CN101916731B - 一种陶瓷绝缘膜导热基板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子及光电子封装技术领域，公开了一种陶瓷绝缘膜导热基板及其制作方法，由于采用对金属基板表面进行清洁和粗糙化处理，使金属基板表面形成凹凸不平的清洁表面；采用等离子喷镀或超声喷涂方法在金属基板表面喷涂一层陶瓷绝缘膜层，在经过研磨抛光处理的陶瓷绝缘膜层表面，采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层，其工艺简单，制作成本低，散热效果好，并且不会造成微孔导通现象。

Description

一种陶瓷绝缘膜导热基板及其制作方法

技术领域

本发明涉及电子及光电子封装技术领域，尤其涉及的是一种陶瓷绝缘膜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，此些基板在制作过程中由于金属和陶瓷的熔点差异，需要在膜层浆料中加入玻璃，并且对金属基板的选择也有限制，这两者都大大降低了基板的导热效果。

而采用微弧氧化和硬质氧化，其方法是在基板上原位生长氧化铝及其混合物绝缘层，其上再用厚膜或薄膜工艺制作金属电路层。主要问题：1.膜层受基底材料制约，难以控制；2.工艺流程复杂、时间长；3.不需要绝缘介质层部分的绝缘介质层影响基板的散热效果；4.会出现微孔导通，封孔剂会进一步降低热导。

不锈钢基金属PCB基板，其绝缘介质层为玻璃及陶瓷混合物，其上再用厚膜工艺制造金属电路层；主要问题：1.需要使用玻璃作为粘合剂，玻璃导热性差；2.可供选择的金属基板仅为不锈钢，且不锈钢的导热系数低，不利于散热；3.采用烧结工艺，流程复杂、时间长、能耗高。

环氧树脂封装方法，由于环氧树脂的低导热率(0.3W/m·K)，整体散热效果更会受到严重影响，降低LED的寿命。

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，提供一种陶瓷绝缘膜导热基板及其制作方法，其工艺简单，制作成本低，散热效果好，并且不会造成微孔导通现象。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，其中，包括步骤：

A、对金属基板表面进行清洁和粗糙化处理，使金属基板表面形成凹凸不平的清洁表面；

B、采用等离子喷镀或超声喷涂方法在金属基板表面喷涂一层陶瓷绝缘膜层；

C、对所述陶瓷绝缘膜层表面进行研磨抛光处理；

D、在经过研磨抛光处理的陶瓷绝缘膜层表面，采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层。

所述陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，其中，在所述步骤A中：

采用喷砂、粗车、车螺纹、拉毛或化学腐蚀方法对所述金属基板表面进行粗糙化处理。

所述陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，其中，所述步骤B具体包括：

B1、将陶瓷粉末加工成微熔液滴状的液滴；

B2、将所述液滴喷涂在所述金属基板表面，使所述液滴与所述金属基板的凹凸表面利用抛锚原理互相嵌合。

所述陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，其中，所述陶瓷绝缘膜层的材料为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅中的一种或多种组合。

所述陶瓷绝缘膜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。

所述陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，其中，所述金属基板的厚度为1mm-10mm；所述陶瓷绝缘膜层的厚度为10-80μm。

一种陶瓷绝缘膜导热基板，包括金属基板，其中，所述金属基板表面设置为粗糙表面；其还包括在所述金属基板粗糙表面采用等离子喷镀或超声喷涂方法喷涂的陶瓷绝缘膜层，以及在所述陶瓷绝缘膜层上采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层。

所述的陶瓷绝缘膜导热基板，其中，所述陶瓷绝缘膜层的材料为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅中的一种或多种组合。

所述的陶瓷绝缘膜导热基板，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。

所述的陶瓷绝缘膜导热基板，其中，所述金属基板的厚度为1mm-10mm；所述陶瓷绝缘膜层的厚度为10-80μm。

本发明所提供的一种陶瓷绝缘膜导热基板及其制作方法，由于采用对金属基板表面进行清洁和粗糙化处理，使金属基板表面形成凹凸不平的清洁表面；采用等离子喷镀或超声喷涂方法在金属基板表面喷涂一层陶瓷绝缘膜层，在经过研磨抛光处理的陶瓷绝缘膜层表面，采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层，具有如下优点：

1)、陶瓷绝缘膜层使用等离子喷镀或超声喷涂这种物理喷涂的方法得到，其机理是将陶瓷粉末加工成微熔液滴状，即使液滴温度很高，也不会造成金属基板整体熔化变形，避免了金属基板和陶瓷在熔点上的差异对结合产生的影响。

2)、使用等离子喷镀或超声喷涂的方法形成的陶瓷绝缘膜层与金属基板间利用抛锚原理结合，不受金属与介质层本身的化学性质和熔点影响，扩大了金属基板和陶瓷材料的选择范围(本发明的抛锚原理通过液滴颗粒与金属基板的凹凸不平的表面互相嵌合，膜层与金属基板在抛锚点处形成机械的键而结合，这种结合与基板表面粗糙程度有关)。

