CN103515521A - 一种覆铜AlSiC复合散热基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种覆铜AlSiC复合散热基板,其AlSiC基板和附着在AlSiC基板上的铜层,所述铜层与AlSiC基板之间形成有铜铝尖晶石共晶界面。本发明的覆铜AlSiC复合散热基板的结构简单、散热性能好,可解决散热基板与芯片材料热膨胀不匹配的问题,使板上封装的LED芯片不易脱落,提高了LED的使用寿命,适用于低成本大功率LED的制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料的散热基板,特别涉及一种覆铜AlSiC复合散热基板及其制备方法。
背景技术
随着LED向高功率发展,散热问题是LED发展过程中不容忽视的问题,这直接制约了LED的发展。如果不能通过有效地解决LED散热问题,将会降低LED的工作效率,影响LED的正常发光,最终使LED失效。
传统的封装材料包括硅基板,金属基板和陶瓷基板等。硅和陶瓷基板加工困难,成本高,热导率低;金属材料的热膨胀系数与LED芯片衬底材料不匹配,在LED工作循环多次后,容易产生热应力,造成芯片和基板间产生微小裂缝,增大热阻,最终导致脱落。因此,这些传统的封装材料很难满足封装基板的苛刻需求。
国内外新研发的散热基板材料有金属芯印刷电路板(MCPCB)、覆铜陶瓷板(DBC)和金属基低温烧结陶瓷基板(LTCC-M)。其中,金属芯印刷电路板热导率受到绝缘层的限制,热导率低,且不能实现板上封装;覆铜陶瓷板采用直接键合方式将陶瓷和金属键合在一起,提高了热导率,同时使得热膨胀系数控制在一个合适的范围,但金属和陶瓷的反应能力低,润湿性不好,使得键合难度高,界面结合强度低,易脱落;金属基低温烧结陶瓷基板对成型尺寸精度要求高,工艺复杂,也同样存在金属和陶瓷润湿性不好、易脱落的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯片不易脱落且散热性能好的覆铜AlSiC复合散热基板。
一种覆铜AlSiC复合散热基板,包括AlSiC基板和附着在AlSiC基板上的铜层,所述铜层与AlSiC基板之间形成有铜铝尖晶石共晶界面。
优选的,所述AlSiC基板的厚度为1mm~1.5mm。
优选的,所述铜层的厚度为0.3mm~0.5mm。
优选的,所述铜层是采用热熔式粘合的方法与AlSiC基板复合。
优选的,多块AlSiC基板拼装为板状附着在铜层上,相邻的AlSiC基板之间的空隙用导热胶粘剂填充。
本发明还提供了一种覆铜AlSiC复合散热基板的制备方法,该方法包括以下步骤:
将未经抛光清洗的AlSiC基板的一面抛光至镜面;
将AlSiC基板上附着的油脂等杂物清洗掉并烘干;
将AlSiC基板抛光的一面用200~220℃空气热风加热10~15分钟,然后冷却;
将铜层的要与AlSiC基板复合的一面用200~220℃空气热风加热10~15分钟,然后冷却;以及
将AlSiC基板抛光的一面和铜层迭压在一起进行烧结,加热段起始加热温度为280~320℃,峰值温度最高达到1000~1100℃,烧结时间为60~70分钟,炉内氧含量为20~300ppm。
优选的,清洗所述AlSiC基板上附着的油脂等杂物的方法包括:用无水乙醇通过超声波清洗仪将经过浸泡的AlSiC基板清洗10~15分钟。
优选的,在所述烧结的步骤中,多块AlSiC基板拼装为板状后与铜层迭压在一起进行烧结,烧结后,等烧结在一起的复合的多块AlSiC基板和铜层冷却后,再将烧结在一起的复合的多块AlSiC基板和铜层加热至55~65℃,用导热胶粘剂灌封多块AlSiC基板间的缝隙,待导热胶粘剂固化后冷却至室温,形成所述的覆铜AlSiC复合散热基板。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
