CN105611717B - 一种超高导热的金属基线路板及其制备方法 - Google Patents

一种超高导热的金属基线路板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种超高导热的金属基线路板及其制备方法，属于功率模块领域。由基材层，和按序附着在所述基材层表面的复合导热绝缘层及导电线路层组成，所述复合导热绝缘层由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O制得。本发明结构简单，其中的复合导热绝缘层具有良好的导热性能和绝缘性能，导热性能在100W以上，在满足其热量转移的同时，克服耐击穿电压低、剥离强度低、导电线路厚薄不均等方面的缺陷。且金属基线路板的制备方法简单高效，成本低，易于推广使用。

Description

一种超高导热的金属基线路板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种线路板及其制备方法，属于功率模块领域。
背景技术
铝基板是一种具有良好散热功能的金属覆铜板，一般单面板由三层结构组成，分别是电路层（铜箔）、绝缘层和金属基层。绝缘层是铝基板最核心的技术，主要起到粘接，绝缘和导热的功能，铝基板绝缘层是功率模块结构中最大的导热屏障，绝缘层热传导性能越好，越有利于器件运行时所产生热量的扩散，也就越有利于降低器件的运行温度。目前，市面上常用的铝基板绝缘层导热性能为3W-5W，导热性能差，且存在耐击穿电压低、剥离强度低、导电线路厚薄不均等缺陷。专利号为201110051609.8的中国发明专利公开了一种导热材料及其制备工艺，以及使用该导热材料的线路板，该线路板导热性能好，但需在DLC层镀膜与基材间镀Si层，存在结构复杂，制作成本高等缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对上面所述缺陷，提供一种导热性能好且结构简单的超高导热的金属基线路板。
本发明的另一目的是提供一种超高导热的金属基线路板的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种超高导热的金属基线路板，由基材层，和按序附着在所述基材层表面的复合导热绝缘层及导电线路层组成，所述复合导热绝缘层由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O制得。所述导电线路层通过PVD（物理气象沉积）镀膜工艺在复合导热绝缘层上沉积。
所述复合导热绝缘层是由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O中的一种或两种材料制得，其中Al2O3所占比例为90%~98%；Al2O3·H2O所占比例为1%~5%；Al2O3·3H2O所占比例为1%~5%，经阳极氧化技术、PVD技术、CVD技术、离子束技术或等离子喷涂技术中任一方法制成的涂层。
所述基材层是包括铜、铜合金、铝、铝合金、镁、镁合金、铁、铁合金中的一种或多种材料制得。
所述导电线路层是包括铜、铜合金、铝、铝合金、银的一种或多种材料制得。
其中基材层厚度为0.5mm~5mm；复合导热绝缘层厚度为15μm~50μm；导电线路层厚度为15μm~100μm。
一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于依次由如下步骤制得：
①对基材层3进行清洗并烘干；
②在阳极氧化槽中配置由纯水、草酸进行混合的溶液，其中草酸的浓度配比为1%~50%，将基材层放置在阳极氧化槽中，并接上直流脉冲电源的正极，控制电流在20A~50A，电压在40V~80V，通过控制工艺时间1H~5H，制备出Al2O3涂层。该涂层也可以通过PVD技术、CVD技术、离子束技术、等离子喷涂技术制得；
③将制备好Al2O3涂层的金属基板放置到水中，静置3~5分钟，取出后烘干即完成复合导热绝缘层的制备。
④在复合导热绝缘层上，经PVD技术、CVD技术、离子束技术、等离子喷涂技术制得所述导电线路层。
步骤②中所述复合导热绝缘层包括Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O。
所述基材层是包括铜、铜合金、铝、铝合金、镁、镁合金、铁、铁合金中的一种或多种材料制得。
步骤③中所述的导电线路层是包括铜、铜合金、铝、铝合金、银的一种或多种材料制得。
本发明的有益效果是：本发明所述金属基线路板结构简单，其中的复合导热绝缘层具有良好的导热性能和绝缘性能，导热性能在100W以上，在满足其热量转移的同时，克服耐击穿电压低、剥离强度低、导电线路厚薄不均等方面的缺陷。且金属基线路板的制备方法简单高效，成本低，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图中，1导电线路层，2复合导热绝缘层，3基材层。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步描述。本发明不局限于下述实施方式，任何人应得知本发明的启示下做出与本发明相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
实施例1。
一种超高导热的金属基线路板，由基材层3，和按序附着在所述基材层表面的复合导热绝缘层2及导电线路层1组成，所述复合导热绝缘层2由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O制得。所述导电线路层1通过PVD（物理气象沉积）镀膜工艺在复合导热绝缘层2上沉积。
所述复合导热绝缘层2是由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O中的一种或两种材料制得，其中Al2O3所占比例为90%~98%；Al2O3·H2O所占比例为1%~5%；Al2O3·3H2O所占比例为1%~5%。
所述基材层3由铜合金制得。
所述导电线路层1由铜合金制得。
其中基材层厚度为0.5mm；复合导热绝缘层厚度为15μm；导电线路层厚度为15μm。
一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于依次由如下步骤制得：
①对基材层3进行清洗并烘干；
②在阳极氧化槽中配置由纯水、草酸进行混合的溶液，其中草酸的浓度配比为30%，将基材层3放置在阳极氧化槽中，并接上直流脉冲电源的正极，控制电流在20A~50A，电压在40V~80V，通过控制工艺1H，制备出的Al2O3涂层；
③将制备好Al2O3涂层的金属基板放置到水中，静置3分钟，取出后烘干即完成复合导热绝缘层2的制备。
④在复合导热绝缘层2上，经PVD技术制得所述导电线路层1。
