CN102825378A - 金属陶瓷复合板的制造方法及电路板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属陶瓷复合板的制造方法。该方法包括步骤：将过渡层金属薄板覆盖于金属基板上，其中，所述过渡层金属薄板在经过氧化后可转化为陶瓷；采用爆炸焊工艺对覆盖过渡层金属薄板的金属基板进行复合处理，形成中间复合板；将中间复合板采用微弧氧化工艺进行处理，使过渡层金属薄板部分或全部转化为陶瓷，形成陶瓷层，制造出金属陶瓷复合板。本发明还公开了一种相应的电路板的制备方法。通过本发明的金属陶瓷复合板的制造方法及电路板的制备方法，制造的金属陶瓷复合板及电路板对热震不敏感，耐热冲击能力较强。

Description

金属陶瓷复合板的制造方法及电路板的制备方法
 
技术领域
本发明涉及电子元器件领域，具体涉及金属陶瓷复合板的制造方法及电路板的制备方法。
 
背景技术
在制造金属陶瓷复合板时采用的方法一般包括金属基体钎焊陶瓷层、金属基体热喷涂陶瓷层及金属基体微弧氧化形成陶瓷层等几种主要方式。
针对金属基体微弧氧化形成陶瓷层的方式，为了使得除铝、镁、钛等少数能被微弧氧化的金属以外的金属也能获得微弧氧化陶瓷层，可以先在金属基体上制备可转化为陶瓷的过渡金属层、然后将过渡金属层经微弧氧化转化为陶瓷。
目前国内已知的过渡金属层的制备方法有一些，例如专利申请号为CN200410102838.8的专利揭露的镀层法，其在经过预处理的基体表面镀上采用热浸镀法或真空蒸镀法制备一层具有适当厚度的铝层。例如专利申请号为CN200910304859.0的专利揭露的熔钎焊堆焊法，其在金属表面通过熔钎焊的方法堆焊一层铝基堆焊层。但这些工艺制成的过渡金属层与金属基体的结合不牢固，对热震敏感，耐热冲击能力较弱，且在过渡金属经微弧氧化转化成陶瓷后，致密性能不高，这种制成的金属陶瓷复合板也没有能够应用于电路板。
 
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种过渡层金属薄板与金属基板能够牢固结合成整体，且结合成整体后对热震不敏感，耐热冲击能力较强，在过渡层金属薄板经微弧氧化转化成陶瓷后，金属陶瓷复合板的致密性能高，耐电压强度好，能够应用于电路板。 
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种金属陶瓷复合板的制造方法，包括步骤：
将过渡层金属薄板覆盖于金属基板上，其中，所述过渡层金属薄板在经过氧化后可转化为陶瓷；
采用爆炸焊工艺对覆盖过渡层金属薄板的金属基板进行复合处理，形成中间复合板；
将中间复合板采用微弧氧化工艺进行处理，使过渡层金属薄板部分或全部转化为陶瓷，形成陶瓷层，制造出金属陶瓷复合板。
优选地，所述过渡层金属薄板为0.2mm-0.4mm的铝薄板或镁薄板或钛薄板，所述金属基板为0.3mm-0.8mm的铜板。
优选地，在所述爆炸焊处理步骤中，所述金属基板远离所述过渡层金属薄板的一面放置在安全装置的厚砧座上，所述过渡层金属薄板远离所述金属基板的一面抵触安全装置的控制能量的缓冲层，所述过渡层金属薄板覆盖于所述金属基板上时两板间形成5度-30度的夹角，在缓冲层上按工艺设计要求敷上炸药后封闭安全装置并引爆炸药，在炸药爆炸压力的冲击波作用下，所述过渡层金属薄板和所述金属基板以冶金方式进行结合形成中间复合板。
优选地，在所述微弧氧化工艺处理步骤中，将中间复合板的金属基板远离过渡层金属薄板的一面固定在微弧氧化装置的阳极，将金属基板面向过渡层金属薄板的一面做绝缘处理，将微弧氧化装置通电使过渡层金属薄板部分或全部转化为陶瓷。
优选地，将金属基板面向过渡层金属薄板的一面做绝缘处理时使绝缘的耐压值达1000V以上。
优选地，将形成的金属陶瓷复合板置于磨床进行打磨以除去陶瓷层表面的疏松层，清洗烘干后在除去所述疏松层的位置涂覆纳米陶瓷浆料，将所述涂覆纳米陶瓷浆料的金属陶瓷复合板置于真空设备内进行真空处理，并在真空处理后进行烧结及表面抛光，形成致密性能强的金属陶瓷复合板。
优选地，所述纳米陶瓷浆料为纳米氧化铝浆料，含量为75%氧化铝和25%去离子水。
优选地，所述烧结为采用800-900的温度低温普通烧结2小时，然后自然冷却。
一种电路板的制备方法，在通过上述制造方法制造出金属陶瓷复合板后，在陶瓷层表面通用真空溅射镀上一层铜层，并通用电镀法将铜层镀厚，制成电路板。
本发明的有益效果在于：
在过渡层金属薄板与金属基板牢固结合成整体后，耐热冲击能力强，且在过渡层金属薄板经微弧氧化转化成陶瓷后，金属陶瓷复合板的致密性能高，耐电压强度好，能够应用于电路板。
 
