CN103079339A - 一种金属陶瓷复合基板及其制造方法 - Google Patents

一种金属陶瓷复合基板及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103079339A
CN103079339A CN2013100310925A CN201310031092A CN103079339A CN 103079339 A CN103079339 A CN 103079339A CN 2013100310925 A CN2013100310925 A CN 2013100310925A CN 201310031092 A CN201310031092 A CN 201310031092A CN 103079339 A CN103079339 A CN 103079339A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
metal
ceramic
composite substrate
metallic matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013100310925A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103079339B (zh
Inventor
王新中
廖秋荣
董山山
杨向红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Hoyol Opto Electronic Co., Ltd.
Original Assignee
Hongya Photoelectronics Co Ltd Shenzhen City
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hongya Photoelectronics Co Ltd Shenzhen City filed Critical Hongya Photoelectronics Co Ltd Shenzhen City
Priority to CN201310031092.5A priority Critical patent/CN103079339B/zh
Publication of CN103079339A publication Critical patent/CN103079339A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103079339B publication Critical patent/CN103079339B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item

Abstract

本发明适用于基板领域，提供了一种金属陶瓷复合基板及其制造方法，旨在解决现有技术中金属基板的导热性差以及金属陶瓷复合基板的结合性能差的问题。本发明提供的金属陶瓷复合基板包括金属基体、设置于金属基体上的陶瓷层、设置于陶瓷层表面的金属线路层以及形成于金属基体上并连接陶瓷层的金属陶瓷过渡层，陶瓷层位于金属陶瓷过渡层与金属线路层之间，金属陶瓷过渡层由金属和金属氮化物组成，陶瓷层由陶瓷薄膜构成。本发明利用陶瓷层以提高基板的导热性，通过设置金属陶瓷过渡层以改善陶瓷层与金属基体之间的结合性能，提高结合可靠性。

