专利名称：一种导热氮化铝绝缘金属基板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种导热的金属印制线路基板的制备方法，具体涉及一种以高导热的氮化铝陶瓷板为基体，经多步工序制得的高导热金属基板材料。
背景技术：
随着电子产品向轻、薄、小、高密度、多功能化发展，线路板上元件组装密度和集成度越来越高，功率消耗越来越大，对基板的散热性能要求也越来越高。如果基板的散热性不好，就会导致线路板上的元器件过热，使整体的可靠性大大降低。在此情况下，研究性能可靠的高导热金属基板已经迫在眉睫。金属基板一般包含三层结构，分别是导电层(用作线路)、绝缘层和金属基层(用于导热)。其中绝缘层是一层低热阻、高介电常数的导热绝缘材料，主要起到连接、绝缘和导热的作用，是金属基板的核心技术所在。目前导热性较好的金属基板，一般通过阀金属阳极氧化制备绝缘层，如在铝表面上阳极氧化制备氧化铝绝缘层，然后在上面导电金属化制造导电层获得。但是氧化铝绝缘层的热导率只有30W/m · K，仍然是导热金属基板散热的瓶颈，由其制得的绝缘导热金属基板仍难以满足未来越来越高的散热要求。而氮化铝，单晶的热导率约270 W/m*K，一般氮化铝陶瓷片的热导率也有180 200 W/m· K，是一种超高导热的绝缘材料。但是由于氮化铝绝缘薄膜的制备方法复杂，制造成本高，大大限制了用氮化铝作绝缘层制备导热金属基板的应用范围。中国专利申请200710019440. 1 (公开号101232774，
公开日2008年7月30日)公
开了一种高热导率陶瓷基印刷电路板及其制作方法，该电路板包括氮化铝陶瓷层底层、环氧玻纤布粘结片或高导热环氧树脂聚合物形成的中间绝缘层和表面导电层。选用清洁平整的环氧树脂覆铜薄绝缘层，采用气相淀积法表面陶瓷化的方法在绝缘层表面加工制作散热陶瓷层，在绝缘层的外面进一步覆盖导电层，进而在导电层上面蚀刻制作导电线路。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种导热率大于20 W/m · K的高导
热氮化铝绝缘金属基板。本发明的另一目的是提供上述金属基板的制备方法。本发明通过以下技术方案实现上述目的
一种高导热氮化铝绝缘金属基板，是以氮化铝陶瓷板作导热绝缘层，绝缘层上下两面均镀上缓冲层，两个缓冲层外表面均镀上第一导电层；其中，下方的第一导电层表面镀金属基层，上方的第一导电层表面镀第二导电层，第二导电层外镀保护层。所述的金属基板，氮化铝陶瓷板厚度为0. Γ2. 0mm，缓冲层厚度为30(Γ800Α，第一导电层厚度为30(Γ800Α，金属基层厚度为0. 05 2. 00mm，第二导电层厚度为0. θΓ . 00 mm, 保护层厚度为4 20 μ m。
所述缓冲层的金属为钨、钼或钛，或其中任意两种金属的合金；该缓冲层可以有效防止绝缘层和导电层之间剥落。所述第一导电层为铜、镍、铁、银、金、钯或其中任意两种金属的合金。所述金属基层的金属为铜、银、铝、镍或其中任意两种金属的合金，主要起支撑和导热的作用。所述第二导电层为铜、铝、银、金或其中任意两种金属的合金，主要加厚导电层，提高线路的导电能力。所述保护层为化学镀镍/浸金(ENIG)、化学镀/电镀银(即化学镀银或电镀银)或化学镀/电镀锡(即化学镀锡或电镀锡)。上述金属基板的制备方法，步骤如下
(1)对氮化铝绝缘陶瓷板上下两面进行热应力缓冲层加工，采用物理沉积法，镀上缓冲层金属，缓冲层的热膨胀系数与氮化铝陶瓷的热膨胀系数相一致；
(2)在两个缓冲层外表面采用物理沉积法，均镀上第一导电层；
(3)对其中下方的第一导电层表面采用电化学沉积法，镀上金属基层；
(4)对上方的第一导电层表面采用电化学沉积法，镀上第二导电层，该导电层为高导电 ^riM
(5)在第二导电层表面采用电化学沉积法，镀上保护层。所述物理沉积法为离子镀、溅射或蒸镀；所述电化学沉积法为电镀或化学镀，均为本领域常规制备方法。在上述制备方法中，首先在氮化铝绝缘层两表面进行缓冲层加工，生成一层与氮化铝热膨胀系数相匹配的缓冲层，再通过一定的方法使之实现导电化，接着一面通过电化学沉积法，镀上较厚的金属层，用于支撑金属基板，另一面则通过电化学沉积法加厚导电层，最后在导电层表面镀上耐腐蚀和可焊性好的保护层。与现有技术相比，本发明具有以下优异性能
(1)本发明提供的高导热的金属基板制备方法，采用的原料均不含重金属，对环境友好，而且原料简单易得，生产工艺稳定且易于操作；
(2)本发明提供方法得到的高导热金属基板，散热效率极高，使用寿命长；在300°C下烘烤10分钟，多层金属层之间均没出现剥离现象，性能可靠性极高，完全满足各种元器件的封装要求。
图1.高导热氮化铝绝缘金属基板结构示意图，1为氮化铝陶瓷板绝缘层，2为缓冲层，3为第一导电层，4为金属基层，5为第二导电层，6为保护层。