3)、等离子喷镀或超声喷涂的方法将陶瓷直接熔化，无须使用玻璃，环氧树脂等低熔点材料作为粘合剂，提高了陶瓷绝缘膜层的导热率。

4)、陶瓷绝缘膜层密封性好，具有堆叠结构，液滴层层覆盖凝固，不会造成微孔导通现象。

5)、等离子喷镀或超声喷涂的方法适合大面积生产，易于实现产业化。

附图说明

图1是本发明实施例的陶瓷绝缘膜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陶瓷绝缘膜导热基板剖视图；

图3是图2中A部放大结构示意图。

具体实施方式

本发明所提供的一种陶瓷绝缘膜导热基板及其制作方法，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。

本发明的一种陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S110、对金属基板表面进行清洁和粗糙化处理，使金属基板表面形成凹凸不平的清洁表面；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。可以采用喷砂、粗车、车螺纹、拉毛或化学腐蚀方法对所述金属基板表面进行粗糙化处理。

步骤S120、采用等离子喷镀或超声喷涂方法在金属基板表面喷涂一层陶瓷绝缘膜层；所述陶瓷绝缘膜层的材料为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅中的一种或多种组合。

例如，将陶瓷粉末加工成微熔液滴状的液滴，然后将所述液滴喷涂在所述金属基板表面，使所述液滴与所述金属基板的凹凸表面利用抛锚原理互相嵌合，即在所述金属基板上面形成所述陶瓷绝缘膜层。

步骤S130、对所述陶瓷绝缘膜层表面进行研磨抛光处理；

步骤S140、在经过研磨抛光处理的陶瓷绝缘膜层表面，采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层。

本发明实施例所述的陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法中，如图2所示，首先提供一金属基板210，将其表面清洁并糙化。然后通过等离子镀或超声喷涂的方法在金属基板表面喷涂一层陶瓷绝缘膜层220。

金属基板210的种类可以不限，主要使用铝，铜及其合金。陶瓷绝缘膜层220的制作材料可以为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅或由其中几种材料混合形成的混合膜层。其中氮化铝的导热率大大高于其他材料，用于混合膜层中将提高膜层的导热率。

再对陶瓷绝缘膜层220表面进行抛光处理。之后再在经抛光处理的陶瓷绝缘膜层220上利用厚膜或薄膜技术制作电路所需要的金属电极层230。

本发明方法的好处是：陶瓷绝缘膜层220使用等离子镀或超声喷涂这种物理喷涂方法得到，其成膜机理是将陶瓷粉末加工成微熔液滴状，当液滴到达金属表面时其与金属基板利用抛锚原理结合。

抛锚原理如图3的放大图所示，标号4各点为抛锚点，撞成扁平状并随金属基板表面起伏的液滴颗粒由于和金属基板凹凸不平的表面互相嵌合，使陶瓷绝缘膜层220与金属基板210形成机械的键而结合，这种结合与金属基板210表面粗糙程度有关。可采用喷砂，粗车，车螺纹，拉毛或化学腐蚀等方法使金属基板210表面粗糙化。

即使液滴温度很高，也不会造成金属基板整体熔化变形，所以本发明的方法不受金属基板210与陶瓷绝缘膜层220本身的化学性质和熔点影响，可以直接将陶瓷加温到熔化温度进行成膜而不使用玻璃相来作为粘合剂，避免了粘合剂对热导率产生的影响。并且物理喷涂形成的膜层具有堆叠结构，液滴层层覆盖凝固，不会造成微孔导通现象。

基于上述本发明的一种陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，本发明实施例还提供了一种陶瓷绝缘膜导热基板，如图2所示，其包括金属基板210，所述金属基板210表面设置为粗糙表面，如图3的放大图所示；其还包括在所述金属基板210粗糙表面采用等离子喷镀或超声喷涂方法喷涂的陶瓷绝缘膜层220，以及在所述陶瓷绝缘膜层220上采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层230。

其中，所述陶瓷绝缘膜层220的制作材料可以为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅中的一种或多种组合。所述金属基板210的制作材料可以为铝、铜、钢、钛、钼、钨中的一种或其合金，不锈钢，或者，可伐合金。

以下将通过一具体的应用实施例对本发明的陶瓷绝缘膜导热基板做进一步详细的描述：

参见图2，应用实施例中的陶瓷绝缘膜导热基板包一金属基板210，在金属基板210上喷涂形成的陶瓷绝缘膜层220，以及在陶瓷绝缘膜层220上的金属电极230。

所述金属基板210厚度一般为1mm-10mm，其制作材料可以为铜，铝及其合金；所述陶瓷绝缘膜层220的制作材料可以为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅或其混合物，陶瓷绝缘膜层220的厚度较佳为10-80μm。

