CN103354698B - 用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，包括金属基体，在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，在所述耐压陶瓷层上利用PVD沉积方法通过挡板沉积图案化的高导热陶瓷层，并形成多个导热隔离基座；并且在所述导热隔离基座上形成金属电路层。本发明所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，具有更大尺寸的金属基板，并且可以容纳多个光学和/或电子器件，而且所述的多个光学和/或电子器件之间具有良好的电隔离和热隔离。

Description

用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板
技术领域
本发明属于电子技术领域，更具体的说，本发明涉及一种用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板。
背景技术
用于光学和/或电子的器件，如集成电路或者激光二极管均需要利用热传导材料来进行传热。为此需要采用金属基体，如铜基体，并且在所述光学和/或电子的器件与金属基体之间经常需要电隔离。而有些陶瓷材料具有较高的热传导效率并且对电是绝缘的。为此经常在光学和/或电子的器件与金属基体之间使用高导热的陶瓷材料作为用于提供电隔离而又仍然维持热传导性的中间材料。为了提供从光学和/或电子的器件向金属基体的高效传热，在陶瓷与金属基体之间提供良好的热界面是必需的。
而且在越来越多的应用中，需要将多个光学和/或电子器件耦合到具有电隔离和导热的功能结构中。而为了容纳多个光学和/或电子器件，需要使用更大尺寸的基体材料，例如需要使用更大的金属基体以及陶瓷板。然而如果将所述多个光学和/或电子器件耦合到单一界面的陶瓷组件上的时候，则各耦合的光学和/或电子器件之间将会导致热传递困难，而且可能会导致电性传导而发生短路。为此，需要在多个光学和/或电子器件之间提供电隔离和热隔离。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明涉及一种用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，包括金属基体，在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，在所述耐压陶瓷层上利用PVD沉积方法通过挡板沉积图案化的高导热陶瓷层，并形成多个导热隔离基座；并且在所述导热隔离基座高导热陶瓷层上形成金属电路层。
其中，所述耐压陶瓷层的厚度为10-500um；所述耐压陶瓷层选自氧化铝，氮氧化铝或碳化硅中的一种或几种。
其中，所述耐压陶瓷层通过溅射、电弧蒸镀、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积或粉末烧结制备得到。
其中，所述高导热陶瓷层的厚度为10-500um；并且所述高导热陶瓷层为AlN、AlON或SiN。
其中，所述高导热陶瓷层通过磁控溅射或电弧蒸镀方法制备得到。
其中，所述金属基体与耐压陶瓷层之间具有过渡层。
其中，所述金属基体与耐压陶瓷层之间具有活性钎焊层。
其中，所述活性钎焊层使用的钎料含有0.5-0.8wt%的Ag、0.8-1.0wt%的In、2.1-2.5wt%的Ti、1.2-1.5wt%的Si、5.2-7.2wt%的Sn、2.7-3.2wt%的Al、0.65-0.95wt%的Mn、1.8-2.1wt%的Ni、0.5-0.7wt%的Ce、0.1-0.2wt%的B和余量的Cu。
其中，所述金属电路层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积金属层，并通过干蚀刻得到所述金属电路层。
其中，所述金属电路层也可以通过直接印刷金属浆料并烧结的方式制成。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下有益效果：
（1）本发明所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，具有更大尺寸的金属基板，并且可以容纳多个光学和/或电子器件，而且所述的多个光学和/或电子器件之间具有良好的电隔离和热隔离。
（2）本发明所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板中，所述的PVD高导热陶瓷层的导热率大于50W/mK,能够实现有效的热传导和转移，解决光学和/或电子部件的散热问题。
附图说明
图1为实施例1所述用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板的示意图。
图2为实施例2所述用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板的示意图。
图3为实施例3所述用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板的示意图。
具体实施方式