附图说明
图1为本发明的金属陶瓷复合板的结构示意图；
图2为本发明的金属陶瓷复合板的制造流程图；
图3为利用本发明的金属陶瓷复合板制造的电路板的结构示意图；
图4为通过爆炸焊工艺使过渡层金属薄板和金属基板以冶金方式进行结合的示意图。
 
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1所示，为本发明的金属陶瓷复合板的结构示意图。该金属陶瓷复合板100包括金属基板10和过渡层金属薄板20，其中，所述过渡层金属薄板20在经过氧化后可转化为陶瓷，所述过渡层金属薄板20采用爆炸焊工艺复合在金属基板10上。所述过渡层金属薄板20可为铝薄板或镁薄板或钛薄板等能被氧化为陶瓷的材质，所述金属基板为铜板。优选地。过渡层金属薄板20选取厚度为0.2mm-0.4mm，所述金属基板10选取厚度为0.3mm-0.8mm。
如图2所示，为本发明的金属陶瓷复合板的制造流程图。所述金属陶瓷复合板100的制造方法包括步骤：
S201：将过渡层金属薄板20覆盖于金属基板10上，其中，所述过渡层金属薄板20在经过氧化后可转化为陶瓷；
S202：采用爆炸焊工艺对覆盖过渡层金属薄板20的金属基板10进行复合处理，形成中间复合板，通过上述方法制造的中间复合板，其过渡层金属薄板20与金属基板10之间的结合牢固，有很强的耐热冲击能力。
在经过上述的爆炸焊工艺对渡层金属薄板20与金属基板10进行复合后，其复合性能相比镀层法及熔钎焊堆焊法的结合有明显的提高，性能对比如下表。
  剪切强度 热冲击 剥离强度
本方法爆炸焊工艺复合法 大于400MP 1000℃、1分钟、3个循环不分层。 大于400MP
镀层法 ______ 400℃分层、起泡 小于30MP
熔钎焊堆焊法 小于300MP 1000℃分层。 小于200MP
S203：将中间复合板采用微弧氧化工艺进行处理，使过渡层金属薄板20部分或全部转化为陶瓷，形成陶瓷层，制造出金属陶瓷复合板100。通过上述方法制造的金属陶瓷复合板具有优异的综合导热能力，而且表面陶瓷层的绝缘强度高，由于陶瓷层的热膨胀系数(CTE)与半导体芯片热膨胀系数相近，使得金属陶瓷复合板本制作成电路板时抗弯折性能优异。
在依照上述制造方法制造出金属陶瓷复合板100后，在陶瓷层表面通用真空溅射镀上一层铜层30（厚度可以根据需要进行设定，如1-2um），并通用电镀法将铜层30镀厚（如镀厚至36um-120um），可以制成电路板200（如图3所示）。
在本实施方式中，在步骤S203后，进一步地，将形成的金属陶瓷复合板100置于磨床进行打磨以除去陶瓷层表面的疏松层，清洗烘干后在除去所述疏松层的位置涂覆纳米陶瓷浆料，将所述涂覆纳米陶瓷浆料的金属陶瓷复合板置于真空设备内进行真空处理（真空处理的作用是抽取陶瓷层下面空气，让还处于塑性状态的浆料更好的渗透到陶瓷层里面，从而使得致密性能更好），并在真空处理后进行烧结及表面抛光，形成致密性能更强的金属陶瓷复合板100。优选地，所述纳米陶瓷浆料为纳米氧化铝浆料，含量为75%氧化铝和25%去离子水。所述烧结为采用800-900的温度低温普通烧结2小时，然后自然冷却。所述致密性能更强的金属陶瓷复合板100可以用于制作性能更加优异的电路板。相对现有技术中通过PVD、CVD或溶胶凝胶浸渍等对微弧氧化后的膜层进行封孔处理的性能相比，上述改善微弧氧化后膜层的致密性能的工艺耐温性能有了极大提升，其对比性能如下表所示。
