CN103068164B - 一种有机陶瓷线路板 - Google Patents
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Abstract
“一种有机陶瓷线路板”利用导热陶瓷粉末和有机粘合剂，在低于250℃条件下制备了导热系数为9‑20W/m.k的导热有机陶瓷线路板，其具备良好的耐电压和机械加工性能，室温至300℃的热膨胀系数为12‑20PPM/℃。制备过程采用直接覆铜箔热压成型方式，粘合过程不需要产生铜箔与陶瓷间的共晶熔体层，使得铜箔的厚度选择范围大，因此减小了导电线路宽深比的限制。本发明的“一种有机陶瓷线路板”技术，能很好的和目前国内传统线路板制备工艺相匹配。
Description
技术领域
本发明涉及导热陶瓷线路板的结构和制备方法，更具体的说，本发明是一种利用导热陶瓷粉末和有机粘合剂，在低温条件下制备符合导热线路板要求的有机复合陶瓷基板技术。
背景技术
随着电子技术在各应用领域的逐步加深，线路板高度集成化成为必然趋势，高度的集成化封装模块要求良好的散热承载系统，而传统线路板FR-4和CEM-3在TC(导热系数)上的劣势已经成为制约电子技术发展的一个瓶颈。近些年来发展迅猛的LED产业，也对其承载线路板的TC指标提出了更高的要求。在大功率LED照明领域，往往采用金属和陶瓷等具备良好散热性能的材料制备线路基板，目前高导热铝基板的导热系数一般为1-4W/M.K，而陶瓷基板的导热系数根据其制备方式和材料配方的不同，可达2-220W/M.K。
传统陶瓷基板的制备方式可以分为HTCC、LTCC、DBC和DPC四大类，HTCC制备方式需要1300℃以上的温度，但受电极选择的影响，制备成本相当昂贵；LTCC的制备需要约850℃的煅烧工艺，但制备的线路精度较差，成品导热系数偏低；DBC的制备方式要求铜箔与陶瓷之间形成合金，需要严格控制煅烧温度在1065-1085℃温度范围内，由于DBC的制备方式对铜箔厚度有要求，一般不能低于150～300微米，因此限制了此类陶瓷线路板的导线宽深比。
目前市面上流行的高导热陶瓷基板一般采用DPC方式制备，DPC的制备方式包含真空镀膜，湿法镀膜，曝光显影、蚀刻等工艺环节，因此其产品的价格比较高昂。另外，在外形加工方面，DPC陶瓷板需要采用激光切割的方式，传统钻铣床和冲床无法对其进行精确加工，也制约了陶瓷基板在传统线路板厂家的加工制备。最后，DPC生产设备投资较大，技术多被台湾地区和国外所掌握，大陆厂商基本不生产，市面上的相关产品几乎全为进口。
发明内容
本发明的目的是为了寻求一种有机陶瓷基板的制备工艺，利用合理的材料成型结构和制备方法，来获得具有高导热、高绝缘性，能满足大功率LED散热要求的有机陶瓷线路板，从而降低大功率LED散热成本。
为了达到上述目标，本发明利用一种高导热系数的有机粘合剂和陶瓷粉末作为主要原料，制备步骤包括：
(a)用硬质材料制备板材框模；
(b)将复合陶瓷浆料倒入步骤(a)所述板材框模内加热流平；
(c)将步骤(b)所述加热流平后的有机陶瓷浆料连同板材框模一起放入低温下烘烤，使之形成有机陶瓷半固片；
(d)在热压条件下使铜箔和有机陶瓷半固片粘合并使有机陶瓷半固片全固化，形成铜箔和有机陶瓷基板表面直接粘合的导热有机陶瓷线路板，
所述热压条件为：温度低于200℃，压力不超过1.8MPa/平方厘米。
与传统陶瓷线路基板制备方式相比，本发明具有设备要求低，工艺易控制，制备能耗低等优势；制备的成品具备高的导热系数和高的电气绝缘性能，热冲击性能良好，完全适用于目前大功率LED照明散热基板的使用，能极大的降低高散热的技术成本。
