CN107995781A - 一种氮化铝陶瓷电路板及制备方法 - Google Patents

一种氮化铝陶瓷电路板及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氮化铝陶瓷电路板的制备方法，所述的方法包括如下步骤：(1)配置电子浆料；(2)通过丝印板或钢板网，将电路图形用电子浆料印制在氮化铝陶瓷板过程；(3)真空烧结过程，工艺简单成熟、成本低、环保和导电性能好、导热快(导电层不含玻璃相)、耐焊性高，尤其是金属层和氮化铝陶瓷之间结合力远远大于其它工艺方法。

Description

一种氮化铝陶瓷电路板及制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷金属化技术领域，具体涉及一种氮化铝陶瓷电路板及制备方法。
背景技术
氮化铝(AlN)陶瓷具有优异的导热性能，其热导率可达170W/m·K-230W/m·K，约为Al2O3陶瓷的8-10倍，且热膨胀系数与硅接近，是取代Al2O3陶瓷的理想的基板材料。但是由于AlN与金属Cu之间的界面润湿性差，结合强度低。
目前，中国专利CN200510047855.0“陶瓷基片溅射铜箔生产方法”公开了陶瓷基片溅射铜箔生产方法，是采用非平衡磁控溅射方法生产陶瓷梅覆铜基片。中国专利CN101798238.A“陶瓷金属化的方法”公开了陶瓷金属化的方法，是采用金纳米粒子溶液做活化剂，活化后的陶瓷基板直接化学镀镍，因使用金纳米粒子，致使生产成本上升。CN206226830U“一种薄膜陶瓷电路板”在陶瓷基板和电路层中间是过渡金属层，工艺复杂。日本住友电气工业株式会社发明专利CN95108652.9“具有光滑镀层的金属化陶瓷基片及其制造方法”在氮化铝陶瓷基片素坯上涂敷和W/或Mo.的金属化料浆，压平、烧结，并形成上述的一层或多层镀层等等。美国专利U.A part NO.4008343使用一种胶体钯预处理液使化学镀能顺利进行，但基体与镀层的附着力不强。现有技术中氮化铝陶瓷表面金属化的方法主要有：Mo-Mn法，活性金属法，化学镀，真空溅射，化学气相沉积法等。上述方法中都存在金属化后，在金属层和氮化铝陶瓷之间结合力差，工艺复杂，有些不环保，难以批量化生产，价格高等不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，本发明提出了一种氮化铝陶瓷电路板及制备方法，该方法中陶瓷基板与金属导电层之间不含有传统金属化方法所含有的低导热、绝缘的玻璃相，金属层和氮化铝陶瓷基本之间结合力强(垂接拉力大于10N/mm2)，从而保证了陶瓷电路板的导热性和金属层的导电性。
本发明的技术方案:
一种用于制备氮化铝陶瓷电路板的电子浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有30％～60％的Cu、5％～50％的Ag和5％～60％的Ti；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与所述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1。
所述电子浆料中含有金属粉末粒度要求小于5um。
本发明还可以采用如下技术方案：
一种制备氮化铝陶瓷电路板方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)对氮化铝陶瓷板印制电路图形过程：
1.1按照电路图的要求制做相应厚度的印板；
1.2配置电子浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有30％～60％的Cu、5％～50％的Ag和5％～60％的Ti；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与所述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；
1.3通过所述电子浆料将印板中电路图形直接印制在氮化铝陶瓷板上获得金属层厚度为5～500um氮化铝陶瓷电路板；
(2)真空烧结过程：
2.1、在真空烧结前，将氮化铝陶瓷电路板在烘干箱进行第一次排胶；
2.2、在真空烧结时，真空度必需达到0.0065Pa以下；并将氮化铝陶瓷电路板进行第二次排胶；
2.3、烧结最高温度根据成份配比不同范围在800℃～950℃，烧结最高温度保温时间范围在5～25min。
所述步骤1中印板可以采用丝印板或钢板网，其中：所述丝印板的厚度范围为15～45um，钢板网的厚度范围为40～250um。
所述步骤2中第一次排胶是对氮化铝陶瓷电路板在温度范围为120℃～160℃、持续保温时间为15～25min，在烘干箱内烘干。
所述步骤2中第二次排胶是对氮化铝陶瓷电路板在温度范围为400℃～500℃、持续保温时间为25～35min，在真空炉内排胶。
本发明还可以采用如下技术方案：
一种氮化铝电路板，包括基板，所述基板上通过电子浆料印制有带电路图形的金属层。
金属层厚度范围为5～500um。
与现有技术相比，本发明具有的优点：
