CN103327732B - 一种高导热基板及其制备方法 - Google Patents

一种高导热基板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导热基板，包括铝基材，铝基材表面上依次设有连接层、合金缓冲层、绝缘层、导电层；其中，导电层由一级导电层和覆盖在一级导电层表面上的二级导电层组合而成。一种高导热基板的制备方法，包括以下步骤：1）在合金缓冲层一面形成一层铝以形成铝基板和缓冲层的连接层；2）通过物理气相沉积或热浸镀，在缓冲层另一面上覆盖一层铝；3）采用阳极氧化法或微弧氧化，将上步中的铝层转化成氧化铝绝缘层；4）采用物理气相沉积，在绝缘层表面形成一级导电层；5）采用电化学沉积法，在一级导电层表面形成二级导电层。本发明的基板在高温下性能稳定，不开裂，同时有效地解决了缓冲层金属扩散的问题。

Description

一种高导热基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高导热基板及其制备方法。
背景技术
近年来电子产业蓬勃发展，各种高功率的电子元件层出不穷，线路板上元件的密度也越来越大。这使得在能耗增加的同时，产生的热量也大大增加。若不能及时将热量转移，会对元件的性能产生影响。传统的使用环氧树脂制造的绝缘基板，其热阻大，远不能满足大功率散热的需求；使用陶瓷材料制成的基板，虽然其导热性能远远大于环氧树脂，但基板与散热器之间的连接需要用到导热胶，而导热胶的热阻仍然很大，同样限制了其散热能力。而金属基板由于可以与散热器一体化，使散热效果大大提高，所以近年来高导热的金属基板得到了空前的发展。
现有的高导热金属基板包括三层结构，分别为金属基材、绝缘层以及导电层。绝缘层的加工方法包括基材金属直接氧化（阳极氧化铝），或者使用磁控溅射的方法覆盖一层氧化铝或氮化铝。由于氧化铝和氮化铝的热导率较高，且整个基板中不包含任何有机物，所以其传热系数远高于传统的环氧树脂和陶瓷基板，散热效果好。
高导热金属基板应用在需要大功率散热的场合，除了发热量大以外，往往温度也很高，此时材料因为温度改变而发生的形变就比较明显。使用金属氧化物或氮化物制成的绝缘层，其热膨胀系数往往与金属基材相差甚大。如氧化铝，其热膨胀系数约为7.8×10-6/℃；氮化铝，5×10-6/℃。而铝合金的热膨胀系数为22.0×10-6/℃至24.1×10-6/℃，二者相差了三到四倍之多。这使得在温度较高的情况下，绝缘层会因应力作用而开裂，使得绝缘性大大降低。
对于这一问题，一种解决方法是在基材与绝缘层之间加入缓冲层。专利号200810149489.3提到的方法是使用铜作为缓冲层，但铜容易扩散到多孔的绝缘层之中，使得绝缘性下降。对此，该发明者的解决方案是在缓冲层与绝缘层之间在加入一由钨、钛、钽或其合金构成的阻碍层，殊不知钛的热导率仅为21.9 W•m-1•K-1，仅为铝（220W•m-1•K-1）的十分之一，严重影响散热效果；而钽与钨的热膨胀系数甚至比氧化铝还低（钽为6×10-6/℃，钨仅为4.5×10-6/℃），与加入缓冲层的目的相悖。
发明内容
本发明的目的在于一种高导热基板及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种高导热基板，包括铝基材，铝基材表面上设有连接层、连接层表面上设有合金缓冲层、合金缓冲层表面上设有绝缘层、绝缘层表面上设有导电层；其中，导电层由一级导电层和覆盖在一级导电层表面上的二级导电层组合而成。
所述的连接层为铝，厚度为10-50μm。
所述的合金缓冲层的厚度为50-200μm，所述的缓冲层金属为Cu与Mo、W、Ti中的至少一种形成的合金，所述的合金缓冲层的热膨胀系数为5×10-6/℃至18×10-6/℃。
所述的绝缘层的厚度为10-100μm。
所述的一级导电层的厚度为300-850Å，二级导电层的厚度为0.05-1mm；所述的一级导电层金属为Ag、Cu、Au、Al、Ni、Fe中的一种或至少两种形成的合金，所述的二级导电层金属为Ag、Cu、Au中的一种或至少两种形成的合金。