附图说明
通过参照附图的详细描述，将会更清楚的理解本发明的上述特点，区别和优势。
图1是硬质材料框模结构示意图；
图2是本发明覆铜结构与烧结陶瓷板覆铜结构对比示意图；
图3是本发明的导热有机陶瓷板制备流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
1、制作框模；首先用硬质材料制作框模，其目的在于限定有机陶瓷板材的厚度和外形尺寸，在框模的选材上时应选择耐压型变量小，与浆料粘接性能差的材料，可以是不锈钢材料。框模的外形如图1所示。
2、灌浆；在灌浆前，首先将框模平贴在不粘膜上，以保证浆汁不漏溢；灌浆的量根据框模的尺寸预先称好；
3、加热流平；灌浆结束后即可放置在加热平板上加热流平。为了保证板材厚度的一致性，事先应对加热平板进行水平调节，待浆料流平至完全填充框模之后即可转入除气环节。
4、除气；除气的目的是为了挥发浆料体系中的溶剂，避免在固化后产生气孔或针眼而因此降低基材的耐电压性能，除气的过程应分阶段进行，从60℃逐步升高至150℃。
5、有机陶瓷半固片；半固化的过程是在除气之后进行，将温度升高至180℃左右，放置时间30分钟左右，此时有机陶瓷片处于半固化状态，即在冷却时表面坚硬，回温时表面软化且具备一定的粘接性能。
6、覆铜；覆铜的过程使用贴膜机，将平整铜箔在微热状态下贴在半固化的基板表面，在双面均覆上铜箔后，即可进入热压环节。覆铜结构如图2所示。
7、热压；热压设备为平板热压机，将双面覆好铜箔的有机陶瓷半固化片连同框模一起用不锈钢板层架，放置在热压机上进行热压，为了提高效率，热压机采用多层压机。
8、线路制备；最后将制备好的高导热有机陶瓷覆铜板进行开料，钻孔，掩膜，蚀刻等一系列传统PCB制备方法进行线路制备，即完成本发明的全部制备工序。
具体的流程示意图为图3所示。
本发明将传统环氧覆铜板的制备方法和新型的复合高导热陶瓷浆料相结合，利用自然流平和热压覆铜手段，制备出适用于大功率LED散热基板的高导热有机陶瓷基板，大大降低了高导陶瓷板的成本；
下表可以说明本发明相比高导热铝基板和高导热陶瓷板的优势：
表一：是本发明与高导热铝基板和高导热陶瓷基板的性能对比。
测试方法按以下标准进行：ASTMD 5470，IPC-TM-650CTE，IPC-TM-6502.5.6
表一
Claims (2)
1.一种有机陶瓷线路板的制备方法，所述制备方法包括：
(a)用硬质材料制备板材框模，所述硬质材料选自不锈钢或铸铁中的一种；
(b)将复合陶瓷浆料倒入步骤(a)所述板材框模内加热流平，所述复合陶瓷浆料包含，按重量计，三氧化二铝粉末25-35份，二氧化硅粉末10-15份，氮化铝粉末5-10份，有机粘合剂35-50份和溶剂5-10份；
(c)将步骤(b)所述加热流平后的有机陶瓷浆料加热从60℃逐步升高至150℃进行除气，除气之后将温度升高至180℃，放置30分钟，使之形成有机陶瓷半固片；
(d)在热压条件下使铜箔和有机陶瓷半固片粘合并使有机陶瓷半固片全固化，形成铜箔和有机陶瓷基板表面直接粘合的导热有机陶瓷线路板，所述热压条件为：温度低于200℃，每平方厘米的压力不超过1.8MPa。
2.一种有机陶瓷线路板，其特征在于，采用权利要求1所述的方法制备而成，所述铜箔厚度为5-500微米。
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