1、本发明可以根据不同的导电率、结合力、可焊性等要求进行不同的比例配方电子浆料，并可以通过该电子浆料将不同的电路图形印制到氮化铝陶瓷基板上获得氮化铝陶瓷电路板；通过本发明制成的电路板可以克服传统金属化方法中含有的低导热、绝缘的玻璃相技术难题，同时使金属层和氮化铝陶瓷板之间结合力强(垂接拉力大于10N/mm2)，从而保证了氮化铝陶瓷电路板的导热性和导电性。
2、本发明中电子浆料中不含有害物质，也不含传统电子浆料中的玻璃粉，同时也应用在氧化铝陶瓷上。
3、本发明中电子浆料可以根据电路板需求的不同，如导电率、结合力、可焊性等进行不同的比例调整制成电子浆料，当需要较高的附着力时，Ti含量一般比较高；当需要较好的导性热和导电性时，Ti含量就要降低；此时浆料的粘度为70～250Pa·s。
4、本发明制备的氮化铝陶瓷电路板的方法简单成熟、环保节能。
5、本发明中制成的氮化铝陶瓷电路板体积轻巧、结构复杂、成本低廉和性能极佳，市场前景乐观。
附图说明
图1为一种氮化铝陶瓷电路板结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明的一种用于制备氮化铝陶瓷电路板的电子浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有30％～60％的Cu、5％～50％的Ag和5％～60％的Ti；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1；所述电子浆料的粘度为70～250Pa·s。本发明的电子浆料配置时，当需要电子浆料具有较高的附着力时，Ti含量增高，如Ti40％、Cu40％、Ag20％；当需要较好的导性热和导电性时，Ti含量就要降低，如Ti5％、Cu55％、Ag40％。
实施例1：
如图1所示，取长8mm、宽5mm、厚0.76mm的氮化铝陶瓷板1，其中:
根据提供的电路图形制成20um后的丝印板，配置电子浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有30％的Cu、50％的Ag和20％的Ti；所述有机溶剂主要是由90％的松油醇和10％的乙基纤维素而成；电子浆料含有金属粉末粒度要求小于5um，此时，电子浆料的粘度为70Pa·s。再通过电子浆料将丝印板中的电路直接印制到氮化铝陶瓷板上获得金属层厚度为45um电路板2；对电路板在真空炉内进行烧结过程。在真空烧结前将印制好的电路板在温度120℃、持续保温15分钟内烘干，即第一次排胶，目的是为真空烧结工作做准备。在真空炉烧结时，为了防止氧化，真空度达到0.0065Pa，才能加热；第二次排胶是将电路板在温度为400℃，持续保温25分钟内烘干；烧结最高温度设在850℃，保温时间为15分钟。
实施例2：
如图1所示，取长15mm、宽5mm、厚0.2mm的氮化铝陶瓷板1，其中:
根据提供的pcb电路图形制成25um后的丝印板，配置电子浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有45％的Cu、5％的Ag和50％的Ti；所述有机溶剂主要是由92％的松油醇和8％的乙基纤维素而成；电子浆料含有金属粉末粒度要求小于5um，此时，电子浆料的粘度为100Pa·s。再通过电子浆料将丝印板中的电路直接印制到氮化铝陶瓷板上获得金属层厚度为35um电路板2；对电路板在气氛炉内进行烧结过程。在真空烧结前将印制好的陶瓷电路板在温度120℃、持续加温20分钟内烘干，即第一排胶，目的是为真空烧结工作做准备。在气氛炉内烧结时，为了防止氧化，在真空炉烧结时，真空度必需小于0.0065Pa，第二次排胶是将电路板进行温度为480℃，持续保温30分钟内烘干；烧结最高温度设在950℃，保温时间为10分钟。
实施例3：
如图1所示，取长5mm、宽8mm、厚0.51mm的氮化铝陶瓷板1，其中:
根据提供的电路图形制成35um后的钢板网，配置电子浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有50％的Cu、45％的Ag和5％的Ti；所述有机溶剂主要是由97％的松油醇和3％的乙基纤维素而成；电子浆料含有金属粉末粒度要求小于5um，此时，电子浆料的粘度为160Pa·s。再通过电子浆料将钢板网中的电路直接印制到氮化铝陶瓷板上获得金属层厚度为80um电路板2；对电路板在真空炉内进行烧结过程。在真空烧结前将印制好的陶瓷电路板在温度150℃、持续保温时间20分钟内烘干，即第一次排胶，为烧结工作做准备。在真空炉烧结时，真空度必须小于0.0065Pa；第二次排胶是将电路板进行温度为450℃，持续保温30分钟右；烧结最高温度设在850℃，保温时间为12分钟。
实施例4
如图1所示，取长8mm、宽5mm、厚1.0mm的氮化铝陶瓷板1，其中:
根据提供的电路图形制成20um后的丝印板，考虑电路板需求的不同，配置浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有60％的Cu、15％的Ag和25％的Ti；所述有机溶剂主要是由98％的松油醇和2％的乙基纤维素而成；电子浆料含有金属粉末粒度要求5um，此时，电子浆料的粘度为250Pa·s。再通过电子浆料将丝印板中的电路直接印制到氮化铝陶瓷板上获得金属层厚度为500um电路板2；对电路板在真空炉内进行烧结过程。在真空烧结前将印制好的电路板在温度160℃、持续保温25分钟内烘干，即第一次排胶，目的是为真空烧结工作做准备。在真空炉烧结时，为了防止氧化，真空度必需小于0.0065Pa，才能加热；；第二次排胶是将电路板在温度为500℃，持续保温35分钟内烘干；烧结最高温度设在910℃，保温时间为25分钟。