封孔方法 处理前孔隙率 处理后孔隙率 耐温性能
PVD、CVD或溶胶凝胶浸渍 2%-3% 0 溶胶凝胶温度高于300℃分解，PVD、CVD温度高于300℃起泡。
上述方法中采用的纳米陶瓷浆料渗透烧结 2%-3% 0 封孔料耐温高于基体熔化温度（大于1000℃）；封孔料与陶瓷层膨胀系数CTE一致，以1000℃温度反复冲击不与陶瓷层分离。
如图4所示，在所述爆炸焊处理步骤S202中，所述金属基板10远离所述过渡层金属薄板20的一面放置在安全装置（图中未示）的厚砧座30上，所述过渡层金属薄板20远离所述金属基板10的一面抵触安全装置的控制能量的缓冲层40，所述过渡层金属薄板20覆盖于所述金属基板10上时两板间形成5度-30度的夹角θ，在缓冲层40上按工艺设计要求敷上炸药50后封闭安全装置并引爆炸药，在炸药爆炸压力的冲击波作用下，所述过渡层金属薄板20和所述金属基板10以冶金方式进行结合形成中间复合板。其中，高达几百万兆帕压力的冲击波使过渡层金属薄板20撞向金属基板10，两板接触面产生塑性流动和高速射流，结合面的氧化膜在高速射流作用下喷射出来，经瞬间高能量饱和冲击，过渡层金属薄板20和金属基板10以冶金方式结合。
在所述微弧氧化工艺处理步骤S203中，将中间复合板的金属基板10远离过渡层金属薄板20的一面固定在微弧氧化装置的阳极，将金属基板10面向过渡层金属薄板20的一面做绝缘处理，将微弧氧化装置通电使过渡层金属薄板10部分或全部转化为陶瓷。具体地，在微弧氧化装置通电后，过渡层金属薄板10在电解液与电流的作用下表面被氧化生成绝缘的氧化膜，氧化膜覆盖过渡层金属薄板10表面；随着电压的升高原生成的绝缘氧化膜薄弱部位被击穿，生成更厚的绝缘氧化膜，直至电压升高到起弧电压。在进入弧光放电阶段后，原氧化膜薄弱位置发生击穿产生弧光放电形成等离子体，弧光放电时产生瞬时的高温高压作用(瞬间温度可达8000°C)，在热化学、电化学和等离子化学的共同作用下，弧光放电增强及激活在阳极上发生的反应并将氧化膜烧结，使过渡层金属薄板10表面生成硬质陶瓷层。微弧氧化陶瓷膜随着弧光火花生长，直至全面增厚而最后达到电压设定的厚度，将过渡层金属薄板10面积的98%以上甚至全部转化为陶瓷。在优选地实施方式中，将金属基板10面向过渡层金属薄板20的一面做绝缘处理时使绝缘的耐压值达1000V以上。
一种电路板的制备方法，根据上述的制造方法制造出金属陶瓷复合板后，由于制造出的金属陶瓷复合板一面为金属基板，另一面为陶瓷层，而当所述金属基板为铜板时，所述金属陶瓷复合板本身即可作为一块电路板进行使用。