制造时：先将金属基板210进行清洁处理，然后对其表面进行喷沙糙化，如图3所示，使金属基板210形成凹凸不平的粗糙表面；然后采用等离子喷镀或超声喷涂工艺在金属基板210表面喷涂一层约为10-80μm的陶瓷绝缘膜层220；再采用刚玉粉和抛光膏对介质层表面进行研磨抛光处理；

然后再采用丝网印刷工艺制出10μm所需要的金属电极层230。

所述陶瓷绝缘膜层的材料为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅中的一种或多种组合。当喷涂氧化铝，氧化钇可直接在空气中进行；而喷涂材料为氮化铝，碳化硅时需在绝氧气氛中进行。

综上所述，本发明所提供的一种陶瓷绝缘膜导热基板及其制作方法，由于采用对金属基板表面进行清洁和粗糙化处理，使金属基板表面形成凹凸不平的清洁表面；采用等离子喷镀或超声喷涂方法在金属基板表面喷涂一层陶瓷绝缘膜层，在经过研磨抛光处理的陶瓷绝缘膜层表面，采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层，具有如下优点：

1)、陶瓷绝缘膜层使用等离子喷镀或超声喷涂这种物理喷涂的方法得到，其机理是将陶瓷粉末加工成微熔液滴状，即使液滴温度很高，也不会造成金属基板整体熔化变形，避免了金属基板和陶瓷在熔点上的差异对结合产生的影响。

2)、使用等离子喷镀或超声喷涂的方法形成的陶瓷绝缘膜层与金属基板间利用抛锚原理结合，不受金属与介质层本身的化学性质和熔点影响，扩大了金属基板和陶瓷材料的选择范围(本发明的抛锚原理如图3放大图所示，4号各点为抛锚点，撞成扁平状并随基材表面起伏的液滴颗粒由于和凹凸不平的表面互相嵌合，陶瓷绝缘膜层与金属基材表面在抛锚点处形成机械的键而结合，这种结合与基板表面粗糙程度有关)。

3)、等离子喷镀或超声喷涂的方法将陶瓷直接熔化，无须使用玻璃，环氧树脂等低熔点材料作为粘合剂，提高了陶瓷绝缘膜层的导热率。

4)、陶瓷绝缘膜层密封性好，具有堆叠结构，液滴层层覆盖凝固，不会造成微孔导通现象。

5)、等离子喷镀或超声喷涂的方法适合大面积生产，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 (7)

1.一种陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，其特征在于，包括步骤：

A、对金属基板表面进行清洁和粗糙化处理，使金属基板表面形成凹凸不平的清洁表面；

B、采用超声喷涂方法在金属基板表面喷涂一层陶瓷绝缘膜层；其中，所述陶瓷绝缘膜层的材料为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅中的一种或多种组合；

C、对所述陶瓷绝缘膜层表面进行研磨抛光处理；

D、在经过研磨抛光处理的陶瓷绝缘膜层表面，采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层；

其中，所述步骤B具体包括：

B1、将陶瓷粉末加工成微熔液滴状的液滴；

B2、将所述液滴喷涂在所述金属基板表面，使所述液滴与所述金属基板的凹凸表面利用抛锚原理互相嵌合；

撞成扁平状并随金属基板表面起伏的液滴颗粒由于和金属基板凹凸不平的表面互相嵌合，使陶瓷绝缘膜层与金属基板形成机械的键而结合。

2.根据权利要求1所述陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，其特征在于，在所述步骤A中，

采用喷砂、粗车、车螺纹、拉毛或化学腐蚀方法对所述金属基板表面进行粗糙化处理。

3.根据权利要求1所述陶瓷绝缘膜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。

4.根据权利要求1所述陶瓷绝缘膜导热基板的制作方法，其特征在于，所述金属基板的厚度为1mm-10mm；所述陶瓷绝缘膜层的厚度为10-80μm。

5.一种陶瓷绝缘膜导热基板，包括金属基板，其特征在于，所述金属基板表面设置为粗糙表面；其还包括在所述金属基板粗糙表面采用超声喷涂方法喷涂的陶瓷绝缘膜层，以及在所述陶瓷绝缘膜层上采用丝网印刷工艺印制出所需要的金属电极层；

其中，所述陶瓷绝缘膜层的材料为氧化铝，氧化钇，氮化铝，碳化硅中的一种或多种组合；

所述陶瓷绝缘膜层是采用将陶瓷粉末加工成微熔液滴状的液滴，然后将所述液滴喷涂在所述金属基板表面，使所述液滴与所述金属基板的凹凸表面利用抛锚原理互相嵌合的方法在所述金属基板上面形成的所述陶瓷绝缘膜层；陶瓷绝缘膜层与金属基板形成机械的键而结合。

6.根据权利要求5所述的陶瓷绝缘膜导热基板，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.根据权利要求5所述的陶瓷绝缘膜导热基板，其特征在于，所述金属基板的厚度为1mm-10mm；所述陶瓷绝缘膜层的厚度为10-80μm。

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