Description

一种金属陶瓷复合基板及其制造方法
技术领域
本发明属于基板领域，尤其涉及一种金属陶瓷复合基板及其制造方法。
背景技术
随着大功率、高密度电子器件的发展，电子器件的散热问题日益突出。特别是近年来大功率半导体照明器件的应用，例如发光二级管（LED），使得解决其散热问题显得异常重要。由于LED的光谱中不含红外部分，LED芯片产生的热量只能以热传导的形式通过基板进行散热。
通常，这些电子器件一般安装在具有绝缘基底的线路板上，例如，采用导热系数低的环氧树脂作为绝缘、粘接层的金属基覆铜板，散热效果不够理想，已远远无法满足使用的要求。
为了改进上述问题，业界采用过多种不同的方法。例如，一种方法就是在传统的印刷电路板上嵌入金属核心以改善电路板层面的散热，形成金属基印刷电路板（Metal Core PCB，MCPCB），然而，MCPCB存在一些限制，在电路系统运作时不能超过140℃以及在制造过程中不得超过250℃～300℃，而且其聚合物绝缘层的导热性较差，无法获得良好的导热效果；另一种方法是采用陶瓷材料作为基板材料，即将铜箔在高温下直接键合到氧化铝（Al2O3）或氮化铝（AlN）陶瓷基片表面（单面或双面）上以形成陶瓷基板，虽然这类陶瓷基板具有良好的导热性和绝缘性，但是制作高导热的陶瓷材料需要在高温高压下完成，存在制造困难、成本高、难以制成大面积基板等问题。
还有一种方法是通过在金属基板表面形成一层陶瓷薄膜的金属陶瓷复合基板。如中国专利申请CN200710087523.4公开了一种阳极氧化金属基板模块以提高电路板的热辐射性能；中国专利申请CN201010505050.7公开了一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，是在金属基板上直接喷涂氮化铝层；以及中国专利申请CN201010600737.9公开了一种具氮化铝薄膜的热扩散元件及其制造方法，是直接在金属基板上形成一层氮化铝薄膜。由于金属与陶瓷在晶体结构参数、物理特性（如热膨胀系数）等方面的差异，使得金属表面不易形成陶瓷薄膜，陶瓷薄膜与金属基体的结合性能也较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属陶瓷复合基板及其制造方法，旨在解决现有技术中金属基板的导热性差以及金属陶瓷复合基板的结合性能差的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种金属陶瓷复合基板包括金属基体、设置于所述金属基体之第一表面的陶瓷层以及设置于所述陶瓷层之背离所述金属基体的表面的金属线路层，所述陶瓷层位于所述金属基体与所述金属线路层之间。该金属陶瓷复合基板还包括通过在所述金属基体之第一表面上注入氮形成的并连接所述陶瓷层的金属陶瓷过渡层，所述金属陶瓷过渡层为金属和金属氮化物的混合物构成，所述陶瓷层由陶瓷薄膜构成。
进一步地，所述金属基体由铝或者铝合金材料制成。
优选地，所述金属陶瓷过渡层为铝和氮化铝的混合物构成，所述氮化铝的重量比例范围为20%~80%，所述金属陶瓷过渡层的厚度范围为1nm~1000nm。
进一步地，所述陶瓷薄膜为氮化物薄膜。
优选地，所述金属线路层由铜箔层、铜箔层和在所述铜箔层之表面形成的镀银或者铜箔层和在所述铜箔层之表面形成的镀镍钯金构成，所述铜箔层上设有通过蚀刻方式形成的电路结构。
本发明实施例的另一目的在于提供一种金属陶瓷复合基板的制造方法，包括以下步骤：研磨并抛光金属基体之第一表面；利用离子注入法在所述金属基体之第一表面注入氮并形成由金属和金属氮化物构成的金属陶瓷过渡层；利用气相沉积方法在所述金属陶瓷过渡层一表面形成由陶瓷薄膜构成的陶瓷层；以及在所述陶瓷层之背离所述金属基体的表面设置金属线路层，以使所述陶瓷层位于所述金属陶瓷过渡层与所述金属线路层之间。
进一步地，所述金属基体由铝或者铝合金材料制成。
优选地，所述金属陶瓷过渡层为铝和氮化铝的混合物构成，所述氮化铝的重量比例范围为20%~80%，所述金属陶瓷过渡层的厚度范围为1nm~1000nm。
进一步地，所述陶瓷薄膜为氮化物薄膜。
优选地，在所述陶瓷层之背离所述金属基体的表面设置金属线路层的步骤包括：在所述陶瓷层背离所述金属基体的表面压合、烧结、电镀、蒸镀或者真空溅镀一层铜箔；以及利用掩模蚀刻的方式在所述铜箔上制作电路结构。
本发明利用由氮化物薄膜构成的陶瓷层以提高金属陶瓷复合基板的导热性能，通过在金属基体上形成金属陶瓷过渡层以提高金属基体与陶瓷层之间的结合力，从而提高金属陶瓷复合基板的可靠性。而且，本发明利用离子注入法将氮离子束射入金属基体内以形成金属陶瓷过渡层，该方法无需在高温或者/和高压条件下进行，也不会对金属基体表面产生剥离现象，操作简单，制造条件容易控制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的金属陶瓷复合基板的示意图。
图2是本发明另一实施例提供的金属陶瓷复合基板的示意图。
图3是本发明又一实施例提供的金属陶瓷复合基板的示意图。
