CN103515521B - 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 (2)
1.一种覆铜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；
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。
2.根据权利要求1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。
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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 |