CN102795875A - 一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，该方法包括以下步骤：在铝板表面进行陶瓷化处理；在陶瓷铝板陶瓷面形成表面处理层；将经过表面处理的陶瓷铝板的陶瓷面涂覆高导热粘结层；将涂覆高导热层的陶瓷铝板与铜箔叠加，形成叠合体；将叠合体在真空热压机中进行热压，再进行冷压，制得陶瓷铝基覆铜板。本发明通过在陶瓷铝板上涂覆高导热粘结层，再复合铜箔，铜箔和陶瓷层具有优良的导热效果，粘结层和陶瓷层具有优良的绝缘效果，耐压能力也得到提升，普通铝基板的耐压为2KV/mm，而本发明提供方法制备的铝基陶瓷覆铜板耐压能达到10-40KV/mm。
Description
技术领域
本发明涉及铝基覆铜板的制备方法，尤其涉及陶瓷铝基覆铜板的制备方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，新型电力电子器件的封装方向采用模块化，而其中导热的陶瓷覆铜板是关键材料。而陶瓷（AlN或Al2O3）覆铜板的生产常采用直接覆铜法DBC工艺，该工艺是利用铜和氧化亚铜在1064℃-1083℃之间产生Cu-Cu2O共晶液相作为铜板和陶瓷板之间的粘结剂将二者覆接在一起。覆接后的陶瓷覆铜板的剥离强度达60N/cm以上，并具有良好的导热性、耐冷热冲击性、较高的使用温度等优点，适用于各种功率模块中的芯片衬底。
陶瓷覆铜板的生产主要有原材料清洗、铜片预氧化、叠加烧结等工序，其生产过程复杂且工艺复杂，对设备要求过高，目前的陶瓷覆铜板面积受到设备制约，大多只能生产180*180mm以下板材。并且陶瓷基板由于脆性大，在后续PCB加工中比较困难。
铝基覆铜板是继陶瓷基板延伸的一款导热产品，他排除了陶瓷基板工艺复杂不容易控制、脆性大不易加工和面积的制约，但是铝基板的结构是由铝板和铜箔之间靠一层薄薄的绝缘层来粘结，要想提高铝基板的导热性能，只有将绝缘层做的越薄越好，而绝缘层的厚薄同时决定了铝基覆铜板绝缘耐压效果。绝缘层做薄了，耐压性能就会降低，通常铝基覆铜板耐压为2KV/mm。
发明内容
本发明要解决的问题是现有的制备陶瓷覆铜板的方法工艺复杂、对设备要求高、工艺条件不易控制、面积受制约及铝基覆绝缘效果和导热效果不理想，为此提供一种工艺简单、对设备要求低、工艺条件容易控制且生产面积不受制约的铝基陶瓷覆铜板的制备方法，该方法制备的铝基陶瓷覆铜板具有良好的导热性、耐冷热冲击性、绝缘性、加工性能等。
本发明的技术方案是：一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，它包括如下步骤：
（1）、在铝板表面进行陶瓷化处理：用喷枪将陶瓷瓷釉均匀的喷涂在铝板上，再进行高温450℃-570℃加固3-10 min，形成陶瓷化铝板，所述陶瓷瓷釉包括氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物，质量比为（1%-5%）：（25%-35%）：（15%-25%）：（2%-10%）：（20%-40%），所述碱金属氧化物包括氧化钠、氧化钾和氧化锂，质量比为4:3:1，所述瓷釉喷涂厚度为10-200μm；
（2）、在陶瓷铝板陶瓷面形成表面处理层：在陶瓷铝板陶瓷面涂覆一层表面活性剂并在140℃-200℃烘干5-30 min，表面活性剂包括：HLB值为8-10的烷基酚聚氧乙烯醚类及硅氧偶联剂；
（3）、将经过表面处理的陶瓷铝板的陶瓷面涂覆高导热粘结层：所述高导热粘结层由环氧树脂和无机纳米氧化物混合组成，所述无机纳米氧化物包括氧化锌、氧化钛、氧化钙、氧化锑、氧化铝、氧化锆、氧化硼、氧化硅、氮化铝、氮化硼、氮化硅；所述无机纳米氧化物的粒径在1-150nm之间，混合物含量中无机纳米氧化物质量含量为40-90%；
（4）、将涂覆高导热层的陶瓷铝板与铜箔叠加，形成叠合体；
（5）、将叠合体在真空热压机中进行热压，再进行冷压，制得陶瓷铝基覆铜板，所述真空热压机热压温度控制在140℃-220℃，热压时间控制在20-60 min。
上述方案中所述表面活性剂是OP和KH系列表面活性剂，它包括OP-10、OP-30、OP-40、KH-560。
上述方案中所述表面活性剂的烘干温度为180±5℃，烘烤时间为10±2 min。
