专利名称：制备电子电路绝缘金属基板的方法
技术领域：
本发明涉及材料制备工艺领域，特别涉及一种制备电子电路绝缘金属基板的方法。
背景技术：
随着制造技术的飞速发展，电子产品的功率越来越大，体积越来越小，导致集成度越来越高。大功率LED是一种常用的电子器件，其中的发热器件主要是芯片，芯片产生的热能主要通过封装支架导出到基板上。随着单颗LED的功率越来越大，芯片的发热量也越来越大，所以对LED的封装支架也提出了更高的散热性要求。当前，应用于大功率LED封装的支架，主要有两种，分为金属基和陶瓷基。陶瓷基支架一般只有两层，即基底的陶瓷层和上面的导电层。陶瓷基支架的主要优点是绝缘性好，稳定性高，但最主要的缺点是陶瓷成型与烧结的工艺复杂，且耗能极大，成本比较昂贵，金属基支架通常由三层构成，分别是金属基层、绝缘层和导电层，其中，绝缘层主要起粘结、绝缘和导热的作用，其主要成分是环氧树脂、硅树脂或丙烯酸类粘结剂，其导热系数通常低于I W/m. K，相对于大功率LED的巨大发热量，其散热性不充分，严重影响整个支架的散热性能。改进的方法是，在该有机绝缘层中加入氮化物系、碳化物系的导热陶瓷填料，以增进其导热性能，但改进后的导热系数也并不高，通常低于3 W/m. K，散热效果并不理想。由于陶瓷材料绝缘性好，同时能具有好的导热性，因此将来有可能替代环氧树脂，来粘接支架底部的金属基板与上部的导电层，起到绝缘、导热的作用。但在金属上生长陶瓷，一直是技术上的难题，目前尚没有普遍公认的标准做法。陶瓷基覆铜板(DBC)是另一种典型的用于大功率电力电子电路的基板，它采用铜箔在高温下直接键合到氧化铝或氮化铝的陶瓷基板上，从而具有优良的电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高的附着强度。它可像PCB板一样刻蚀出各种图形，具有很大的载流能力，因此已成为大功率电力电子电路的基础材料。DBC基板的优点显而易见，但最主要的缺点是它要用到陶瓷基板，而陶瓷成型与烧结的工艺复杂，且耗能极大，导致DBC基板的成本比较昂贵。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种新的制备电子电路绝缘金属基板的方法，通过利用包括等离子体喷涂、电弧喷涂在内的各种热喷涂技术，非常方便地在金属基板上沉积绝缘陶瓷层，起到导热和绝缘功能，然后再次利用热喷涂法在陶瓷层上沉积金属层。由于陶瓷喷涂工艺成熟，能够实现陶瓷与金属的紧密结合，得到有良好绝缘且导热性好的封装支架。而且喷涂工艺的产量高，能大大降低封装支架的成本。本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是I、一种制备电子电路绝缘金属基板的方法，包括以下步骤一、用金属基板表面进行处理，得到清洁平整的表面；
二、采用热喷涂在金属板表面沉积陶瓷导热绝缘层；
三、采用热喷涂在陶瓷上沉积导电金属层；
四、采用掩膜光刻的方法，在上部的导电金属层上蚀刻布线图案。作为本发明的进一步改进，所述金属基板为铝、或铝合金、或铜、或铜合金、或铁或铁合金。
作为本发明的进一步改进，所述陶瓷导热绝缘层为氮化铝、氧化铝、或碳化硅。作为本发明的进一步改进，所述导电金属层为铜、或铜合金、或银、或银合金、或金、或金合金的单金属层或两种以上金属层组成的多金属层。作为本发明的进一步改进，所述步骤二和步骤三中的热喷涂技术，为等离子体喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂、或超音速喷涂。作为本发明的进一步改进，所述多金属层采用化学电镀方式制成。本发明的有益效果是本发明采用的金属基板一般是导热性能良好、价格低廉的金属，如铜及其合金、铝及其合金、铁及其合金，本发明主要使用铝合金。对于铝基板，在喷涂前，仅仅需要抛光和喷砂处理。喷砂的作用是在表面形成凹凸不平的微孔，相当于提高了铝基板表面的微观界面面积，使陶瓷粉更容易渗入到微孔中，形成更好的结合强度。在氮化铝陶瓷层喷涂完成之后，导电金属层喷涂之前，需判断是否要对氮化铝陶瓷层进行表面抛光处理，这要由氮化铝层的粗糙度，和之后的金属层喷涂工艺而定。导电金属的喷涂过程中，不同的喷涂工艺对氮化铝层的粗糙度要求不同。例如，若是后期工艺要求氮化铝的表面光洁度高，而喷涂出来的氮化铝层粗糙度高，则需对其进行抛光，否则不用抛光。在导电金属层喷涂完成之后，蚀刻布线图案之前，也需要根据基板上线路的要求，决定是否对导电金属层进行表面抛光，抛光时可以选取各种类型的抛光机。布线图案的制作，可以采用已经非常成熟的掩膜光刻工艺。由于喷涂工艺稳定，速度快，因此该绝缘金属基板成本低廉，非常有潜力取代现在昂贵的DBC基板。