本发明的光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，包括金属基体，在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，在所述耐压陶瓷层上利用PVD沉积方法通过挡板沉积图案化的高导热陶瓷层，并形成多个导热隔离基座；并且在所述导热隔离基座高导热陶瓷层上形成金属电路层。所述耐压陶瓷层的厚度为10-500um；所述耐压陶瓷层选自氧化铝，氮氧化铝或碳化硅中的一种或几种。所述耐压陶瓷层通过溅射、电弧蒸镀、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积或粉末烧结制备得到。所述高导热陶瓷层的厚度为10-500um；并且所述高导热陶瓷层为AlN、AlON或SiN。所述图案化的高导热陶瓷层通过磁控溅射或电弧蒸镀方法制备得到。并且所述金属基体与耐压陶瓷层之间可以具有过渡层或者活性钎焊层。而所述活性钎焊使用的钎料含有0.5-0.8wt%的Ag、0.8-1.0wt%的In、2.1-2.5wt%的Ti、1.2-1.5wt%的Si、5.2-7.2wt%的Sn、2.7-3.2wt%的Al、0.65-0.95wt%的Mn、1.8-2.1wt%的Ni、0.5-0.7wt%的Ce、0.1-0.2wt%的B和余量的Cu。所述活性钎焊使用的钎料通过水雾法制备得到，其制备方法包括以下步骤：（1）将上述配比的金属粉末原料混合并加热熔化形成合金液，利用压力≥40MPa的雾化水对所述合金液进行冷却粉碎处理，形成合金粉末；（2）对所述合金粉末进行干燥和还原退火处理得到所述的钎料，其中还原退火气氛采用氢气退火，退火温度为250-300℃，退火时间为20-30分钟，还原退火后所述稀土预合金粉末中氧含量<2500ppm。在本发明中，所述的钎料改变以往配方由单质粉料混合钎焊后焊接曾均匀性差，成分易偏折，钎焊温度较高，质量稳定性差的等诸多缺点，提高了钎焊层与金属基体以及陶瓷层之间的浸润性，并且提高了钎焊层冶金接合的可靠性。
实施例1
如附图1所示，本实施例所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，包括铝或铝合金基体10，在所述基体10上依次形成有Al2O3耐压陶瓷层20，而在所述耐压陶瓷层20上利用磁控溅射沉积方法通过挡板沉积图案化的AlN高导热陶瓷层30，并形成多个导热隔离基座50；并且在所述导热隔离基座高导热陶瓷层上形成金属电路层（图中未示出）。所述Al2O3耐压陶瓷层采用以下工艺制备得到，其反应体系为AlCl3-H2O-O2-H2，反应温度为420-500℃，工作压力为1200Pa,其中AlCl3的流量为50ml/min,H2O的流量为10-20ml/min，O2的流量为15-20ml/min，H2的流量为500ml/min，薄膜厚度为200μm。而所述AlN高导热陶瓷层采用以下工艺制备得到，靶材为氮化铝陶瓷靶，将溅镀室内抽真空度至5.0×10-4Pa，向真空镀膜室内通入纯度为99.99%的Ar，流量200sccm，并保持真空镀膜室内的工作真空度为800Pa，开启一对带有氮化铝陶瓷靶溅射阴极的中频溅射电源，电源功率10kW；同时开启偏压电源，偏压电源为高频脉冲偏压电源，电压200V，频率20kHz，占空比80%来代替，基板沉积温度保持在420-450℃，在靶材与待镀件之间设置有多个挡板，从而形成图案化的AlN高导热陶瓷层，沉积厚度为200nm。通过该实施例得到的基板结构的耐击穿电压大于5.0kV,导热率大于100W/mK。本实施例所述的结构可以用于诸如LED等的光学器件或者线路板等电子器件，并且可以在单个的金属基板上密集布设多个光学和/或电子器件，而不必担心所述多个光学和/或电子器件之间的热传导和电传导。
实施例2
如附图2所示，本实施例所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，包括铝或铝合金基体10，在所述基体10上依次形成有Al2O3耐压陶瓷层20，而在所述耐压陶瓷层20上利用磁控溅射沉积方法通过挡板沉积图案化的AlN高导热陶瓷层30，并形成多个导热隔离基座50；并且在所述基体10与耐压陶瓷层20之间具有铝过渡层60；并且在所述导热隔离基座高导热陶瓷层上形成金属电路层（图中未示出）。所述铝过渡层采用以下工艺制备：抽真空度至5.0×10-4Pa，向真空镀膜室内通入纯度为99.99%的Ar，流量20sccm，并保持真空镀膜室内的工作真空度为50Pa，开启一对带有铝靶溅射阴极的中频溅射电源，电源功率10kW；同时开启偏压电源，偏压电源为高频脉冲偏压电源，电压50V，频率20kHz，占空比90%来代替，基板沉积温度保持在20℃，沉积时间2分钟，沉积厚度为200nm；所述过渡层为非导电结构，采用该过渡层不仅能够提高粘结性而且导热性良好。所述Al2O3耐压陶瓷层采用以下工艺制备得到，其反应体系为AlCl3-H2O-O2-H2，反应温度为420-500℃，工作压力为1200Pa,其中AlCl3的流量为50ml/min,H2O的流量为10-20ml/min，O2的流量为15-20ml/min，H2的流量为500ml/min，薄膜厚度为200μm。而所述AlN高导热陶瓷层采用以下工艺制备得到，靶材为氮化铝陶瓷靶，将溅镀室内抽真空度至5.0×10-4Pa，向真空镀膜室内通入纯度为99.99%的Ar，流量200sccm，并保持真空镀膜室内的工作真空度为800Pa，开启一对带有氮化铝陶瓷靶溅射阴极的中频溅射电源，电源功率10kW；同时开启偏压电源，偏压电源为高频脉冲偏压电源，电压200V，频率20kHz，占空比80%来代替，基板沉积温度保持在420-450℃，在靶材与待镀件之间设置有多个挡板，从而形成图案化的AlN高导热陶瓷层，沉积厚度为200nm。通过该实施例得到的基板结构的耐击穿电压大于5.0kV,导热率大于100W/mK。本实施例所述的结构可以用于诸如LED等的光学器件或者线路板等电子器件，并且可以在单个的金属基板上密集布设多个光学和/或电子器件，而不必担心所述多个光学和/或电子器件之间的热传导和电传导。