一种高导热基板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）通过物理气相沉积或热浸镀在合金缓冲层一面形成一层铝以形成铝基板和缓冲层的连接层，再通过扩散焊的方式，将合金缓冲层与铝基板连接起来；
2）通过物理气相沉积或热浸镀，在缓冲层另一面上覆盖一层铝；
3）采用阳极氧化法或微弧氧化，将上步中的铝层转化成氧化铝绝缘层；
4）采用物理气相沉积，在绝缘层表面形成一级导电层；
5）采用电化学沉积法，在一级导电层表面形成二级导电层。
阳极氧化法所用的阳极氧化液为硫酸-草酸体系，硫酸的浓度为0.16-0.2mol/L，草酸的浓度为0.16-0.2mol/L，阳极氧化液中还含有0.1-0.15wt%的稀土盐，所述的稀土盐为硝酸钇、硫酸铈、硫酸镧中的至少一种；阳极氧化法中，电压为100V，石墨为阴极，氧化时间为3-4h。
微弧氧化的电解液的成份为：3-5g/L的NaOH、5-8g/L的Na2SiO3、4-5g/L的（NaPO3）6、1.5-2g/L的EDTA；微弧氧化的工艺条件为：正向电压520V，负向电压160V，脉冲频率100Hz，氧化时间90min，电解液的温度为30-45℃。
本发明的有益效果是：本发明通过在绝缘层与基材之间加入缓冲层的方法，使之在高温下性能稳定，不开裂，同时有效地解决了缓冲层金属扩散的问题。
附图说明
图1是本发明的基板的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示：一种高导热基板，包括铝基材1，铝基材1表面上设有连接层2、连接层2表面上设有合金缓冲层3、合金缓冲层3表面上设有绝缘层4、绝缘层4表面上设有导电层；其中，导电层由一级导电层51和覆盖在一级导电层表面上的二级导电层52组合而成。
所述的连接层为铝，厚度为10-50μm。
所述的合金缓冲层的厚度为50-200μm，所述的缓冲层金属为Cu与Mo、W、Ti中的至少一种形成的合金，所述的合金缓冲层的热膨胀系数为5×10-6/℃至18×10-6/℃。
所述的绝缘层的厚度为10-100μm。
所述的一级导电层的厚度为300-850Å，二级导电层的厚度为0.05-1mm；所述的一级导电层金属为Ag、Cu、Au、Al、Ni、Fe中的一种或至少两种形成的合金，所述的二级导电层金属为Ag、Cu、Au中的一种或至少两种形成的合金。
一种高导热基板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）通过物理气相沉积或热浸镀在合金缓冲层一面形成一层铝以形成铝基板和缓冲层的连接层，再通过扩散焊的方式，将合金缓冲层与铝基板连接起来；
2）通过物理气相沉积或热浸镀，在缓冲层另一面上覆盖一层铝；
3）采用阳极氧化法或微弧氧化，将上步中的铝层转化成氧化铝绝缘层；
4）采用物理气相沉积，在绝缘层表面形成一级导电层；采用电化学沉积法，在一级导电层表面形成二级导电层。
阳极氧化法所用的阳极氧化液为硫酸-草酸体系，硫酸的浓度为0.16-0.2mol/L，草酸的浓度为0.16-0.2mol/L，阳极氧化液中还含有0.1-0.15wt%的稀土盐，所述的稀土盐为硝酸钇、硫酸铈、硫酸镧中的至少一种；阳极氧化法中，电压为100V，石墨为阴极，氧化时间为3-4h。
微弧氧化的电解液的成份为：3-5g/L的NaOH、5-8g/L的Na2SiO3、4-5g/L的（NaPO3）6、1.5-2g/L的EDTA；微弧氧化的工艺条件为：正向电压520V，负向电压160V，脉冲频率100Hz，氧化时间90min，电解液的温度为30-45℃。
在形成二级导电层后，为在基板上封装电子元件，则应继续在二级导电层表面进行贴膜、蚀刻，形成线路，再采用电化学沉积法，镀上可焊层金属。所述的可焊层金属为化学镀镍/ 浸金、化学镀/ 电镀银或化学镀/ 电镀锡；所述的可焊层的厚度为5-20μm。
形成可焊层后，即可进行相应元件的封装。
