专利名称：一种陶瓷、铝、多孔铜的复合材料的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种材料，尤其涉及一种散热的陶瓷、铝、多孔铜的复合材料。
背景技术：
随着科技的发展、网络的普及，电子器材应用越来越广泛，对电路板材料要求也越来越高，要求是既要导热率高、耐腐蚀、耐磨损，但又要绝缘，能切削加工。而陶瓷、铝或铜只能满足其中部分要求。目前只有使用金属材料与非金属材料的紧密焊接的材料才能达到要求。目前电子器件大量是通过铝基板这种复合材料，但这种材料是把印刷板与铝通过环氧树脂粘接而结合，不仅紧密度、牢固度不够而且散热效果差、绝缘性能差。这种材质的印刷板是有机材质，温度高后要燃烧，很容易引起火灾。而本实用新型的材质是陶瓷、铝、铜，没有燃烧的基础，并且是紧密焊接，因为焊接是将两部分同质或非同质的材料，利用原子间的联系及质点的扩散作用，通过加热、加压或加热的方法形成永久性的连接，这样才能确保其多种功能的要求。本实用新型制成的一种陶瓷、铝(含铝合金)、多孔铜的复合体材料既能在陶瓷板上承载电子元件，又能利用陶瓷的绝缘性、耐腐蚀、与耐磨损，同时又能利用铝与多孔铜传热快、散热好的特点，使元器件或LED的热量及时散发。经试验，铝基板耐压在2KV 左右，差的1. 5KV就击穿发热，PCB板燃烧。而本实用新型耐压为5KV以上。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种陶瓷、铝、多孔铜的复合材料。本实用新型解决其技术问题的技术方案是一种陶瓷、铝、多孔铜的复合材料，它主要由多孔铜、铝板和陶瓷基板依次叠加焊接组成。进一步地，所述铝板的上下表面分别镀有第一镀锡层和第二镀锡层；陶瓷基板的上下表面分别烧结上层银箔和下层银箔，上层银箔和下层银箔的厚度为15-20微米；多孔铜通过第二锡膏层与铝板的第二镀锡层焊接在一起，铝板的第一镀锡层通过第一锡膏层与陶瓷基板的上层银箔焊接在一起。进一步地，所述铝板5也可以由铝合金板替代。本实用新型的有益效果是本实用新型陶瓷、铝、多孔铜的复合体材料绝缘性能好，散热性能好，加工能力强。作为电子元件的工作载体，完全避免了普通的PCB板、铝基板在高温时要燃烧的缺点，解决了火灾的隐患，这在许多领域有着极其重要的意义。此外本实用新型的材料耐压高是铝基板耐压的几倍，耐腐蚀，能在恶劣环境下工作，所以本在电子、电力、军事等许多行业能发挥很大作用。
图1是本实用新型的焊接示意图；图中陶瓷基板1、上层银箔2、第一锡膏层3、第一镀锡层4、铝板5、第二锡膏层6、多孔铜7、下层银箔8、第二镀锡层9。
具体实施方式
本实用新型公开了一种替代铝基板的陶瓷、铝、多孔铜的复合材料，它的上层为多孔铜7，中间为铝板5 (也可以为铝合金板)，下层为陶瓷基板1。铝板5的上下表面镀有第一镀锡层4和第二镀锡层9 ；陶瓷基板的上下表面分别烧结上层银箔2和下层银箔8，上层银箔2和下层银箔8的厚度为15-20微米。多孔铜7通过第二锡膏层6与铝板5的第二镀锡层9焊接在一起，铝板5的第一镀锡层4通过第一锡膏层3与陶瓷基板1的上层银箔2 焊接在一起。以后电子元件焊在陶瓷基板1的下层银箔8上。本实用新型在制备过程中，铝板要预处理，使其双面镀锡，陶瓷基板也要预处理， 使其双面烧结银箔，然后通过回流焊制成陶瓷、铝、多孔铜的复合材料。其步骤如下；1、铝板镀锡应用煤油、汽油等有机溶剂粗除铝板或铝合金板上的油脂，再置于混合液中进行碱洗，进行化学除油，混合液由氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2CO3)和水按照质量比2:1:7混合得到；其目的是除去油脂后能保证铝板(或铝合金板)电镀的质量，最后放入电镀槽中进行双面镀锡10分钟，从而在铝板5的上下表面镀有第一镀锡层4和第二镀锡层 9，电镀时，不需要电镀的地方可用胶带黏住，电镀槽中，每升电镀液中含有10-40克硫酸亚锡SnS04、73. 6克浓硫酸!^04、2. 5克萘酚和5克明胶，电镀液温度为30°C，直流电压为18V， 电流密度为2A/dm2。2、陶瓷烧银包括丝网印刷与陶瓷烧结两个步骤。2. 1、丝网印刷考虑到散热及膨胀因素，本实用新型采用厚度为0. 5mm的氧化铝陶瓷基板。其过程如下先制造模版，在丝网上涂感光胶，然后把模版放在感光胶上，通过曝光机进行曝光，丝网上模板部分以外曝光，感光胶凝固，而模版部分不透光，模板部分遮住的感光胶由于不透光而没有凝固。