图4是本发明再一实施例提供的金属陶瓷复合基板的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
本发明实施例提供的金属陶瓷复合基板包括金属基体、设置于金属基体之第一表面的陶瓷层、设置于陶瓷层之背离金属基体的表面的金属线路层以及通过在金属基体之第一表面上注入氮形成的并连接陶瓷层的金属陶瓷过渡层，所述陶瓷层位于所述金属陶瓷过渡层与所述金属线路层之间，金属陶瓷过渡层由金属和金属氮化物的混合物构成，陶瓷层由陶瓷薄膜构成。本发明通过设置陶瓷层以使该金属陶瓷复合基板具有良好的导热性能，导热率大于170W/mK，而且通过在金属基体上设置金属陶瓷过渡层以使陶瓷层与金属基体具有良好的结合力，提供了该金属陶瓷复合基板的可靠性。
以下结合实施例附图对本发明的金属陶瓷复合基板进行进一步说明。
实施例一：
请参照图1，金属陶瓷复合基板包括金属基体11、设置于金属基体11之第一表面110的陶瓷层13、设置于陶瓷层13之背离第一表面110的表面上的金属线路层14以及通过在金属基体11之第一表面110上注入氮形成的并连接陶瓷层13的金属陶瓷过渡层12，该陶瓷层13由陶瓷薄膜构成并位于金属陶瓷过渡层12与金属线路层14之间，该金属陶瓷过渡层12为金属盒金属氮化物的混合物构成。
金属基体11的材料可以是铝、铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、钢与铜合金、锌合金、铅或者钛铝金属间化合物等。使用时，可以根据金属陶瓷复合基板的使用性能要求选择金属基体11的材料，例如，工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板，因此，可以选用具有高导热率的银、铜、铝等金属为基体材料。
在本实施方式中，金属基体11由铝或者铝合金材料制成，以使该金属基体11具有良好的耐热、导热和一定的高温强度等性能。金属陶瓷过渡层12是通过在金属基体11表面注入氮形成的金属和金属氮化物的混合物，其中，金属氮化物所占的重量比例为20%~80%。
在本实施方式中，该金属陶瓷过渡层12由铝与氮化铝的混合物构成，其中，氮化铝所占的重量比例为20%~80%。
金属陶瓷过渡层12的厚度范围为1nm~1000nm，优选地，该厚度范围为10nm~100nm。
本发明通过设置金属陶瓷过渡层12以提高陶瓷层13与金属基体11之间的结合力，从而提高该金属陶瓷复合基板的可靠性。
陶瓷层13由与金属基体11密接性良好的陶瓷薄膜构成，例如，氧化物薄膜或者氮化物薄膜，氧化物薄膜可以是氧化铝薄膜、氧化锆薄膜或者氧化钛薄膜。在本实施方式中，陶瓷层13为氮化物薄膜，优选地使用热阻较小的氮化铝薄膜。该陶瓷层13采用氮化物薄膜，与在金属基体11上形成的金属陶瓷过渡层12的氮化铝材质相同，一方面可以增强陶瓷层13与金属陶瓷过渡层12的密接性，使该陶瓷层13与金属基体11结合更加牢固和可靠，另一方面氮化铝薄膜作为该金属陶瓷复合基板的绝缘层，具有良好的热传导性，从而增强了该金属陶瓷复合基板的导热性能。
金属线路层14设置于陶瓷层13之背离金属基体11的一侧，用于电路连接。在本实施方式中，金属线路层14由铜箔层或者铜箔层和在铜箔层表面形成的镀银层构成，并在铜箔层上蚀刻电路结构。
实施例二：
请参照图2，金属陶瓷复合基板包括金属基体21、设置于金属基体21之第一表面210的陶瓷层23、设置于陶瓷层23之背离第一表面210的表面上的金属线路层24以及通过在金属基体21之第一表面210上注入氮形成的并连接陶瓷层23的金属陶瓷过渡层22，该陶瓷层13由陶瓷薄膜构成并位于金属陶瓷过渡层22与金属线路层24之间，该金属陶瓷过渡层22为金属盒金属氮化物的混合物构成。
金属基体21的材料可以是铝、铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、钢与铜合金、锌合金、铅或者钛铝金属间化合物等。使用时，可以根据金属陶瓷复合基板的使用性能要求选择金属基体21的材料，例如，工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板，因此，可以选用具有高导热率的银、铜、铝等金属为基体材料。
在本实施方式中，金属基体21由铝或者铝合金材料制成，以使该金属基体21具有良好的耐热、导热和一定的高温强度等性能。
金属陶瓷过渡层22是通过在金属基体21表面注入氮形成的金属和金属氮化物的混合物，其中，金属氮化物所占的重量比例为20%~80%。
在本实施方式中，该金属陶瓷过渡层22由铝与氮化铝的混合物构成，其中，氮化铝所占的重量比例为20%~80%。
金属陶瓷过渡层22的厚度范围为1nm~1000nm，优选地，该厚度范围为10nm~100nm。
本发明通过设置金属陶瓷过渡层22以提高陶瓷层23与金属基体21之间的结合力，从而提高该金属陶瓷复合基板的可靠性。