步骤②中所述复合导热绝缘层2包括Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O。
实施例2。
一种超高导热的金属基线路板，由基材层3，和按序附着在所述基材层表面的复合导热绝缘层2及导电线路层1组成，所述复合导热绝缘层2由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O制得。所述导电线路层1通过PVD（物理气象沉积）镀膜工艺在复合导热绝缘层2上沉积。
所述复合导热绝缘层2是由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O中的一种或两种材料制得，其中Al2O3所占比例为90%~98%；Al2O3·H2O所占比例为1%~5%；Al2O3·3H2O所占比例为1%~5%。
所述基材层3由铝合金制得。
所述导电线路层1由铝合金制得。
其中基材层厚度为5mm；复合导热绝缘层厚度为50μm；导电线路层厚度为100μm。
一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于依次由如下步骤制得：
①对基材层3进行清洗并烘干；
②在阳极氧化槽中配置由纯水、草酸进行混合的溶液，其中草酸的浓度配比为50%，将基材层3放置在阳极氧化槽中，并接上直流脉冲电源的正极，控制电流在20A~50A，电压在40V~80V,通过控制工艺时间5H，制备出的Al2O3涂层；
③将制备好Al2O3涂层的金属基板放置到水中，静置5分钟，取出后烘干即完成复合导热绝缘层2的制备。
④在复合导热绝缘层2上，经CVD技术制得所述导电线路层1。
步骤②中所述复合导热绝缘层2包括Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O。
实施例3。
一种超高导热的金属基线路板，由基材层3，和按序附着在所述基材层表面的复合导热绝缘层2及导电线路层1组成，所述复合导热绝缘层2由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O制得。所述导电线路层1通过PVD（物理气象沉积）镀膜工艺在复合导热绝缘层2上沉积。
所述复合导热绝缘层2是由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O中的一种或两种材料制得，其中Al2O3所占比例为90%~98%；Al2O3·H2O所占比例为1%~5%；Al2O3·3H2O所占比例为1%~5%。
所述基材层3由镁合金制得。
所述导电线路层1由银制得。
其中基材层厚度为2.5mm；复合导热绝缘层厚度为25μm；导电线路层厚度为50μm。
一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于依次由如下步骤制得：
①对基材层3进行清洗并烘干；
②在阳极氧化槽中配置由纯水、草酸进行混合的溶液，其中草酸的浓度配比为10%，将基材层3放置在阳极氧化槽中，并接上直流脉冲电源的正极，控制电流在20A~50A，电压在40V~80V,通过控制工艺时间3H，制备出的Al2O3涂层；
③将制备好Al2O3涂层的金属基板放置到水中，静置45分钟，取出后烘干即完成复合导热绝缘层2的制备。
④在复合导热绝缘层2上，经离子束技术、等离子喷涂技术制得所述导电线路层1。
步骤②中所述复合导热绝缘层2包括Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O。
实施例4。
一种超高导热的金属基线路板，由基材层3，和按序附着在所述基材层表面的复合导热绝缘层2及导电线路层1组成，所述复合导热绝缘层2由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O制得。所述导电线路层1通过PVD（物理气象沉积）镀膜工艺在复合导热绝缘层2上沉积。
所述复合导热绝缘层2是由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O中的一种或两种材料制得，其中Al2O3所占比例为90%~98%；Al2O3·H2O所占比例为1%~5%；Al2O3·3H2O所占比例为1%~5%。
所述基材层3由铁合金制得。
所述导电线路层1由铝制得。
其中基材层厚度为1.5mm；复合导热绝缘层厚度为20μm；导电线路层厚度为30μm。
一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于依次由如下步骤制得：
①对基材层3进行清洗并烘干；
②在阳极氧化槽中配置由纯水、草酸进行混合的溶液，其中草酸的浓度配比为5%，将基材层3放置在阳极氧化槽中，并接上直流脉冲电源的正极，控制电流在20A~50A，电压在40V~80V,通过控制工艺时间1.5H，制备出的Al2O3涂层；
③将制备好Al2O3涂层的金属基板放置到水中，静置3分钟，取出后烘干即完成复合导热绝缘层2的制备。
④在复合导热绝缘层2上，经等离子喷涂技术制得所述导电线路层1。
步骤②中所述复合导热绝缘层2包括Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O。
实施例5。
一种超高导热的金属基线路板，由基材层3，和按序附着在所述基材层表面的复合导热绝缘层2及导电线路层1组成，所述复合导热绝缘层2由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O制得。所述导电线路层1通过PVD（物理气象沉积）镀膜工艺在复合导热绝缘层2上沉积。
所述复合导热绝缘层2是由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O中的一种或两种材料制得，其中Al2O3所占比例为90%~98%；Al2O3·H2O所占比例为1%~5%；Al2O3·3H2O所占比例为1%~5%。
所述基材层3由铝合金制得。
所述导电线路层1由铜制得。
其中基材层厚度为0.5mm；复合导热绝缘层厚度为20μm；导电线路层厚度为20μm。
一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于依次由如下步骤制得：
①对基材层3进行清洗并烘干；
②采用离子束技术制备Al2O3涂层；
③将制备好Al2O3涂层的金属基板放置到水中，静置5分钟，取出后烘干即完成复合导热绝缘层2的制备。
④在复合导热绝缘层2上，经等离子喷涂技术制得所述导电线路层1。
步骤②中所述复合导热绝缘层2包括Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O。