实施例3
如附图3所示，本实施例所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，包括铝或铝合金基体10，在所述基体10上依次形成有Al2O3耐压陶瓷层20，而在所述耐压陶瓷层20上利用磁控溅射沉积方法通过挡板沉积图案化的AlN高导热陶瓷层30，并形成多个导热隔离基座50；并且在所述基体10与耐压陶瓷层20之间具有活性钎焊层70；并且在所述导热隔离基座高导热陶瓷层上形成金属电路层（图中未示出）。所述活性钎焊层的钎料采用上述水雾法制备得到，而使用的钎料中含有0.5wt%的Ag、0.8wt%的In、2.1wt%的Ti、1.5wt%的Si、7.2wt%的Sn、2.7wt%的Al、0.65wt%的Mn、1.8wt%的Ni、0.5wt%的Ce、0.1wt%的B和余量的Cu。所述Al2O3耐压陶瓷层通过粉末烧结法制备得到，而所述耐压陶瓷层厚度为200μm。而所述AlN高导热陶瓷层采用以下工艺制备得到，靶材为氮化铝陶瓷靶，将溅镀室内抽真空度至5.0×10-4Pa，向真空镀膜室内通入纯度为99.99%的Ar，流量200sccm，并保持真空镀膜室内的工作真空度为800Pa，开启一对带有氮化铝陶瓷靶溅射阴极的中频溅射电源，电源功率10kW；同时开启偏压电源，偏压电源为高频脉冲偏压电源，电压200V，频率20kHz，占空比80%来代替，基板沉积温度保持在420-450℃，在靶材与待镀件之间设置有多个挡板，从而形成图案化的AlN高导热陶瓷层，沉积厚度为200nm。通过该实施例得到的基板结构的耐击穿电压大于5.0kV,导热率大于100W/mK。本实施例所述的结构可以用于诸如LED等的光学器件或者线路板等电子器件，并且可以在单个的金属基板上密集布设多个光学和/或电子器件，而不必担心所述多个光学和/或电子器件之间的热传导和电传导。
对于本领域的普通技术人员而言，应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施上述实施例。本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，包括金属基体，其特征在于在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，并且在所述耐压陶瓷层上利用PVD沉积方法通过挡板沉积图案化的高导热陶瓷层，并形成多个导热隔离基座；并且在所述导热隔离基座高导热陶瓷层上形成金属电路层；所述金属基体与耐压陶瓷层之间具有活性钎焊层，所述活性钎焊层使用的钎料含有0.5-0.8wt％的Ag、0.8-1.0wt％的In、2.1-2.5wt％的Ti、1.2-1.5wt％的Si、5.2-7.2wt％的Sn、2.7-3.2wt％的Al、0.65-0.95wt％的Mn、1.8-2.1wt％的Ni、0.5-0.7wt％的Ce、0.1-0.2wt％的B和余量的Cu。
2.根据权利要求1所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，其特征在于所述耐压陶瓷层的厚度为10-500μm；且所述耐压陶瓷层选自氧化铝，氮氧化铝或碳化硅中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，其特征在于所述耐压陶瓷层通过溅射、电弧蒸镀、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积或粉末烧结制备得到。
4.根据权利要求1或2所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，其特征在于所述高导热陶瓷层的厚度为10-500μm；且所述高导热陶瓷层为AlN、AlON或SiN。
5.根据权利要求4所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，其特征在于所述高导热陶瓷层通过磁控溅射或电弧蒸镀方法制备得到。
6.根据权利要求1或2所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，其特征在于所述金属电路层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积金属层，并通过干蚀刻得到所述金属电路层。
7.根据权利要求1或2所述的用于光学和电子器件的图案化陶瓷层印刷线路基板，其特征在于所述金属电路层通过直接印刷金属浆料并烧结的方式制成。
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