实施例5
如图1所示，取长8mm、宽5mm、厚0.38mm的氮化铝陶瓷板1，其中:
根据提供的电路图形制成20um后的丝印板，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有Ti40％、Cu40％、Ag20％；所述有机溶剂主要是由95％的松油醇和5％的乙基纤维素而成；所述电子浆料的粘度为120Pa·s，电子浆料含有金属粉末粒度为5um。再通过电子浆料将丝印板中的电路直接印制到氮化铝陶瓷板上获得金属层厚度为45um电路板2；对电路板在真空炉内进行烧结过程。在真空烧结前将印制好的电路板在温度150℃、持续保温25分钟内烘干，即第一次排胶，目的是为真空烧结工作做准备。在真空炉烧结时，为了防止氧化，真空度必需小于0.0065Pa，才能加热；第二次排胶是将电路板在温度为400℃，持续保温30分钟内烘干；烧结最高温度设在920℃，保温时间为25分钟。
实施例6
如图1所示，取长8mm、宽5mm、厚0.76mm的氮化铝陶瓷板1，其中:
根据提供的电路图形制成20um后的丝印板，考虑电路板需求的不同，如导电率、结合力、可焊性等进行不同的比例调整制成电子浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有Ti5％、Cu55％、Ag40％；所述有机溶剂主要是由96％的松油醇和4％的乙基纤维素而成；电子浆料含有金属粉末粒度为5um，此时，电子浆料的粘度为180Pa·s。再通过电子浆料将丝印板中的电路直接印制到氮化铝陶瓷板上获得金属层厚度为200um电路板2；对电路板在真空炉内进行烧结过程。在真空烧结前将印制好的电路板在温度150℃、持续保温25分钟内烘干，即第一次排胶，目的是为真空烧结工作做准备。在真空炉烧结时，为了防止氧化，真空度必需达到0.0063Pa，才能加热；第二次排胶是将电路板在温度为450℃，持续保温30分钟内烘干；烧结最高温度设在870℃，保温时间为25分钟。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于制备氮化铝陶瓷电路板的电子浆料，其特征在于：所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有30％～60％的Cu、5％～50％的Ag和5％～60％的Ti；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与所述有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备电路板的电子浆料，其特征在于：所述电子浆料中含有金属粉末粒度要求小于5um。
3.一种采用权利要求1的电子浆料制备氮化铝陶瓷电路板方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：
(1)对氮化铝陶瓷板印制电路图形过程：
1.1按照电路图的要求制做相应厚度的印板；
1.2配置电子浆料，所述电子浆料包括金属粉末和有机溶剂混合而成，其中，所述金属粉末含有30％～60％的Cu、5％～50％的Ag和5％～60％的Ti；所述有机溶剂主要是由90％～98％的松油醇和2％～10％的乙基纤维素而成；所述金属粉末与有机溶剂(质量)百分比是1～2.5：1。
1.3通过所述电子浆料将印板中电路图形直接印制在氮化铝陶瓷板上获得金属层厚度为5～500um氮化铝陶瓷电路板；
(2)真空烧结过程：
2.1、在真空烧结前，将氮化铝陶瓷电路板在烘干箱进行第一次排胶；
2.2、在真空烧结时，真空度必需达到0.0065Pa以下；并将氮化铝陶瓷电路板进行第二次排胶；
2.3、烧结最高温度根据成份配比不同范围在800℃～950℃，烧结最高温度保温时间范围在5～25min。
4.根据权利要求2所述的一种氮化铝陶瓷电路板的制备方法，其特征在于：所述步骤1中印板可以采用丝印板或钢板网，其中：所述丝印板的厚度范围为15～45um，钢板网的厚度范围为40～250um。
5.根据权利要求2所述的一种氮化铝陶瓷电路板的制备方法，其特征在于：所述步骤2中第一次排胶是对氮化铝陶瓷电路板在温度范围为120℃～160℃、持续保温时间为15～25min，在烘干箱内烘干。
6.根据权利要求2所述的一种氮化铝陶瓷电路板的制备方法，其特征在于：所述步骤2中第二次排胶是对氮化铝陶瓷电路板在温度范围为400℃～500℃、持续保温时间为25～35min，在真空炉内排胶。
7.一种采用权利要求1的电子浆料制成的氮化铝电路板，其特征在于：所述氮化铝电路板包括基板，所述基板上通过电子浆料印制有带电路图形的金属层。
8.根据权利要求7所述的氮化铝电路板，其特征在于：金属层厚度范围为5～500um。
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