陶瓷层23由与金属基体21密接性良好的陶瓷薄膜构成，例如，氧化物薄膜或者氮化物薄膜，氧化物薄膜可以是氧化铝薄膜、氧化锆薄膜或者氧化钛薄膜。在本实施方式中，陶瓷层23为氮化物薄膜，优选地使用热阻较小的氮化铝薄膜。该陶瓷层23采用氮化物薄膜，与在金属基体21上形成的金属陶瓷过渡层22的氮化铝材质相同，一方面可以增强陶瓷层23与金属陶瓷过渡层22的密接性，使该陶瓷层23与金属基体21结合更加牢固和可靠，另一方面氮化物薄膜具有良好的热传导性，从而增强了该金属陶瓷复合基板的导热性能。而且，利用氮化铝薄膜作为陶瓷层23以使该金属陶瓷复合基板具有绝缘层，从而可以自由地在该陶瓷层23上布置电路及安装发热元器件。
金属线路层24设置于陶瓷层23之背离金属基体21的一侧，用于电路连接。在本实施方式中，金属线路层24由铜箔层构成或者铜箔层和在铜箔层表面形成的镀镍钯金层构成，并在铜箔层上蚀刻电路结构。
该金属陶瓷复合基板还包括安装于金属线路层24上的发热元器件25以及电性连接所述发热元器件25与金属线路层24的金线26，该金属线路层24位于陶瓷层23与发热元器件25之间。在本实施方式中，发热元器件25为具有垂直电极结构的发光二级管。
在本实施方式中，发热元器件25可通过共晶焊接的方式固定于金属线路层24上，或者通过热超声焊接的方式固定于表面具有镍钯金的金属线路层上。
实施例三：
该实施方式与实施方式二的区别在于：
本实施方式之发热元器件35安装于陶瓷层33上，即该发热元器件35与金属线路层34并排设置于陶瓷层33上以形成一电路层，故，该陶瓷层33位于该电路层与金属陶瓷过渡层32之间。
本实施方式之发热元器件35为具有水平电极结构的发光二级管。
实施例四：
该实施方式与实施方式三的区别仅在于：包括多个安装于陶瓷层43上的发热元器件45，即所述发热元器件45设置于多个金属线路层44之间并与所述金属线路层44直接排布于陶瓷层43之背离金属陶瓷过渡层42的表面上。
本发明实施例提供的金属陶瓷复合基板的制造方法，包括以下步骤：研磨并抛光金属基体之第一表面；利用离子注入法在金属基体之第一表面注入氮并形成由金属和金属氮化物构成的金属陶瓷过渡层；利用气相沉积方法在金属陶瓷过渡层一表面形成由陶瓷薄膜构成的陶瓷层；以及在陶瓷层之背离所述金属基体的表面设置金属线路层，以使陶瓷层位于金属陶瓷过渡层与金属线路层之间。本发明通过设置陶瓷层以使该金属陶瓷复合基板具有良好的导热性，导热率大于170W/mK，而且，通过离子注入法形成金属陶瓷过渡层以使金属基体与陶瓷层之间具有良好的粘结力而提高可靠性。
以下结合实施例附图对本发明的金属陶瓷复合基板的制造方法进行进一步说明。
实施例一：
请参照图1，研磨并抛光金属基体11的第一表面110，所述金属基体11的厚度约为2mm。金属基体11的材料可以是铝、铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、钢与铜合金、锌合金、铅或者钛铝金属间化合物等。使用时，可以根据金属陶瓷复合基板的使用性能要求选择金属基体11的材料，例如，工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板，因此，可以选用具有高导热率的银、铜、铝等金属为基体材料。
在本实施方式中，金属基体11由铝或者铝合金材料制成，以使该金属基体11具有良好的耐热、导热和一定的高温强度等性能。
将所述金属基体11放入离子注入机内，在第一表面110进行离子注入，并在该第一表面110注入氮以形成由金属和金属氮化物构成的金属陶瓷过渡层12，其中，金属氮化物所占的重量比例为20%~80%。
离子注入法是将离子束射到固体材料以后，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中。即用能量为100keV量级的离子束入射到固体材料中去，离子束与固体材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起固体材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化固体材料表面性能，或获得某些新的优异性能。
在本实施方式中，所采用的离子束的能量为100keV、离子束的成分为N2 +以及离子束的剂量为1×1018ionc/cm2。利用该离子注入法无需在高温或者/和高压条件下进行，也不会对金属基体11表面产生剥离现象，而是通过注入氮与金属基体11发生物理或者/和化学变化，并在该金属基体11上形成一个新表面层，即金属陶瓷过渡层12。
在本实施方式中，该金属陶瓷过渡层12由铝与氮化铝的混合物构成，其中，氮化铝所占的重量比例为20%~80%。
金属陶瓷过渡层12的厚度范围为1nm~1000nm，优选地，该厚度范围为10nm~100nm。通过设置金属陶瓷过渡层12以提高陶瓷层13与金属基体11之间的结合力，从而提高该金属陶瓷复合基板的可靠性。
利用气相沉积方法在金属基体11的第一表面110上形成由陶瓷薄膜构成的陶瓷层13，以使该金属陶瓷复合基板具有导热性。