本发明中，所述物理气相沉积包括离子镀、磁控溅射或蒸镀，所述电化学沉积法为电镀或化学镀。
下面再结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例 1 ：
一种高导热基板的制备方法，包括步骤：
1）通过蒸发镀在50μm的钼铜合金缓冲层一面形成一层10μm金属铝，以其作为铝基板和缓冲层的连接层；
2）采用扩散焊的方式，利用连接层将缓冲层与铝基板连接起来；
3）通过蒸发镀，在钼铜合金缓冲层另外一面上覆盖一层铝层（铝层的厚度以使得经过阳极氧化变为绝缘层后，使得绝缘层的厚度为10μm）；
4）通过阳极氧化，使铝层转化为氧化铝绝缘层；
5）导电层通过这种方式加工：先在绝缘层上磁控溅射金属银300Å，实现其导电化，再电镀铜0.05mm，加厚导电层。
合金缓冲层的热膨胀系数为12×10-6/℃。
阳极氧化法所用的阳极氧化液为硫酸-草酸体系，硫酸的浓度为0.16mol/L，草酸的浓度为0.16mol/L，阳极氧化液中还含有0.1wt%的稀土盐，所述的稀土盐为硝酸钇；阳极氧化法中，电压为100V，石墨为阴极，氧化时间为3h。
微弧氧化的电解液的成份为：3g/L的NaOH、5g/L的Na2SiO3、4g/L的（NaPO3）6、1.5g/L的EDTA；微弧氧化的工艺条件为：正向电压520V，负向电压160V，脉冲频率100Hz，氧化时间90min，电解液的温度为30-45℃。
实施例 2 ：
一种高导热基板的制备方法，包括步骤：
1）通过蒸发镀在200μm的钛铜合金缓冲层一面形成一层50μm金属铝，以其作为铝基板和缓冲层的连接层；
2）采用扩散焊的方式，利用连接层将缓冲层与铝基板连接起来；
3）通过热浸镀，在钛铜合金缓冲层另外一面上覆盖一层铝层（铝层的厚度以使得经过微弧氧化变为绝缘层后，使得绝缘层的厚度为100μm）；
4）通过微弧氧化，使铝层转化为氧化铝绝缘层；
5）导电层通过这种方式加工：先在绝缘层上磁控溅射金属银850Å，实现其导电化，再电镀铜1mm，加厚导电层。
合金缓冲层的热膨胀系数为5.5×10-6/℃。
阳极氧化法所用的阳极氧化液为硫酸-草酸体系，硫酸的浓度为0.2mol/L，草酸的浓度为0.2mol/L，阳极氧化液中还含有0.15wt%的稀土盐，所述的稀土盐为硫酸镧；阳极氧化法中，电压为100V，石墨为阴极，氧化时间为4h。
微弧氧化的电解液的成份为：5g/L的NaOH、58g/L的Na2SiO3、5g/L的（NaPO3）6、2g/L的EDTA；微弧氧化的工艺条件为：正向电压520V，负向电压160V，脉冲频率100Hz，氧化时间90min，电解液的温度为30-45℃。
实施例 3 ：
一种高导热基板的制备方法，包括步骤：
1）通过热浸镀在100μm的钨铜合金缓冲层一面形成一层50μm金属铝，以其作为铝基板和缓冲层的连接层；
2）采用扩散焊的方式，利用连接层将缓冲层与铝基板连接起来；
3）通过蒸发镀，在钼铜合金缓冲层另外一面上覆盖一层铝层（铝层的厚度以使得经过阳极氧化变为绝缘层后，使得绝缘层的厚度为80μm）；
4）通过阳极氧化，使铝层转化为氧化铝绝缘层；
5）导电层通过这种方式加工：先在绝缘层上磁控溅射金属银700Å，实现其导电化，再电镀铜0.5mm，加厚导电层。
合金缓冲层的热膨胀系数为17.5×10-6/℃。
阳极氧化法所用的阳极氧化液为硫酸-草酸体系，硫酸的浓度为0.18mol/L，草酸的浓度为0.18mol/L，阳极氧化液中还含有0.12wt%的稀土盐，所述的稀土盐为硝酸钇、硫酸铈、硫酸镧中的至少一种；阳极氧化法中，电压为100V，石墨为阴极，氧化时间为3.5h。
微弧氧化的电解液的成份为：4g/L的NaOH、6g/L的Na2SiO3、4.5g/L的（NaPO3）6、1.8g/L的EDTA；微弧氧化的工艺条件为：正向电压520V，负向电压160V，脉冲频率100Hz，氧化时间90min，电解液的温度为30-45℃。
将实施例1-3所得的导热基板在 450℃下烘烤60 分钟，多层之间均没出现剥离现象，性能可靠性极高。