(1)本发明采用AlSiC(铝碳化硅)材料和铜制成,AlSiC复合材料由于原材料价格便宜,能近净成形复杂形状,且具有热导率高、膨胀系数可调、比刚度大、密度小,使封装结构具有功率密度高、芯片寿命长、可靠性高和质量轻等特点,在电子封装领域展现出了良好的应用前景。通过调节AlSiC复合材料的热膨胀系数,使其与LED芯片材料相匹配;采用AlSiC复合基板不但有效地解决LED芯片工作时的散热问题,同时解决了散热基板与芯片材料热膨胀不匹配的问题,使板上封装的LED芯片不易脱落,提高了LED的使用寿命,适用于低成本大功率LED的制造。
(2)本发明通过热熔式粘合的方法使铜层粘接在AlSiC基板上,形成覆铜AlSiC复合散热基板。金属铜的热导率很高,可达到383W/(m*K) ,远远大于AlSiC复合材料的热导率。因此覆铜能提高基板的热导率,进而增强基板的散热性能。另外,通过高温高压的方法使两种材料复合,不但可以减少粘接剂,节约成本,还可以解决粘接剂热导率不高的问题。
(3)本发明通过在铜层上热粘合AlSiC基板,可以解决AlSiC基板表面小的问题,扩大AlSiC基板的实用性。
附图说明
图1为本发明的实施例一的覆铜AlSiC复合散热基板示意图。
图2为本发明的实施例二的覆铜AlSiC复合散热基板示意图。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
本发明涉及的覆铜AlSiC复合散热基板是在AlSiC基板上复合铜层,铜层与AlSiC基板之间形成有铜铝尖晶石共晶界面。其中,AlSiC基板厚度可为1~1.5mm(毫米),铜层厚度可为0.3~0.5mm,如此,可达到成本、散热性能、强度和工艺要求方面的平衡。基板太厚会降低散热性能,太薄时容易断裂。铜层太厚则成本高,太薄工艺上很难做到。
实施例一:
如图1所述,本实施例的覆铜AlSiC复合散热基板,包括AlSiC基板1和附着在AlSiC基板1上的铜层2。铜层与AlSiC基板之间形成有铜铝尖晶石共晶界面。
其中,AlSiC基板是以SiC为增强相的Al基复合材料。AlSiC基板厚度为1mm,铜层厚度为0.3mm。
本实施例的覆铜AlSiC复合散热基板的制备方法包括如下所述的步骤(1)至步骤(4)。
步骤(1),将未经抛光清洗的AlSiC基板的一面抛光至镜面,然后用无水乙醇通过超声波清洗仪将经过浸泡的AlSiC基板清洗10~15分钟,并烘干,以清除基板上附着的油脂等杂物。
步骤(2),将AlSiC基板抛光的一面用200~220℃空气热风加热10~15分钟,使该表面上的铝形成致密的氧化铝,然后冷却备用。
步骤(3),将铜层的要与AlSiC基板复合的一面用200~220℃空气热风加热10~15分钟,使该表面上的铜形成致密的氧化膜,然后冷却备用。
步骤(4),将AlSiC基板和铜层迭压在一起进行烧结,用氮气保护网带式烧结炉,加热段起始加热温度可为280~320℃,峰值温度最高达到1000~1100℃,烧结时间为60~70分钟分钟,炉内氧含量为20~300ppm。
实施例二:
如图2所示,本实施例的覆铜AlSiC复合散热基板,包括AlSiC基板1、铜层2和导热胶粘剂3。其中,多块AlSiC基板1拼装为板状附着在铜层2上,相邻的AlSiC基板1之间的空隙用导热胶粘剂3填充,以加强整体的强度。铜层与AlSiC基板之间形成有铜铝尖晶石共晶界面。
其中,AlSiC基板是以SiC为增强相的Al基复合材料。AlSiC基板厚度为1mm,铜层厚度为0.5mm。
本实施例的覆铜AlSiC复合散热基板的制备方法包括如下所述的步骤(1)至步骤(5)。
步骤(1),将未经抛光清洗的AlSiC基板的一个面抛光至镜面,然后用无水乙醇通过超声波清洗仪将经过浸泡的AlSiC基板清洗10~15分钟,并烘干,以清除基板上附着的油脂等杂物。
步骤(2),将AlSiC基板抛光的一面用200~220℃空气热风加热10~15分钟,使该表面上的铝形成致密的氧化铝,然后冷却备用。
步骤(3),将铜层的要与AlSiC基板复合的一面用200~220℃空气热风加热10~15分钟,使该表面上的铜形成致密的氧化膜,然后冷却备用。