气相沉积法是利用气相中发生的物理、化学过程，在工件表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物涂层。气相沉积法按照成膜机理，可分为化学气相沉积、物理气相沉积和等离子体气相沉积。化学气相沉积是指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。物理气相沉积是指通过蒸发、电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面，物理气象沉积有真空镀，真空溅射和离子镀三种形式。等离子体气相沉积是指用等离子体激活反应气体，促进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的过程。
在本实施方式中，所述气相沉积方法为物理或者化学气相沉积方法，例如采用直流磁控溅射的方法在金属陶瓷过渡层12的表面形成一层厚度约为2微米的陶瓷层13。
陶瓷层13由与金属基体11密接性良好的陶瓷薄膜构成，例如，氧化物薄膜或者氮化物薄膜，氧化物薄膜可以是氧化铝薄膜、氧化锆薄膜或者氧化钛薄膜。在本实施方式中，陶瓷层13为氮化物薄膜，优选地使用热阻较小的氮化铝薄膜。该陶瓷层13采用氮化物薄膜，与在金属基体11上形成的金属陶瓷过渡层12的氮化铝材质相同，一方面可以增强陶瓷层13与金属陶瓷过渡层12的密接性，使该陶瓷层13与金属基体11结合更加牢固和可靠，另一方面氮化铝薄膜作为该金属陶瓷复合基板的绝缘层，具有良好的热传导性，从而增强了该金属陶瓷复合基板的导热性能。
在陶瓷层13表面设置金属线路层14以使陶瓷层13位于金属陶瓷过渡层12与金属线路层14之间。具体而言，在陶瓷层13之背离金属基体11的表面设置金属线路层14的步骤包括：在陶瓷层13背离金属基体11的表面压合、烧结、电镀、蒸镀或者真空溅镀一层铜箔；以及利用掩模蚀刻的方式在所述铜箔上制作电路结构以用于电路连接。
在本实施方式中，金属线路层14由铜箔或者铜箔和在铜箔表面形成的镀银构成，并利用蚀刻法在铜箔上形成电路结构，所述金属线路层14的厚度约为35微米。
实施例二：
请参照图1，研磨并抛光金属基体21的第一表面210，所述金属基体21的厚度约为1mm。金属基体11的材料可以是铝、铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、钢与铜合金、锌合金、铅或者钛铝金属间化合物等。使用时，可以根据金属陶瓷复合基板的使用性能要求选择金属基体11的材料，例如，工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板，因此，可以选用具有高导热率的银、铜、铝等金属为基体材料。
在本实施方式中，金属基体21由铝或者铝合金制成，特别为含镁量约为3%的铝镁合金，以使该金属基体11具有良好的耐热、导热和一定的高温强度等性能。
将所述金属基体21放入离子注入机内，在第一表面210进行离子注入，并在该第一表面210注入氮以形成由金属和金属氮化物构成的金属陶瓷过渡层22，其中，金属氮化物所占的重量比例为20%~80%。
具体而言，所采用的离子束的能量为150keV、离子束的成分为N2 +以及离子束的剂量为5×1018ionc/cm2。利用该离子注入法无需在高温或者/和高压条件下进行，也不会对金属基体21表面产生剥离现象，而是通过注入氮与金属基体21发生物理或者/和化学变化，并在该金属基体21上形成一个新表面层，即金属陶瓷过渡层22。
在本实施方式中，该金属陶瓷过渡层22由铝与氮化铝的混合物构成，其中，氮化铝所占的重量比例为20%~80%。
金属陶瓷过渡层22的厚度范围为1nm~1000nm，优选地，该厚度范围为10nm~100nm。通过设置金属陶瓷过渡层22以提高陶瓷层23与金属基体21之间的结合力，从而提高该金属陶瓷复合基板的可靠性。
利用气相沉积方法在金属基体21的第一表面210上形成由陶瓷薄膜构成的陶瓷层23，以使该金属陶瓷复合基板具有导热性。具体而言，所述气相沉积方法为物理或者化学气相沉积方法，例如采用直流磁控溅射的方法在金属陶瓷过渡层22的表面形成一层厚度约为5微米的陶瓷层23。
陶瓷层13由与金属基体11密接性良好的陶瓷薄膜构成，例如，氧化物薄膜或者氮化物薄膜，氧化物薄膜可以是氧化铝薄膜、氧化锆薄膜或者氧化钛薄膜。在本实施方式中，陶瓷层13为氮化物薄膜，优选地使用热阻较小的氮化铝薄膜。该陶瓷层13采用氮化物薄膜，与在金属基体11上形成的金属陶瓷过渡层12的氮化铝材质相同，一方面可以增强陶瓷层13与金属陶瓷过渡层12的密接性，使该陶瓷层13与金属基体11结合更加牢固和可靠，另一方面氮化物薄膜具有良好的热传导性，从而增强了该金属陶瓷复合基板的导热性能。而且，利用氮化铝薄膜作为陶瓷层23以使该金属陶瓷复合基板具有绝缘层，从而可以自由地在该陶瓷层23上布置电路及安装发热元器件。
在陶瓷层23表面设置金属线路层24以使陶瓷层23位于金属陶瓷过渡层22与金属线路层24之间。具体而言，在陶瓷层23之背离金属基体21的表面设置金属线路层24的步骤包括：在陶瓷层23背离金属基体21的表面压合、烧结、电镀、蒸镀或者真空溅镀一层铜箔；以及利用掩模蚀刻的方式在所述铜箔上制作电路结构以用于电路连接。