Claims (7)

1.一种超高导热的金属基线路板，其特征在于：由基材层（3），和按序附着在所述基材层表面的复合导热绝缘层（2）及导电线路层（1）组成；所述复合导热绝缘层（2）由Al2O3及其水合物Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O制得，其中Al2O3所占比例为90%~98%；Al2O3·H2O所占比例为1%~5%；Al2O3·3H2O所占比例为1%~5%，其制备方法为对基材层（3）进行清洗并烘干；在阳极氧化槽中配置由纯水、草酸进行混合的溶液，其中草酸的浓度配比为1%~50%，将基材层（3）放置在阳极氧化槽中，并接上直流脉冲电源的正极，控制电流在20A~50A，电压在40V~80V,通过控制工艺时间1H~5H，制备出Al2O3涂层；将制备好Al2O3涂层的金属基板放置到水中，静置3~5分钟，取出后烘干即完成复合导热绝缘层（2）的制备。
2.根据权利要求1所述的一种超高导热的金属基线路板，其特征在于：所述基材层（3）是包括铜、铜合金、铝、铝合金、镁、镁合金、铁、铁合金中的一种或多种材料制得。
3.根据权利要求1所述的一种超高导热的金属基线路板，其特征在于：所述导电线路层（1）是包括铜、铜合金、铝、铝合金、银的一种或多种材料制得。
4.根据权利要求1所述的一种超高导热的金属基线路板，其特征在于：所述基材层厚度为0.5mm~5mm；复合导热绝缘层厚度为15μm~50μm；导电线路层厚度为15μm~100μm。
5.权利要求1所述的一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于依次由如下步骤制得：
①对基材层（3）进行清洗并烘干；
②在阳极氧化槽中配置由纯水、草酸进行混合的溶液，其中草酸的浓度配比为1%~50%，将基材层（3）放置在阳极氧化槽中，并接上直流脉冲电源的正极，控制电流在20A~50A，电压在40V~80V,通过控制工艺时间1H~5H，制备出Al2O3涂层；
③将制备好Al2O3涂层的金属基板放置到水中，静置3~5分钟，取出后烘干即完成复合导热绝缘层（2）的制备；
④在复合导热绝缘层（2）上，经PVD技术、CVD技术、离子束技术、等离子喷涂技术制得所述导电线路层（1）。
6.根据权利要求5所述的一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于：所述基材层（3）是包括铜、铜合金、铝、铝合金、镁、镁合金、铁、铁合金中的一种或多种材料制得。
7.根据权利要求5所述的一种超高导热的金属基线路板的制备方法，其特征在于：步骤③中所述的导电线路层（1）是包括铜、铜合金、铝、铝合金、银的一种或多种材料制得。
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