上述方案中所述表面处理层的厚度为1-30μm。
上述方案中所述无机纳米氧化物的粒径在10-100nm之间，质量含量为50-60%。
上述方案中所述高导热粘结层的厚度为10-30μm。
上述方案中所述真空热压机热压温度控制在170℃-190℃，热压时间控制在40-50 min。
本发明的有益效果是通过在陶瓷铝板上涂覆高导热粘结层，再复合铜箔，铜箔和陶瓷层具有优良的导热效果，粘结层和陶瓷层具有优良的绝缘效果，耐压能力也得到提升，普通铝基板的耐压为2KV/mm，而本发明提供方法制备的铝基陶瓷覆铜板耐压能达到10-40KV/mm。
具体实施方式
本发明包括包括如下步骤：
（1）、在铝板表面进行陶瓷化处理：用喷枪将陶瓷瓷釉均匀的喷涂在铝板上，再进行高温450℃-570℃加固3-10 min，形成陶瓷化铝板，所述陶瓷瓷釉包括氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物，质量比为（1%-5%）：（25%-35%）：（15%-25%）：（2%-10%）：（20%-40%），所述碱金属氧化物包括氧化钠、氧化钾和氧化锂，质量比为4:3:1，所述瓷釉喷涂厚度为10-200μm；
（2）、在陶瓷铝板陶瓷面形成表面处理层：在陶瓷铝板陶瓷面涂覆一层表面活性剂并在140℃-200℃烘干5-30 min，表面活性剂包括：HLB值为8-10的烷基酚聚氧乙烯醚类及硅氧偶联剂。
（3）、将经过表面处理的陶瓷铝板的陶瓷面涂覆高导热粘结层：所述高导热粘结层由环氧树脂和无机纳米氧化物混合组成，所述无机纳米氧化物包括氧化锌、氧化钛、氧化钙、氧化锑、氧化铝、氧化锆、氧化硼、氧化硅、氮化铝、氮化硼、氮化硅；所述无机纳米氧化物的粒径在1-150nm之间，混合物含量中无机纳米氧化物质量含量为40-90%。
（4）、将涂覆高导热层的陶瓷铝板与铜箔叠加，形成叠合体。
（5）、将叠合体在真空热压机中进行热压，再进行冷压，制得陶瓷铝基覆铜板，所述真空热压机热压温度控制在140℃-220℃，热压时间控制在20-60 min。
根据本发明所提供的制备方法，所述表面活性剂优选OP和KH系列表面活性剂，具体包括：OP-10、OP-30、OP-40、KH-560。烘干温度优先选择180±5℃，烘烤时间优先选择10±2 min。
根据本发明所提供的制备方法，所述表面处理层厚度没有特别的限制，为了使高导热粘结层能够很好的与陶瓷层结合，优先地，所述表面处理层的厚度为1-30μm。
根据本发明所提供的制备方法，无机纳米氧化物的粒径较好的在10-100nm之间，最佳选择为20-80nm。
所述高导热环氧树脂和无机纳米氧化物的混合物中无机纳米氧化物质量含量最佳为50-60%。
根据本发明所提供的制备方法，所述高导热粘结层厚度没有特别的限制，为了使高导热粘结层能够很好的传导热量，优先地，所述高导热粘结层的厚度为10-30μm。
根据本发明所提供的制备方法，真空热压机热压温度优选170℃-190℃，热压时间优选40-50 min。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
（1）将1.2mm的铝板裁成200*200mm大小，经过水洗、烘干，将下列瓷釉均匀喷涂在铝板表面，形成120μm厚瓷釉层，再放入450摄氏度下烘烤3 min，使铝板表面陶瓷化。
| 原料 | 含量 |
| 氧化铝 | 5% |
| 二氧化硅 | 30% |
| 氧化钛 | 20% |
| 氧化硼 | 8% |
| 碱金属氧化物 | 38% |
（2）在其陶瓷面涂覆一层KH-560溶液，KH-560溶液为KH-560与丙酮的混合溶液，其配比为KH-560：丙酮=1:10；
（3）将涂覆后的陶瓷铝板放入180℃烘箱烘烤10 min；
（4）将烘烤后的陶瓷铝板，涂覆有表面活性剂面再涂覆10μm高导热粘结层，高导热粘结层为四溴双酚A环氧树脂和氧化铝的混合物，四溴双酚A环氧树脂：氧化铝=1:1.2；
（5）将涂覆好高导热粘结层的陶瓷铝板与210*210mm铜箔叠合，铜箔毛面接触高导热粘结层面；
（6）将叠合好的叠合层送入热压机高温170℃热压40 min，高压30Kg/cm2,再进行冷压30 min，至温度冷却至室温，制得陶瓷铝基覆铜板。
实施例2