在本实施方式中，金属线路层24由铜箔或者铜箔和在铜箔表面形成的镀镍钯金构成，并利用蚀刻法在铜箔上形成电路结构，所述金属线路层24的厚度约为35微米。
在所述金属线路层24表面形成一层钎焊层。具体而言，利用电镀、蒸镀或者真空溅镀的方式在金属线路层24的表面形成所述钎焊层，所述钎焊层为金锡镀层或者镍钯金镀层。
将发热元器件25焊接于所述钎焊层上以使发热元器件25安装于金属陶瓷复合基板上，此时，金属线路层24位于陶瓷层23与发热元器件25之间。在本实施方式中，发热元器件25为具有垂直电极结构的发光二级管。
在本实施方式中，采用热超声焊接的方式将所述发热元器件25固定于钎焊层上。
在另一种实施方式中，采用共晶焊接的方式将所述发热元器件25直接固定于金属线路层24上。
实施例三：
该实施方式与实施方式二的区别在于：
本实施方式之发热元器件35直接安装于陶瓷层33上，即该发热元器件35与金属线路层34并排设置于陶瓷层33上以形成一电路层，故，该陶瓷层33位于该电路层与金属陶瓷过渡层32之间。具体而言，利用导热硅胶或者银胶将发热元器件35粘合于陶瓷层33表面。
本实施方式之发热元器件35为具有水平电极结构的发光二级管。
实施例四：
该实施方式与实施方式三的区别仅在于：包括多个安装于陶瓷层43表面上的发热元器件45，即所述发热元器件45设置于多个金属线路层44之间并与所述金属线路层44直接排布于陶瓷层43之背离金属陶瓷过渡层42的表面上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属陶瓷复合基板，包括金属基体、设置于所述金属基体之第一表面的陶瓷层以及设置于所述陶瓷层之背离所述金属基体的表面的金属线路层，所述陶瓷层位于所述金属基体与所述金属线路层之间，其特征在于，还包括通过在所述金属基体之第一表面上注入氮形成的并连接所述陶瓷层的金属陶瓷过渡层，所述金属陶瓷过渡层为金属和金属氮化物的混合物构成，所述陶瓷层由陶瓷薄膜构成。
2.如权利要求1所述的金属陶瓷复合基板，其特征在于，所述金属基体由铝或者铝合金材料制成。
3.如权利要求2所述的金属陶瓷复合基板，其特征在于，所述金属陶瓷过渡层为铝和氮化铝的混合物构成，所述氮化铝的重量比例范围为20%~80%，所述金属陶瓷过渡层的厚度范围为1nm~1000nm。
4.如权利要求1所述的金属陶瓷复合基板，其特征在于，所述陶瓷薄膜为氮化物薄膜。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的金属陶瓷复合基板，其特征在于，所述金属线路层由铜箔层、铜箔层和在所述铜箔层之表面形成的镀银或者铜箔层和在所述铜箔层之表面形成的镀镍钯金构成，所述铜箔层上设有通过蚀刻方式形成的电路结构。
6.一种金属陶瓷复合基板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
研磨并抛光金属基体之第一表面；
利用离子注入法在所述金属基体之第一表面注入氮并形成由金属和金属氮化物构成的金属陶瓷过渡层；
利用气相沉积方法在所述金属陶瓷过渡层一表面形成由陶瓷薄膜构成的陶瓷层；以及
在所述陶瓷层之背离所述金属基体的表面设置金属线路层，以使所述陶瓷层位于所述金属陶瓷过渡层与所述金属线路层之间。
7.如权利要求6所述的金属陶瓷复合基板的制造方法，其特征在于，所述金属基体由铝或者铝合金材料制成。
8.如权利要求7所述的金属陶瓷复合基板的制造方法，其特征在于，所述金属陶瓷过渡层为铝和氮化铝的混合物构成，所述氮化铝的重量比例范围为20%~80%，所述金属陶瓷过渡层的厚度范围为1nm~1000nm。
9.如权利要求6所述的金属陶瓷复合基板的制造方法，其特征在于，所述陶瓷薄膜为氮化物薄膜。
10.如权利要求6至9中任意一项所述的金属陶瓷复合基板的制造方法，其特征在于，在所述陶瓷层之背离所述金属基体的表面设置金属线路层的步骤包括：
在所述陶瓷层背离所述金属基体的表面压合、烧结、电镀、蒸镀或者真空溅镀一层铜箔；以及
利用掩模蚀刻的方式在所述铜箔上制作电路结构。
CN201310031092.5A 2013-01-28 2013-01-28 一种金属陶瓷复合基板及其制造方法 Expired - Fee Related CN103079339B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310031092.5A CN103079339B (zh) 2013-01-28 2013-01-28 一种金属陶瓷复合基板及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310031092.5A CN103079339B (zh) 2013-01-28 2013-01-28 一种金属陶瓷复合基板及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103079339A true CN103079339A (zh) 2013-05-01
CN103079339B CN103079339B (zh) 2015-09-09