优选地，另一种电路板的制备方法，根据上述的制造方法制造出金属陶瓷复合板后，在陶瓷层表面通用真空溅射镀上一层铜层（如1-2um），并通用电镀法将铜层镀厚（如镀厚至36um-120um），从而制成电路板。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属陶瓷复合板的制造方法，其特征在于，包括步骤：
将过渡层金属薄板覆盖于金属基板上，其中，所述过渡层金属薄板在经过氧化后可转化为陶瓷；
采用爆炸焊工艺对覆盖过渡层金属薄板的金属基板进行复合处理，形成中间复合板；
将中间复合板采用微弧氧化工艺进行处理，使过渡层金属薄板部分或全部转化为陶瓷，形成陶瓷层，制造出金属陶瓷复合板。
2.如权利要求1所述的金属陶瓷复合板的制造方法，其特征在于，所述过渡层金属薄板为0.2mm-0.4mm的铝薄板或镁薄板或钛薄板，所述金属基板为0.3mm-0.8mm的铜板。
3.如权利要求1所述的金属陶瓷复合板的制造方法，其特征在于，在所述爆炸焊处理步骤中，所述金属基板远离所述过渡层金属薄板的一面放置在安全装置的厚砧座上，所述过渡层金属薄板远离所述金属基板的一面抵触安全装置的控制能量的缓冲层，所述过渡层金属薄板覆盖于所述金属基板上时两板间形成5度-30度的夹角，在缓冲层上按工艺设计要求敷上炸药后封闭安全装置并引爆炸药，在炸药爆炸压力的冲击波作用下，所述过渡层金属薄板和所述金属基板以冶金方式进行结合形成中间复合板。
4.如权利要求1或3所述的金属陶瓷复合板的制造方法，其特征在于，在所述微弧氧化工艺处理步骤中，将中间复合板的金属基板远离过渡层金属薄板的一面固定在微弧氧化装置的阳极，将金属基板面向过渡层金属薄板的一面做绝缘处理，将微弧氧化装置通电使过渡层金属薄板部分或全部转化为陶瓷。
5.如权利要求4所述的金属陶瓷复合板的制造方法，其特征在于，将金属基板面向过渡层金属薄板的一面做绝缘处理时使绝缘的耐压值达1000V以上。
6.如权利要求1所述的金属陶瓷复合板的制造方法，其特征在于，将形成的金属陶瓷复合板置于磨床进行打磨以除去陶瓷层表面的疏松层，清洗烘干后在除去所述疏松层的位置涂覆纳米陶瓷浆料，将所述涂覆纳米陶瓷浆料的金属陶瓷复合板置于真空设备内进行真空处理，并在真空处理后进行烧结及表面抛光，形成致密性能强的金属陶瓷复合板。
7.如权利要求6所述的金属陶瓷复合板的制造方法，其特征在于，所述纳米陶瓷浆料为纳米氧化铝浆料，含量为75%氧化铝和25%去离子水。
8.如权利要求6所述的金属陶瓷复合板的制造方法，其特征在于，所述烧结为采用800-900的温度低温普通烧结2小时，然后自然冷却。
9.一种电路板的制备方法，其特征在于，在通过权利要求1或6所述的制造方法制造出金属陶瓷复合板后，在陶瓷层表面通用真空溅射镀上一层铜层，并通用电镀法将铜层镀厚，制成电路板。
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