（1）将1.2mm的铝板裁成200*200mm大小，经过水洗、烘干，将下列瓷釉均匀喷涂在铝板表面，形成150μm厚瓷釉层，再放入570摄氏度下烘烤10 min，使铝板表面陶瓷化。
| 原料 | 含量 |
| 氧化铝 | 3% |
| 二氧化硅 | 35% |
| 氧化钛 | 18% |
| 氧化硼 | 5% |
| 碱金属氧化物 | 35% |
（2）在其陶瓷面涂覆一层OP-30溶液，OP-30溶液为OP-30与丙酮的混合溶液，其配比为OP-30：丙酮=1:10；
（3）将涂覆后的陶瓷铝板放入180℃烘箱烘烤10 min；
（4）将烘烤后的陶瓷铝板，涂覆有表面活性剂面再涂覆30μm高导热粘结层，高导热粘结层为四溴双酚A环氧树脂和氮化铝的混合物，四溴双酚A环氧树脂：氮化铝=1:1.2；
（5）将涂覆好高导热粘结层的陶瓷铝板与210*210mm铜箔叠合，铜箔毛面接触高导热粘结层面；
（6）将叠合好的叠合层送入热压机高温190℃热压50 min，高压30Kg/cm2,再进行冷压30 min，至温度冷却至室温，制得陶瓷铝基覆铜板。
Claims (8)
1.一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征是它包括如下步骤：
（1）、在铝板表面进行陶瓷化处理：用喷枪将陶瓷瓷釉均匀的喷涂在铝板上，再进行高温450℃-570℃加固3-10 min，形成陶瓷化铝板，所述陶瓷瓷釉包括氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物，质量比为（1%-5%）：（25%-35%）：（15%-25%）：（2%-10%）：（20%-40%），所述碱金属氧化物包括氧化钠、氧化钾和氧化锂，质量比为4:3:1，所述瓷釉喷涂厚度为10-200μm；
（2）、在陶瓷铝板陶瓷面形成表面处理层：在陶瓷铝板陶瓷面涂覆一层表面活性剂并在140℃-200℃烘干5-30 min，表面活性剂包括：HLB值为8-10的烷基酚聚氧乙烯醚类及硅氧偶联剂；
（3）、将经过表面处理的陶瓷铝板的陶瓷面涂覆高导热粘结层：所述高导热粘结层由环氧树脂和无机纳米氧化物混合组成，所述无机纳米氧化物包括氧化锌、氧化钛、氧化钙、氧化锑、氧化铝、氧化锆、氧化硼、氧化硅、氮化铝、氮化硼、氮化硅；所述无机纳米氧化物的粒径在1-150nm之间，混合物含量中无机纳米氧化物质量含量为40-90%；
（4）、将涂覆高导热层的陶瓷铝板与铜箔叠加，形成叠合体；
（5）、将叠合体在真空热压机中进行热压，再进行冷压，制得陶瓷铝基覆铜板，所述真空热压机热压温度控制在140℃-220℃，热压时间控制在20-60min。
2.如权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征是所述表面活性剂是OP和KH系列表面活性剂，它包括OP-10、OP-30、OP-40、KH-560。
3.如权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征是所述表面活性剂的烘干温度为180±5℃，烘烤时间为10±2 min。
4.如权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征是所述表面处理层的厚度为1-30μm。
5.如权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征是所述无机纳米氧化物的粒径在10-100nm之间。
6.如权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征是所述无机纳米氧化物质量含量为50-60%。
7.如权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征是所述高导热粘结层的厚度为10-30μm。
8.如权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征是所述真空热压机热压温度控制在170℃-190℃，热压时间控制在40-50 min。
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