Family

ID=48155709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310031092.5A Expired - Fee Related CN103079339B (zh) 2013-01-28 2013-01-28 一种金属陶瓷复合基板及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103079339B (zh)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103325743A (zh) * 2013-07-03 2013-09-25 梁栌伊 高可靠性绝缘导热基板
CN103354221A (zh) * 2013-06-17 2013-10-16 苏州晶品光电科技有限公司 用于光学和电子器件的多陶瓷层图案化结构基板
CN103470978A (zh) * 2013-09-10 2013-12-25 日普工艺制品(东莞)有限公司 一种多功能奇幻灯
CN105252845A (zh) * 2015-11-25 2016-01-20 武汉理工大学 一种具有强韧性的镍/铜/二硼化钛陶瓷叠层材料及其制备方法
CN106793471A (zh) * 2017-01-20 2017-05-31 昆山福烨电子有限公司 一种陶瓷线路板
CN107708296A (zh) * 2017-10-19 2018-02-16 深圳职业技术学院 一种高导热的金属基电路板及其制作方法
CN108851461A (zh) * 2017-05-10 2018-11-23 戴森技术有限公司 加热器
CN108901145A (zh) * 2018-07-19 2018-11-27 惠州市鸿业新型材料有限公司 一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法
CN109348649A (zh) * 2018-09-20 2019-02-15 武汉光谷创元电子有限公司 热沉复合材料电镀处理方法及其制品
CN109788637A (zh) * 2018-10-23 2019-05-21 江西增孚新材料科技有限公司 陶瓷线路板
CN110098154A (zh) * 2019-04-12 2019-08-06 深圳通感微电子有限公司 封装基板及制作方法
CN110252156A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 湖南中天元环境工程有限公司 一种金属复合陶瓷膜及其制备方法
CN110252157A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 湖南中天元环境工程有限公司 一种强化金属复合陶瓷膜及其制备方法
CN110557903A (zh) * 2019-09-05 2019-12-10 深圳市星河电路股份有限公司 一种pcb超高金线邦定值加工方法
TWI792148B (zh) * 2021-01-08 2023-02-11 艾姆勒科技股份有限公司 具鍍層結構之散熱基材
US11589661B2 (en) 2017-01-12 2023-02-28 Dyson Technology Limited Hand held appliance

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101321429A (zh) * 2007-06-06 2008-12-10 钰衡科技股份有限公司 一种高散热电路板及其制作方法
CN101321428A (zh) * 2007-06-06 2008-12-10 钰衡科技股份有限公司 一种高散热电路板及其制作方法
CN101880854A (zh) * 2010-05-27 2010-11-10 吉林大学 一种铝及铝合金基体氮化铝增强梯度复合材料表面层
US20120193324A1 (en) * 2002-03-13 2012-08-02 Schulz-Harder Juergen Method for the production of a metal-ceramic substrate, preferably a copper ceramic substrate
CN203194017U (zh) * 2013-01-28 2013-09-11 深圳市泓亚光电子有限公司 一种金属陶瓷复合基板

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120193324A1 (en) * 2002-03-13 2012-08-02 Schulz-Harder Juergen Method for the production of a metal-ceramic substrate, preferably a copper ceramic substrate
CN101321429A (zh) * 2007-06-06 2008-12-10 钰衡科技股份有限公司 一种高散热电路板及其制作方法
CN101321428A (zh) * 2007-06-06 2008-12-10 钰衡科技股份有限公司 一种高散热电路板及其制作方法
CN101880854A (zh) * 2010-05-27 2010-11-10 吉林大学 一种铝及铝合金基体氮化铝增强梯度复合材料表面层
CN203194017U (zh) * 2013-01-28 2013-09-11 深圳市泓亚光电子有限公司 一种金属陶瓷复合基板