步骤(4),按照图2所示将AlSiC基板排列,使多块AlSiC基板相互紧密相连拼装为板状,并将抛光面朝下放在氧化处理后的铜层面上,迭压在一起进行烧结。烧结时,优选采用氮气保护网带式烧结炉,加热段起始加热温度为208~320℃,峰值温度最高达到1000~1100℃,烧结时间为60~70分钟,炉内氧含量为20~300ppm。冷却备用。
步骤(5),将上述覆铜AlSiC复合散热基板加热至55~65℃,用导热胶灌封AlSiC符合基板间的缝隙,待导热胶固化后冷却至室温。
本发明为采用AlSiC材料和铜制成的复合基板。AlSiC复合材料由于原材料价格便宜,能近净成形复杂形状,且具有热导率高、膨胀系数可调、比刚度大、密度小的特性,使封装结构具有功率密度高、芯片寿命长、可靠性高和质量轻等特点,在电子封装领域展现出了良好的应用前景。通过调节AlSiC复合材料的热膨胀系数,可使其与LED芯片材料相匹配。采用覆铜AlSiC复合散热基板不但有效地解决LED芯片工作时的散热问题,同时解决了散热基板与芯片材料热膨胀不匹配的问题,使板上封装的LED芯片不易脱落,提高了LED的使用寿命,适用于低成本大功率LED的制造。
本发明通过热熔式粘合的方法使铜层粘接在AlSiC基板上,形成覆铜AlSiC复合散热基板。金属铜的热导率很高,可达到383W/(m*K) ,远远大于AlSiC材料的热导率(200W/(m·K)以下)。因此覆铜能提高基板的热导率,进而增强基板的散热性能。另外,通过高温高压的方法使两种材料复合,不但可以减少粘接剂,节约成本,还可以解决粘接剂热导率不高的问题。
此外,本发明通过在铜层上热粘合AlSiC基板,可以解决AlSiC基板表面小的问题,扩大AlSiC基板的实用性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1. 一种覆铜AlSiC复合散热基板,其特征在于,包括AlSiC基板和附着在AlSiC基板上的铜层,所述铜层与AlSiC基板之间形成有铜铝尖晶石共晶界面。
2. 根据权利要求1所述的覆铜AlSiC复合散热基板,其特征在于,所述AlSiC基板的厚度为1mm~1.5mm。
3. 根据权利要求1所述的覆铜AlSiC复合散热基板,其特征在于,所述铜层的厚度为0.3mm~0.5mm。
4. 根据权利要求1所述的覆铜AlSiC复合散热基板,其特征在于,所述铜层是采用热熔式粘合的方法与AlSiC基板复合。
5. 根据权利要求1所述的覆铜AlSiC复合散热基板,其特征在于,多块AlSiC基板拼装为板状附着在铜层上,相邻的AlSiC基板之间的空隙用导热胶粘剂填充。
6. 一种覆铜AlSiC复合散热基板的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
将未经抛光清洗的AlSiC基板的一面抛光至镜面;
将AlSiC基板上附着的油脂等杂物清洗掉并烘干;
将AlSiC基板抛光的一面用200~220℃空气热风加热10~15分钟,然后冷却;
将铜层的要与AlSiC基板复合的一面用200~220℃空气热风加热10~15分钟,然后冷却;以及
将AlSiC基板抛光的一面和铜层迭压在一起进行烧结,加热段起始加热温度为280~320℃,峰值温度最高达到1000~1100℃,烧结时间为60~70分钟,炉内氧含量为20~300ppm。
7. 根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,清洗所述AlSiC基板上附着的油脂等杂物的方法包括:用无水乙醇通过超声波清洗仪将经过浸泡的AlSiC基板清洗10~15分钟。
8. 根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在所述烧结的步骤中,多块AlSiC基板拼装为板状后与铜层迭压在一起进行烧结,烧结后,等烧结在一起的复合的多块AlSiC基板和铜层冷却后,再将烧结在一起的复合的多块AlSiC基板和铜层加热至55~65℃,用导热胶粘剂灌封多块AlSiC基板间的缝隙,待导热胶粘剂固化后冷却至室温,形成所述的覆铜AlSiC复合散热基板。
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