按AlN粉末：50wt％；玻璃相：40wt％；有机载体：10wt％的重量比进行混合：
其中：
1、AlN粉末：要求高纯(99.5％)的微粉
2、玻璃相成分：玻璃相以MgO-BaO-Al2O3-SiO2体系玻璃相为主，并添加了B2O3和CaF2添加剂。其各自配比为：SiO2：40wt％、Al2O3：20wt％、BaO：20wt％、MgO：10wt％、B2O3：5wt％、CaF2：5wt％。
3、有机载体成分：松油醇、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、司班-85、1-4丁内酯有机载体。其各自配比为：松油醇：70wt％、柠檬酸三丁酯：20wt％、乙基纤维素：4wt％、司班-85：3wt％、1-4丁内酯：3wt％。
所述金属电路层浆料成分为：银粉末+玻璃相+有机载体。
其中：银粉55％，玻璃相30％，有机载体(有机溶剂，粘稠剂，表面活性剂等)15％。
具体的工艺流程如下：
第一步、使用丙酮或其它溶剂，结合超声技术对金属基板表面去油、去氧化处理，使其表面清洁无污染。然后用清水超声冲洗晾干。
第二步、将陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料按所述配比进行均匀混合，使其无气泡，达到所需要求。在丝网印刷机器上安装已经制作好绝缘介质层的图形的网板，并采用丝网印刷工艺在金属基板上印刷10微米厚度的陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层。
第三步、使用YAG连续固体激光器，调节激光器工作参数，使其光斑尺寸50微米，激光光斑扫描速度为10mm/s，对印刷好的绝缘介质浆料层通过激光直接照射熔融，使其与金属基板紧密结合，形成所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质层。
第四步、对所制作的基板用丙酮超声进行清洗，除掉少数未熔融的陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料。然后用清水超声冲洗晾干。
第五步、将金属电路浆料按所述配比进行均匀混合，使其无气泡，达到所需要求。在丝网印刷机器上安装已经制作好金属电路图形的网板，并采用丝网印刷工艺在上述基板上印刷10微米厚度的金属电路浆料层。
第六步、使用YAG连续固体激光器，调节激光器工作参数，使其光斑尺寸50微米，激光光斑扫描速度为15mm/s，对印刷好的金属电路浆料层通过激光直接照射对其熔融，使其与陶瓷玻璃混合物绝缘介质层紧密结合，形成金属电路层。
第七步、对所制作的基板用丙酮超声进行清洗，除掉少数未熔融的陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料。然后用清水超声冲洗晾干。
上述激光烧结工艺过程采用在氮气气氛保护或空气中进行。
基于上述金属导热基板的制作方法，本发明实施例还提供了一种金属导热基板100，如图2和图3所示。其包括金属基板110，在所述金属基板110表面设置有绝缘介质层120，以及在所述绝缘介质层120上设置有金属电路层130，其中，所述绝缘介质层120为陶瓷玻璃混合物绝缘介质层，是根据需要的电路结构，通过采用激光烧蚀方法熔融陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料，使其与金属基板110紧密结合所形成的绝缘介质层120。
所述金属电路层130是通过激光烧蚀方法对所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质层上的金属电路浆料进行激光熔融所形成的。这样，形成本发明所述的金属导热基板100，即为导热PCB基板，用于功率LD、LED及功率电子器件、传感器的封装、电路连接，并可提供良好的散热通道。如图2所示，在所述金属电路层130安装LED芯片140，所述LED芯片140从不同的金属电路层130引入电极，如图2所示，本发明的金属导热基板100节省了材料，降低了成本，并且具有很好的散热效果。
进一步地，所述金属基板的种类不限，常用铝、铜、钢、钛、钼、钨中的一种或其合金，不锈钢，或者，可伐合金。
所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层主要由玻璃相、陶瓷粉末与有机载体混合而成，且所述陶瓷粉末占10～70％、所述玻璃相占20～80％、其余为所述有机载体。
其中，所述陶瓷粉末的主料为氧化锆、碳化硅、三氧化二铝、氮化铝、和/或金刚石等陶瓷粉末，后二者的导热系数大大高于三氧化二铝，使用时需按一定要求将陶瓷粉末与玻璃相混合。
所述玻璃相以MgO-BaO-Al2O3-SiO2体系玻璃为主，并添加了B2O3、TiO2、CaF2、ZrO2或其混合物作为添加剂；且其配比为：SiO2：20-50wt％，Al2O3：20-50wt％，BaO：10-20wt％，MgO：10-20wt％，含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂成分总和为5-10wt％。
所述有机载体主体为松油醇、柠檬酸三丁酯，以及，含乙基纤维素、司班-85、1-4丁内酯和/或氢化蓖麻油的添加剂。
所述绝缘介质层的厚度较佳地为4um-200um，所述金属电路层的厚度为4um-200um。
