一种高导热低膨胀导电图形板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子封装技术领域，特别涉及一种高导热低膨胀导电图形板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子信息产业的飞速发展，电子产品的体积尺寸越来越小，功率密度越来越大，解决散热问题是对电子工业设计的一个巨大的挑战。金属基板以其优异的散热性能、机械加工性能、电磁屏蔽性能、尺寸稳定性能、磁力性能及多功能性能，在混合集成电路、汽车、摩托车、办公自动化、大功率电器设备、电源设备等领域，得到了越来越多的应用，特别是在LED封装产品中作为基板得到广泛的应用。传统的金属基板是以金属板(铝、铜、铁等)为基材，在基材上覆有绝缘介质层和导电层(铜箔)，其中铜基板具有较高的散热性，热导率为398W/mK，但是存在着热膨胀系数大、重量大、难于进行端面防氧化处理等缺点。铝基板的密度小，热导率为237W/mK，但同样存在着热膨胀系数大的问题，且所制的印刷电路板，在装配有开关元件及电源、功放元件的部位上，工作时发生噪音。铁基板具有其它金属基板所不具备的电磁特性，且具有尺寸稳定性好、价格低的优点，但其存在重量大、耐腐蚀、热传导性能差的问题。传统的金属基板已经不能满足大功率电子器件发展的需求，因此需要开发出具有热导率高、热膨胀系数低、重量轻等更高性能的基板。
【发明内容】
[0003]针对现有技术不足，本发明提供了一种高导热低膨胀导电图形板及其制备方法。
[0004]—种高导热低膨胀导电图形板，其是以复合材料为基材，基材的单面或双面为绝缘介质层，绝缘介质层表面为导体电路图层；所述复合材料为增强体增强的金属基复合材料，所述增强体为增强颗粒和/或纤维；所述绝缘介质层为陶瓷材料；所述导体电路图层为金属材料。
[0005]所述复合材料中，增强体的体积分数为25%?80%。
[0006]所述复合材料中，增强体为金刚石、SiC和碳纤维中的一种或两种，金属为铜、铝或银。
[0007]所述复合材料为金刚石/铜、碳纤维/铜、金刚石混杂SiC颗粒/铜、碳纤维混杂SiC颗粒/铜、金刚石/铝、SiC/铝、金刚石混杂SiC颗粒/铝、碳纤维混杂SiC颗粒/铝、金刚石/银、SiC/银、金刚石混杂SiC颗粒/银、碳纤维/银或碳纤维混杂SiC颗粒/银。
[0008]所述绝缘介质层为A1203、BeO, BN、Si3N4、SiC 或 AIN。
[0009]所述导体电路图层的材料采用铜。
[0010]所述复合材料的厚度为0.4?10mm，绝缘介质层的厚度为Ιμπι?1.5mm，导体电路图层的厚度为1?500 μπι。
[0011]所述一种高导热低膨胀导电图形板，其室温热导率为350?600W/m.K，热膨胀系数为4X 10 6/K?9 X 10 6/Κ，介电常数为4.5?9，介电损耗Tan δ为3 X 10 4?5Χ104(1ΜΗζ)，体积电阻率(25°C )为1012Ω.cm以上，击穿电压为3?10kV。
[0012]—种高导热低膨胀导电图形板的制备方法，包括以下步骤:
[0013]1)采用压力浸渗、粉末冶金或XPS的方法制备得到复合材料基材；一般而言，复合材料试样的形状不设定，且不限于任何厚度；
[0014]2)对复合材料基材进行粗磨、精磨、粗抛、精抛；
[0015]3)采用化学气相沉积技术、磁控溅射技术或物理气相沉积技术在复合材料基材上沉积T1、Cr、Mo、Zr、W、V或Nb过渡层，厚度为lOOnm?1 μ m ;
[0016]4)采用焊接、胶接、化学气相沉积、磁控溅射或物理气相沉积技术在复合材料的单面或双面制备绝缘介质层；
[0017]5)采用激光加工法制备电路掩膜板，厚度为0.1?0.5mm ;
[0018]6)采用化学气相沉积技术、磁控溅射技术、物理气相沉积技术或刻蚀法在绝缘介质层上制备掩膜导体电路图层。
[0019]本发明的有益效果为:本发明以高导热低膨胀复合材料作为基材，在基材的单面或双面制备高导热绝缘介质层，最后在绝缘介质层上沉积导体电路图层，从而得到层状高导热低膨胀导电图形板，该导电图形板除具有高导热、低热膨胀系数、高强度、良好的尺寸稳定性能外，还具有高击穿强度、高介电常数等性质，并且在基板上直接形成导体电路图形，简化了导体电路图层的制备工艺。本发明中的高导热低膨胀导电图形板解决了现有基板材料热导率低、热膨胀系数大、密度大的问题，适用于IGBT (insulated gate bipolartransistor,绝缘栅双极型晶体管)基板或CPV (concentrating photovoltaic,聚光光伏)太阳能、集成电路(1C)衬底、微波大功率器件散热基板、多芯片组装(MCM)用基板等。
【具体实施方式】
[0020]下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0021]实施例1
[0022]1)采用压力浸渗法制备金刚石/铜复合材料基材，金刚石颗粒的体积分数为60%，加热温度为1200 °C，保温时间为lOmin，施加压力为lOMPa，将其加工成30mm X 40mm X 3mm 的长方体；
[0023]2)对金刚石/铜复合材料基材进行粗磨、精磨、粗抛、精抛；
[0024]3)采用磁控溅射技术在金刚石/铜复合材料基材上沉积Ti过渡层，电压为350V，电流为100mA，沉积气压为1.0Pa，沉积速率为2埃/秒，过渡层厚度为lOOnm ;
[0025]4)采用磁控溅射技术在沉积了 Ti过渡层的金刚石/铜复合材料基材上沉积A1N绝缘介质层，电压为350V，电流为100mA，沉积气压为1.0Pa,沉积速率为2埃/秒，绝缘介质层的厚度为3 μπι ;
[0026]5)采用激光加工方法制备电路掩膜板，电路掩膜板厚度为0.2mm ；
[0027]6)采用磁控溅射技术在A1N绝缘介质层上制备掩膜铜电路图层，电压为350V，电流为100mA，沉积气压为1.0Pa,沉积速率为2埃/秒，铜电路图层厚度为1 μ m。
[0028]制备得到的高导热低膨胀导电图形板，其室温热导率为530W/m.K、热膨胀系数为6.4X10 6/K、介电常数为8.5、介电损耗Tan δ为5Χ 10 4(1ΜΗζ)、体积电阻率(25°C )彡 1012Ω.cm，击穿电压为 3kVo
[0029]实施例2
[0030]1)采用压力浸渗法制备金刚石/铜复合材料基材，金刚石颗粒的体积分数为65%，加热温度为1200 °C，保温时间为lOmin，施加压力为lOMPa，将其加工成40mm X 50mm X 3mm 的长方体；
[0031]2)对金刚石/铜复合材料基材进行粗磨、精磨、粗抛、精抛；
[0032]3)采用磁控溅射技术在金刚石/铜复合材料基材上沉积Ti过渡层，电压为350V，电流为100mA，沉积气压为1.0Pa,沉积速率为2埃/秒，过渡层厚度为200nm ;
[0033]4)采用磁控溅射技术在沉积了 Ti过渡层的金刚石/铜复合材料基材上沉积A1N绝缘介质层，电压为350V，电流为100mA，沉积气压为