用水冲洗，洗去未曝光部分，再采用银浆作为油墨，把丝网放置在陶瓷基板上进行印刷，把银浆料印在陶瓷基板上，由于丝网上模板遮住部分是透空的，所以银浆就印在陶瓷基板上相应位置，而其余部分因为有胶封住，银浆就没有印上。2. 2、陶瓷烧结将印刷好的陶瓷基板在陶瓷烧结炉中烧结，使银浆与陶瓷基板间形成良好的熔合，在烧结后形成银的烧结层面，即为上层银箔2。银浆印刷时其形状应与铝板镀锡层2形状一致，烧结后的银箔应高出陶瓷基板15微米-20微米。实施时采用的银浆，其主要成分为银与玻璃的混合物，银浆的主要成分为银，按质量百分比计，占65%，掺入洲粘结剂后能使其浆料具有合适的粘度，粘结剂为二甲苯等，为防止银氧化加入3%的金属钯粉末，其余30%为玻璃粉末。重复步骤2. 2，在陶瓷基板1的另一面烧结下层银箔8，区别在于，模版需要按照欲连接的电子元件形状形成印刷电路。为了防止铝板5与陶瓷基板1由于膨胀系数不同而造成开裂，在陶瓷基板制作的银箔4形状应与铝板1的镀锡层2形状一致，银箔4高出陶瓷面15微米-20微米，使焊接后的铝与陶瓷在各自膨胀中相互影响最小。在烧结过程中，陶瓷烧结炉的最高温度800度， 升温速度应当缓慢，使有机粘合剂完全分解和挥发，固体粉料熔融，分解和化合，形成致密坚固的厚膜。为防止厚膜开裂，还应控制降温速度。所述铝与陶瓷由于膨胀系数不同而造成的陶瓷开裂现象，是由于各种金属的及非金属线性膨胀系数不同，几个常见物质线胀系数如下；膨胀系数(10-6/° C):铝23.2，镀锡22，焊锡23.0，银19. 5，氧化铝陶瓷7. 85。 我们采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法其结构排列大部分与这几种物质的膨胀系数是一致的，所以膨胀引起作用也较少。至于银与陶瓷基板，尽管膨胀系数相差较大，但银箔是颗粒状烧结在陶瓷板内，所以引起膨胀原因也很小。本实用新型在陶瓷烧结的银接触面应与其焊接的铝板形状相似，并应适当高出陶瓷基板15微米-20微米左右。并且以上叠加从上到下膨胀系数依次增加，而且其材料的体胀系数是与其长度及形状有关，而烧制时银箔与铝的镀锡层形状类似，使膨胀引起的原因减少到最低，有效地避免铝与陶瓷由于膨胀系数不同而造成的陶瓷开裂现象。 3、叠加式回流焊如图1所示，回流焊时采用锡膏，按质量百分比计，其成分为95% 的锡与5%的银，把锡膏均勻涂在陶瓷基板1的上层银箔2、铝板5上下表面的第一镀锡层4 和第二镀锡层9上、把陶瓷基板1的上层银箔2相对铝板5的第一镀锡层4，多孔铜7相对铝板5的第二镀锡层9，把它们叠加后，一起放入回流焊炉中，控制炉内温度在260度左右， 回流焊10分钟后，多孔铜7、陶瓷基板5与铝板1就紧密焊接在一起了。
权利要求1.一种陶瓷、铝、多孔铜的复合材料，其特征在于，它主要由多孔铜(7)、铝板(5)和陶瓷基板(1)依次叠加焊接组成。
2.根据权利要求1所述陶瓷、铝、多孔铜的复合材料，其特征在于，所述铝板(5)的上下表面分别镀有第一镀锡层(4)和第二镀锡层(9);陶瓷基板的上下表面分别烧结上层银箔 (2)和下层银箔(8)，上层银箔(2)和下层银箔(8)的厚度为15-20微米；多孔铜(7)通过第二锡膏层(6 )与铝板(5 )的第二镀锡层(9 )焊接在一起，铝板(5 )的第一镀锡层(4 )通过第一锡膏层(3 )与陶瓷基板(1)的上层银箔(2 )焊接在一起。
专利摘要本实用新型公开了一种陶瓷、铝、多孔铜的复合材料，它由陶瓷、铝与多孔铜所组成，并应预处理。陶瓷基板的预处理是经制模、涂感光胶、曝光、水洗、银浆印刷、陶瓷烧结后使陶瓷上烧结有银箔，银箔高出陶瓷基板15-20微米，经两次烧结，正面为印制所需电子线路，反面为烧结银箔；铝板预处理为铝(铝合金)板双面进行电镀使其上锡；最后按多孔铜、铝、陶瓷相互叠加，在接触面涂锡膏，在回流焊炉中使其紧密焊接固定，制成陶瓷、铝与多孔铜的复合材料；该复合材料能承载电子元件，与铝基板相比散热快、牢固、绝缘性能好，更不会燃烧。在电子器件散热尤其LED散热上有很大的实用意义。
文档编号H05K1/05GK202200603SQ20112030818
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月23日 优先权日2011年8月23日
发明者何永祥, 甄海威 申请人:何永祥, 甄海威