本发明所提供的一种金属导热基板及其制作方法，由于采用在金属基板上印刷绝缘介质浆料层，采用激光烧蚀方法将其熔融，形成绝缘介质层，然后在绝缘介质层上印刷金属电路浆料层，采用激光烧蚀方法将其熔融，形成金属电路层，本发明具有如下优点：1、采用印刷方法按需选择性直接制作出所需要的绝缘介质浆料层和金属电路浆料层形状，电路形状容易设计，可以大量节约陶瓷玻璃混合物和金属材料，工艺简单，成本低，环保无污染；2、采用激光熔融方法可以获得很高的图形精度，有利于产品的微型化和精准化。3、绝缘介质层和金属电路层厚度按需任意控制，其最佳厚度分别为绝缘介质层4um～200um，金属电路层4um～200um。4、采用激光烧蚀熔融方法形成所需绝缘介质层和金属电路层，避免了整体高温烧结无需采用高温烧结工艺，节能、环保，扩大了可选金属基板的材料种类，易于实现产业化。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属导热基板的制作方法，其特征在于，包括步骤：
A、根据需要的电路结构，采用印刷方法在金属基板表面印制陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层；
B、采用激光烧蚀方法熔融所述绝缘介质浆料层，使其与金属基板紧密结合，形成陶瓷玻璃混合物绝缘介质层；
C、在所述绝缘介质浆料层上印刷金属电路浆料层；
D、采用激光烧蚀方法，对绝缘介质层上的金属电路浆料层进行激光熔融，使其与所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质层紧密结合，形成金属电路层。
2.根据权利要求1所述金属导热基板的制作方法，其特征在于，在所述步骤A之前还包括步骤：
a、用机械或化学的方法除去金属基板表面的油污和杂质，清洗并烘干后使金属基板的表面干净平整。
3.根据权利要求1所述金属导热基板的制作方法，其特征在于，所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层主要由玻璃相、陶瓷粉末与有机载体混合而成，且所述陶瓷粉末占10～70％、所述玻璃相占20～80％、其余为所述有机载体。
4.根据权利要求3所述金属导热基板的制作方法，
所述陶瓷粉末为三氧化二铝、氮化铝、氧化锆、碳化硅和/或金刚石；
所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2体系玻璃，及含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂；且其配比为：SiO2：20-50wt％，Al2O3：20-50wt％，BaO：10-20wt％，MgO：10-20wt％，含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂成分总和为5-10wt％；
所述有机载体至少包括松油醇和/或柠檬酸三丁酯，以及，含乙基纤维素、司班-85、1-4丁内酯和/或氢化蓖麻油的添加剂。
5.根据权利要求1所述金属导热基板的制作方法，其特征在于，所述金属电路浆料层的制作材料包括铜浆料、银浆料、金浆料、钯浆料中的一种或数种的组合。
6.根据权利要求1所述金属导热基板的制作方法，其特征在于，所述金属基板的制作材料为铝、铜、钢、钛、钼、钨中的一种或其合金，不锈钢，或者，可伐合金。
7.一种金属导热基板，包括金属基板，设置在所述金属基板表面的绝缘介质层，以及设置在所述绝缘介质层上的金属电路层，其特征在于，
所述绝缘介质层为陶瓷玻璃混合物绝缘介质层，是根据需要的电路结构，通过采用激光烧蚀方法熔融陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料所形成的；
所述金属电路层是通过激光烧蚀方法对所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质层上的金属电路浆料进行激光熔融所形成的。
8.根据权利要求7所述的金属导热基板，其特征在于，所述陶瓷玻璃混合物绝缘介质浆料层主要由玻璃相、陶瓷粉末与有机载体混合而成，且所述陶瓷粉末占10～70％、所述玻璃相占20～80％、其余为所述有机载体。
9.根据权利要求8所述的金属导热基板，其特征在于：
所述陶瓷粉末为三氧化二铝、氮化铝、氧化锆、碳化硅和/或金刚石；
所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2体系玻璃，及含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂；且其配比为：SiO2：20-50wt％，Al2O3：20-50wt％，BaO：10-20wt％，MgO：10-20wt％，含B2O3、TiO2、CaF2、和/或ZrO2的添加剂成分总和为5-10wt％；
所述有机载体至少包括松油醇和/或柠檬酸三丁酯，以及，含乙基纤维素、司班-85、1-4丁内酯和/或氢化蓖麻油的添加剂。
10.根据权利要求7所述的金属导热基板，其特征在于，所述金属电路浆料层的制作材料包括铜浆料、银浆料、金浆料、钯浆料中的一种或数种的组合；
所述金属基板的制作材料为铝、铜、钢、钛、钼、钨中的一种或其合金，不锈钢，或者，可伐合金。
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