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103354221A (zh) * 2013-06-17 2013-10-16 苏州晶品光电科技有限公司 用于光学和电子器件的多陶瓷层图案化结构基板
CN103354221B (zh) * 2013-06-17 2016-02-03 苏州晶品光电科技有限公司 用于光学和电子器件的多陶瓷层图案化结构基板
CN103325743A (zh) * 2013-07-03 2013-09-25 梁栌伊 高可靠性绝缘导热基板
CN103325743B (zh) * 2013-07-03 2015-09-09 梁栌伊 高可靠性绝缘导热基板
CN103470978A (zh) * 2013-09-10 2013-12-25 日普工艺制品(东莞)有限公司 一种多功能奇幻灯
CN103470978B (zh) * 2013-09-10 2016-06-15 日普工艺制品(东莞)有限公司 一种多功能灯
CN105252845A (zh) * 2015-11-25 2016-01-20 武汉理工大学 一种具有强韧性的镍/铜/二硼化钛陶瓷叠层材料及其制备方法
CN105252845B (zh) * 2015-11-25 2018-05-01 武汉理工大学 一种具有强韧性的镍/铜/二硼化钛陶瓷叠层材料及其制备方法
US11712098B2 (en) 2017-01-12 2023-08-01 Dyson Technology Limited Hand held appliance
US11589661B2 (en) 2017-01-12 2023-02-28 Dyson Technology Limited Hand held appliance
CN106793471A (zh) * 2017-01-20 2017-05-31 昆山福烨电子有限公司 一种陶瓷线路板
US11168924B2 (en) 2017-05-10 2021-11-09 Dyson Technology Limited Heater
CN108851461B (zh) * 2017-05-10 2022-06-28 戴森技术有限公司 加热器
CN108851461A (zh) * 2017-05-10 2018-11-23 戴森技术有限公司 加热器
CN107708296A (zh) * 2017-10-19 2018-02-16 深圳职业技术学院 一种高导热的金属基电路板及其制作方法
CN108901145A (zh) * 2018-07-19 2018-11-27 惠州市鸿业新型材料有限公司 一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法
CN109348649A (zh) * 2018-09-20 2019-02-15 武汉光谷创元电子有限公司 热沉复合材料电镀处理方法及其制品
CN109788637A (zh) * 2018-10-23 2019-05-21 江西增孚新材料科技有限公司 陶瓷线路板
CN110098154A (zh) * 2019-04-12 2019-08-06 深圳通感微电子有限公司 封装基板及制作方法
CN110252156A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 湖南中天元环境工程有限公司 一种金属复合陶瓷膜及其制备方法
CN110252157A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 湖南中天元环境工程有限公司 一种强化金属复合陶瓷膜及其制备方法
CN110252156B (zh) * 2019-07-09 2022-04-05 湖南中天元环境工程有限公司 一种金属复合陶瓷膜及其制备方法
CN110557903A (zh) * 2019-09-05 2019-12-10 深圳市星河电路股份有限公司 一种pcb超高金线邦定值加工方法
TWI792148B (zh) * 2021-01-08 2023-02-11 艾姆勒科技股份有限公司 具鍍層結構之散熱基材

Also Published As

Publication number Publication date
CN103079339B (zh) 2015-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103079339B (zh) 一种金属陶瓷复合基板及其制造方法
CN100496188C (zh) 铝基印刷电路板及其制作方法
CN205082059U (zh) 散热电路板
KR20120046600A (ko) 소성 접합을 이용한 파워 모듈 및 그 제조 방법
CN108520855A (zh) 一种纳米银浆提高陶瓷覆铜板可靠性的方法
CN102832191A (zh) 功率模块封装和具有该功率模块封装的系统模块
US20080292874A1 (en) Sintered power semiconductor substrate and method of producing the substrate
CN101483217A (zh) 一种led高导热陶瓷覆铜散热电路板
TW200845877A (en) Heat-dissipating substrates of composite structure
CN102339758A (zh) 低温键合制备铜-陶瓷基板方法
TW200835431A (en) Ceramic/metal composite structure and method of manufacturing the same
TW201041093A (en) Section-difference type ceramics base copper-clad laminate set and manufacturing method thereof
CN102891240B (zh) 倒装结构的发光二极管及其制备方法
CN104733399A (zh) 一种层状高导热绝缘基板及其制备方法
CN202736904U (zh) 一种覆铜硅基板
KR101101709B1 (ko) Ｌｅｄ 어레이 방열모듈 및 이의 제조방법
CN105845583B (zh) 一种陶瓷-金属复合基板制备工艺
CN207678068U (zh) 一种超高导热型陶瓷基板
CN111092049A (zh) 一种陶瓷基板覆铜及高功率电子芯片全铜互联封装方案
CN101887942A (zh) 一种安装led的金属基板及其制造方法
WO2015135249A1 (zh) 图案化多绝缘材质电路基板
KR101411953B1 (ko) 이종접합 방열 구조체 및 그 제조방법
US9644128B2 (en) Carbon nanotube sheet, electronic device, method of manufacturing carbon nanotube sheet, and method of manufacturing electronic device
CN203194017U (zh) 一种金属陶瓷复合基板
CN102969438A (zh) Led用蓝宝石支架

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP03 Change of name, title or address

Address after: Buji street, Longgang District of Shenzhen city cloth Lan Road 518000 Guangdong province No. 135 Gan Li six road No. 9

Patentee after: Shenzhen Hoyol Opto Electronic Co., Ltd.

Address before: 518000, Gan Li Science Park, 135 Shenzhen Road, Buji street, Longgang District, Guangdong, China

Patentee before: Hongya Photoelectronics Co., Ltd., Shenzhen City

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150909

Termination date: 20200128