高导热绝缘铜基板的制备方法
【专利摘要】高导热绝缘铜基板的制备方法，涉及一种铜表面陶瓷化方法。所述方法为：将所需要的铜基板进行抛光处理；称取定量聚碳硅烷置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入适量的二甲苯，得到聚碳硅烷-二甲苯溶液；称取经表面改性的氮化铝粉体，并置于球磨罐中，进行球磨混合，完成混合浆料制备；将混合浆料涂覆或流延到已抛光的铜基板表面，然后干燥，获得预制陶瓷铜基板坯料；将预制陶瓷铜基板坯料置于管式炉内在湿惰性气体保护下完成热处理；采用多次涂覆-干燥-烧结工艺，制备出规定厚度、无针孔、无裂纹的高绝缘涂层。本发明所制备的高导热绝缘铜基板陶瓷涂层厚度为10～100微米，陶瓷涂层的热导率为5～100W/m·K，耐击穿电压大于2000V，介电常数低。
【专利说明】高导热绝缘铜基板的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铜表面陶瓷化方法。
【背景技术】
[0002]目前，高功率电子器件封装领域主要采用陶瓷覆铜板作为芯片和器件的承载体，其中陶瓷材料为A1203、Si3N4、AlN等。但是随着芯片功率的增大以及功率模块封装技术的快速发展，传统陶瓷覆铜板无法满足产业化对其提出的要求。现有的陶瓷覆铜板面临诸多的问题，比如Al2O3散热效率低下，AIN、Si3N4烧结制备温度高、成本高。
【发明内容】
[0003]为了满足高功率器件的封装技术发展，本发明提供一种简单、成本低廉的高导热绝缘铜基板的制备方法，利用铜的高效散热性能和陶瓷的优异电性能来解决所面临的问题。本发明于铜基板所制备的陶瓷材料主要为AlN和莫来石相。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
步骤一、将所需要的铜基板进行抛光处理；
步骤二、称取定量聚碳硅烷置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入适量的二甲苯，得到聚碳硅烷-二甲苯溶液，其中控制聚碳硅烷质量分数小于60% ；
步骤三、按照S1、Al原子比为1:1~1:30的比例称取经表面改性的氮化铝粉体，并置于球磨罐中，进行球磨混合，完成混合浆料制备；
步骤四、将步骤三所获得的混合浆料涂覆或流延到已抛光的铜基板表面，然后干燥，获得预制陶瓷铜基板坯料；
步骤五、将步骤四所获得的预制陶瓷铜基板坯料置于管式炉内完成热处理，所述热处理过程为:向管式炉内充入流动惰性气体，流量控制在0.1~0.8L/min，然后以I~5°C /min升温速率将管式炉加热到1020~1080°C，保温0.5h~2h，以2~4°C /min的降温速率降到400°C，最后自然冷却到室温，即可获得高导热绝缘铜基板；
步骤六、重复步骤四和步骤五，采用多次涂覆-干燥-烧结工艺制备出规定厚度、无针孔、无裂纹的高绝缘涂层。
[0005]反应制备机理:
1)在湿气气氛下，聚碳硅烷会在500°c或更低温度裂解生成非晶态的氧化硅，其反应活性很高；
2)在湿气气氛下，AlN粉体会在KKKTC或更低温度氧化或水解生成Y-Al2O3，反应方程式如下:
4為q:⑴-2:VOv(g)。
[0006]3)上述所生成的非晶态氧化硅和Y-Al2O3会在烧结温度低于1000°C下反应，生成Al-S1-O玻璃，待温度升高Al-S1-O玻璃析晶生成莫来石相，其中莫来石相可以在1000°C下反应生成。
[0007]4) 1065°C温度以上Al、0、Cu元素会在铜/陶瓷界面处反应，实现陶瓷与基体铜的完好结合，反应方程如下:
【权利要求】
1.高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下: 步骤一、将所需要的铜基板进行抛光处理； 步骤二、称取定量聚碳硅烷置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入适量的二甲苯，得到聚碳硅烷-二甲苯溶液，其中控制聚碳硅烷质量分数小于60% ； 步骤三、按照S1、Al原子比为1:1?1:30的比例称取经表面改性的氮化铝粉体，并置于球磨罐中，进行球磨混合，完成混合浆料制备； 步骤四、将步骤三所获得的混合浆料涂覆或流延到已抛光的铜基板表面，然后干燥，获得预制陶瓷铜基板坯料； 步骤五、将步骤四所获得的预制陶瓷铜基板坯料置于管式炉内完成热处理，所述热处理过程为:向管式炉内充入流动湿惰性气体，然后以I?5°C /min升温速率将管式炉加热到1020?1080°C，保温0.5h?2h，以2?4°C /min的降温速率降到400°C，最后自然冷却到室温，即可获得高导热绝缘铜基板； 步骤六、重复步骤四和步骤五，采用多次涂覆-干燥-烧结工艺制备出规定厚度、无针孔、无裂纹的高绝缘涂层。
2.根据权利要求1所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述步骤三中，球磨时间为I?48小时。
3.根据权利要求1所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述步骤四中，干燥方式为室温空气自由干燥或者70°C真空干燥。
4.根据权利要求1所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述绝缘陶瓷涂层的厚度为10?100微米。
5.根据权利要求1所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述S1、Al原子比为1:1。
6.根据权利要求1所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述S1、Al原子比为1:10。
7.根据权利要求1所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述S1、Al原子比为1:15。
8.根据权利要求1所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述铜基板的材质为纯铜或铜基复合材料。
9.根据权利要求8所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述铜基复合材料为 W/Cu 或 Mo/Cu。
10.根据权利要求1所述的高导热绝缘铜基板的制备方法，其特征在于所述步骤五中，湿气流量控制在0.1?0.8L/min。
【文档编号】H01L33/48GK103633225SQ201310610677
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】王春青, 朱建东, 温广武 申请人:哈尔滨工业大学