Claims (6)

1.一种高导热基板，包括铝基材，其特征在于：铝基材表面上设有连接层、连接层表面上设有合金缓冲层、合金缓冲层表面上设有绝缘层、绝缘层表面上设有导电层；其中，导电层由一级导电层和覆盖在一级导电层表面上的二级导电层组合而成；所述的连接层为铝，厚度为10-50μm；所述的合金缓冲层的厚度为50-200μm，所述的合金缓冲层金属为Cu与Mo、W、Ti中的至少一种形成的合金，所述的合金缓冲层的热膨胀系数为5×10-6/℃至18×10-6/℃。
2.根据权利要求1所述的一种高导热基板，其特征在于：所述的绝缘层的厚度为10-100μm。
3.根据权利要求1所述的一种高导热基板，其特征在于：所述的一级导电层的厚度为300-850Å，二级导电层的厚度为0.05-1mm；所述的一级导电层金属为Ag、Cu、Au、Al、Ni、Fe中的一种或至少两种形成的合金，所述的二级导电层金属为Ag、Cu、Au中的一种或至少两种形成的合金。
4.如制备权利要求1所述的一种高导热基板的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）通过物理气相沉积或热浸镀在合金缓冲层一面形成一层铝以形成铝基板和缓冲层的连接层，再通过扩散焊的方式，将合金缓冲层与铝基板连接起来；
2）通过物理气相沉积或热浸镀，在缓冲层另一面上覆盖一层铝；
3）采用阳极氧化法或微弧氧化，将上步中的铝层转化成氧化铝绝缘层；
4）采用物理气相沉积，在绝缘层表面形成一级导电层；
5）采用电化学沉积法，在一级导电层表面形成二级导电层。
5.根据权利要求4所述的一种高导热基板的制备方法，其特征在于：阳极氧化法所用的阳极氧化液为硫酸-草酸体系，硫酸的浓度为0.16-0.2mol/L，草酸的浓度为0.16-0.2mol/L，阳极氧化液中还含有0.1-0.15wt%的稀土盐，所述的稀土盐为硝酸钇、硫酸铈、硫酸镧中的至少一种；阳极氧化法中，电压为100V，石墨为阴极，氧化时间为3-4h。
6.根据权利要求4所述的一种高导热基板的制备方法，其特征在于：微弧氧化的电解液的成份为：3-5g/L的NaOH、5-8g/L的Na2SiO3、4-5g/L的（NaPO3）6、1.5-2g/L的EDTA；微弧氧化的工艺条件为：正向电压520V，负向电压160V，脉冲频率100Hz，氧化时间90min，电解液的温度为30-45℃。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106233478A (zh) * 2014-04-23 2016-12-14 夏普株式会社 发光装置用基板、发光装置及发光装置用基板的制造方法
CN104611671B (zh) * 2015-01-08 2017-08-08 广西大学 一种阻挡元素扩散的中间层及其制备方法
CN105112976A (zh) * 2015-07-31 2015-12-02 深圳市星火辉煌系统工程有限公司 一种cvd工装表面微弧改性工艺
CN105552192A (zh) * 2015-12-08 2016-05-04 李小鹏 一种多晶反射绝缘板及其制备方法
CN106455442B (zh) * 2016-11-02 2019-03-15 上海博息电子科技有限公司 一种超薄石墨烯高导复合材料
CN106531902B (zh) * 2016-11-16 2020-12-29 广州宏庆电子有限公司 一种极薄柔性散热膜及其制作方法
CN109168252A (zh) * 2018-10-26 2019-01-08 业成科技（成都）有限公司 电路板及其制作方法
CN110139466A (zh) * 2019-04-03 2019-08-16 沪士电子股份有限公司 高导热绝缘体、pcb板及制备方法
CN111293102B (zh) * 2020-02-21 2022-07-05 上海航天电子通讯设备研究所 一种基板混合薄膜多层布线制作方法
CN111705287B (zh) * 2020-07-10 2021-07-30 武汉大学 一种电气绝缘设备金属表面处理防止c4f7n腐蚀的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101287334A (zh) * 2007-04-12 2008-10-15 环宇真空科技股份有限公司 高导热电路基板的制作方法
CN201677551U (zh) * 2010-05-21 2010-12-22 中国电子科技集团公司第十三研究所 氮化铝陶瓷与金属的焊接结构
CN102740604A (zh) * 2012-07-12 2012-10-17 苏州衡业新材料科技有限公司 制备电子电路绝缘金属基板的方法
CN103118492A (zh) * 2013-01-31 2013-05-22 蚌埠德豪光电科技有限公司 铝基板及其制造方法及使用该铝基板的led光源

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010070850A (ja) * 2008-08-21 2010-04-02 Mitsubishi Materials Corp 銅張積層板およびその製造方法並びにプリント配線板およびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101287334A (zh) * 2007-04-12 2008-10-15 环宇真空科技股份有限公司 高导热电路基板的制作方法
CN201677551U (zh) * 2010-05-21 2010-12-22 中国电子科技集团公司第十三研究所 氮化铝陶瓷与金属的焊接结构
CN102740604A (zh) * 2012-07-12 2012-10-17 苏州衡业新材料科技有限公司 制备电子电路绝缘金属基板的方法
CN103118492A (zh) * 2013-01-31 2013-05-22 蚌埠德豪光电科技有限公司 铝基板及其制造方法及使用该铝基板的led光源

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