具体实施例方式实施例1
在0. 2mm厚的氮化铝陶瓷板两表面都蒸镀上一层缓冲层——销和钛合金300A，然后磁控溅射金属银800A，实现其导电化；再在其中一面金属银表面电镀铜1mm，另外一面金属银表面电镀银铜合金IOym,加厚导电层，测试导热系数为136W/m*K。接着在金属金镀层表面进行贴膜，刻蚀处理，得到所需要的线路；最后进行化学镀银15 μ m，即可获得高导热的氮化铝绝缘金属基板。实施例2
在0. 3mm厚的氮化铝陶瓷板两表面都磁控溅射上一层缓冲层——鹤和钛合金500A，然后离子镀上金属铜500A，实现其导电化；再在其中一面金属铜表面电镀镍铜合金0. 8mm，另外一面金属铜表面化学镀银lOym，加厚导电层，测试导热系数为121W/m*K。接着在金属银镀层表面进行贴膜，刻蚀处理，得到所需要的线路；最后进行化学镀镍/浸金10 μ m,即可获得高导热的氮化铝绝缘金属基板。实施例3
在0. 2mm厚的氮化铝陶瓷板两表面都离子镀上一层500A金属钨缓冲层，然后蒸镀上铁镍合金300A，实现其导电化；再在其中一面金属金表面电镀银0. 5mm,另外一面金属金表面电镀铜30μπι，加厚导电层，测试导热系数为167W/m*K。接着在金属铜镀层表面进行贴膜， 刻蚀处理，得到所需要的线路；最后进行电镀锡20 μ m，即可获得高导热的氮化铝绝缘金属基板。将3个实施例制备的高导热的氮化铝绝缘金属基板在300°C下烘烤10分钟，多层金属层之间均没出现剥离现象，性能可靠性极高。
权利要求
1.一种导热氮化铝绝缘金属基板，其特征在于以氮化铝陶瓷板作导热绝缘层，绝缘层上下两面均镀上缓冲层，两个缓冲层外表面均镀上第一导电层；其中，下方的第一导电层表面镀金属基层，上方的第一导电层表面镀第二导电层，第二导电层外镀保护层。
2.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述氮化铝陶瓷板厚度为0.Γ2. 0 mm，缓冲层厚度为30(Γ800Α，第一导电层厚度为30(Γ800Α，金属基层厚度为0. 05 2. 00 mm, 第二导电层厚度为0. 0Γ1. 00 mm，保护层厚度为圹20 μ m。
3.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述缓冲层的金属为钨、钼、钛或其中任意两种金属的合金。
4.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述第一导电层的金属为铜、镍、铁、 银、金、钯或其中任意两种金属的合金。
5.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述金属基层的金属为铜、银、铝、镍或其中任意两种金属的合金。
6.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述第二导电层的金属为铜、铝、银、 金或其中任意两种金属的合金。
7.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述保护层为化学镀镍/浸金、化学镀 /电镀银或化学镀/电镀锡。
8.权利要求1所述金属基板的制备方法，其特征在于步骤如下(1)对氮化铝绝缘陶瓷板上下两面进行热应力缓冲层加工，采用物理沉积法，镀上缓冲层金属，缓冲层的热膨胀系数与氮化铝陶瓷的热膨胀系数相一致；(2)在两个缓冲层外表面采用物理沉积法，均镀上第一导电层；(3)对其中下方的第一导电层表面采用电化学沉积法，镀上金属基层；(4)对上方的第一导电层表面采用电化学沉积法，镀上第二导电层；(5 )在第二导电层表面采用电化学沉积法，镀上保护层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述物理沉积法为离子镀、溅射或蒸镀；所述电化学沉积法为电镀或化学镀。
全文摘要
本发明公开了一种导热氮化铝绝缘金属基板及其制备方法，该金属基板以氮化铝陶瓷板作导热绝缘层，绝缘层上下两面均镀上缓冲层，两个缓冲层外表面均镀上第一导电层；其中，下方的第一导电层表面镀金属基层，上方的第一导电层表面镀第二导电层，第二导电层外镀保护层。制备方法是以氮化铝陶瓷板作导热绝缘层，通过物理沉积法镀上缓冲层、第一导电层，其中一面第一导电层外电化学沉积镀金属基层，另一面导电层外电化学镀高导电的第二导电层和保护层。本发明的高导热氮化铝绝缘金属基板，具有散热效率高、使用寿命长等优点，可靠性极高，能够满足各种元器件的封装要求。
文档编号H05K1/02GK102291928SQ20111013294
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者刘少芳, 崔国峰 申请人:中山大学