图I为本发明的绝缘金属基板的制备工艺流程 图2为本发明绝缘金属基板基板的结构示意图。
具体实施例方式为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。实施例一
以铝合金为绝缘金属基板的的基材，一般选择有较高导热率和一定机械强度，又能够耐受一定温度的铝板，如5052、6061等牌号的铝板。制备绝缘层所用的陶瓷为氮化铝，导电材料为铜。I.先用机械或化学的方法去除铝板表面的油污和杂质，然后采用喷砂工艺，得到清洁的工件表面，铝板的厚度为O. 5mm ；
2.采用等离子体喷涂在铝板表面生长氮化铝陶瓷层，控制等离子体喷涂的工艺，得到的氮化铝涂层与铝板层的结合强度大于30MPa，氮化铝层的厚度为O. 2mm，气孔率低于5%，电阻率达到IO12 Ω .cm以上；
3.对氧化铝陶瓷层进行抛光，使其光洁度Ra达到I.6 μ m ;
4.采用电弧喷涂在氮化铝陶瓷层沉积铜层，厚度为O.Imm ；
5.对导电铜层进行抛光，使光洁度达到0.4μ m。经测试导电铜层在平面内整体导通，但与底层的铝基板绝缘； 6.采用掩膜光刻方法对导电铜层进行蚀刻，形成布线图案；
实施例二
以铜合金为绝缘金属基板的的基材，一般选择高导热性的工业纯铜。制备绝缘层所用的陶瓷为氧化铝，导电材料为铜覆盖银，主要是为了满足大功率封装支架对导电金属层表面反射率的高要求；
1.先用机械或化学的方法去除铜板表面的油污和杂质，然后采用喷砂工艺，得到清洁的工件表面，铜板的厚度为I mm ；
2.采用等离子体喷涂在铝板表面生长氧化铝陶瓷层，控制等离子体喷涂的工艺，得到的氧化铝涂层与铝板层的结合强度大于30MPa，氧化铝层的厚度为O. 4mm，气孔率低于5%，电阻率达到IO12 Ω .cm以上。3.对氧化铝陶瓷层进行抛光，使其光洁度Ra达到I. 6 μ m ;
4.采用电弧喷涂在氧化铝陶瓷层沉积铜层，厚度为O.2mm。经测试导电铜层在平面内整体导通，但与底层的铝基板绝缘；
5.采用掩膜光刻方法对导电铜层进行蚀刻，形成布线图案；
6.通过化学镀膜方法在铜布线图案上镀上一层银，得到表面反射率高的铜涂覆银层。
权利要求
1.一种制备电子电路绝缘金属基板的方法，其特征在于包括以下步骤 一、用金属基板(I)表面进行处理，得到清洁平整的表面； 二、采用热喷涂在金属板表面沉积陶瓷导热绝缘层(2); 三、采用热喷涂在陶瓷上沉积导电金属层(3)； 四、采用掩膜光刻的方法，在上部的导电金属层上蚀刻布线图案。
2.根据权利要求I所述的制备电子电路绝缘金属 基板的方法，其特征在于所述金属基板(I)为招、或招合金、或铜、或铜合金、或铁或铁合金。
3.根据权利要求I所述的制备电子电路绝缘金属基板的方法，其特征在于所述陶瓷导热绝缘层(2)为氮化铝、氧化铝、或碳化硅。
4.根据权利要求I所述的制备电子电路绝缘金属基板的方法，其特征在于所述导电金属层(3)为铜、或铜合金、或银、或银合金、或金、或金合金的单金属层或两种以上金属层组成的多金属层。
5.根据权利要求I所述的制备电子电路绝缘金属基板的方法，其特征在于所述步骤二和步骤三中的热喷涂技术，为等离子体喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂或超音速喷涂。
6.根据权利要求4所述的制备电子电路绝缘金属基板的方法，其特征在于所述多金属层采用化学电镀方式制成。
全文摘要
本发明公开了一种制备电子电路绝缘金属基板的方法，包括以下步骤一、用金属基板表面进行处理，得到清洁平整的表面；二、采用热喷涂在金属板表面沉积陶瓷导热绝缘层；三、采用热喷涂在陶瓷上沉积导电金属层；四、采用掩膜光刻的方法，在上部的导电金属层上蚀刻布线图案，采用该方法制成的绝缘金属基板成本低廉，非常有潜力取代现在昂贵的DBC基板。
文档编号H05K3/02GK102740604SQ20121024071
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者万军平, 王一平, 王春华 申请人:苏州衡业新材料科技有限公司