一种陶瓷金属复合基板及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷金属复合基板及其制备工艺，基板主要包括超薄陶瓷片、导热胶和金属基板；超薄陶瓷片的陶瓷粉体为微米粉体和纳米粉体的混合体，纳米粉体占陶瓷粉体体积的15~25%；导热胶包含一维高导热材料，一维高导热材料占导热胶总体积的20%~30%。制备工艺主要包括：制备出超薄陶瓷片；将金属基板进行表面处理，采用涂布工艺将导热胶涂覆于金属基板上，进行烘干半固化；将超薄陶瓷片与涂胶后的金属基板热压。本发明专利技术的陶瓷金属复合基板导热性能好，与芯片的热匹配性能好，并且生产效率高，有利于基板向小、轻、薄方向发展。流延成型制备超薄陶瓷片生产效率高，导热胶包含一维高导热材料，降低了超薄陶瓷片与金属基板间的热阻。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷金属复合基板及其制备工艺
本专利技术涉及电子封装领域，尤其涉及一种陶瓷金属复合基板及其制备工艺。
技术介绍
近年来，随着电子信息技术的飞速发展，芯片的集成度不断提高，以及大功率LED的发展，对封装基板提出了更高的要求，电子元器件向小、轻、薄方向发展，这要求基板也朝着小、轻、薄方向发展，基板还应具有高的机械强度、良好的电性能、高的可靠性、优良的导热性能。基板导热性能的高低将直接影响电子器件的可靠性和寿命。硅(Si)是最早使用的基板材料，具有成本低、导热性好等优点，但是其机械强度低，容易产生龟裂，抗弯强度比氧化铝低，在淀积厚的介质层和金属化层后易产生较大的弯曲和翘曲。金属基板具有热导率高、机械力学性能优良、易加工等优点，应用广泛，但由于金属为电的良导体，在作为基板材料时，需要在表面涂覆树脂等绝缘层，而树脂等绝缘层的导热性较差，同时金属的热膨胀系数与芯片不匹配，易产生热应力而造成芯片脱层开裂失效。陶瓷基板具有良好的介电性能、导热性能，以及良好的绝缘性，并且与芯片的热膨胀系数相匹配，是一种性能优异的基板材料。将金属与陶瓷材料相结合来制备复合基板，从而获得两者的综合性能是一种理想的选择。专利CN201820746U提出了一种软陶瓷复合式金属基板，它包括金属基板层、软陶瓷散热漆层、导热胶层、铜箔层四层，其中软陶瓷散热漆采用喷涂或印刷的方式涂覆于金属基板上，该复合式金属基板制备工艺复杂，软陶瓷散热漆层与金属基板的结合力较差，并且喷涂及印刷中易产生缺陷。专利CN103079339A提出了一种金属陶瓷复合基板及其制造方法，其采用离子注入法在金属基板表面与陶瓷层之间增加了一层金属及金属氮化物形成的金属陶瓷过渡层，然后采用气相沉积法在过渡层上形成陶瓷薄膜层，该方法虽然提高了陶瓷与金属基板的结合强度，但制备工艺复杂、生产效率较低，同时气相沉积法制备的陶瓷薄膜层易产生气孔裂纹等缺陷。。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种陶瓷金属复合基板及其制备工艺解决目前小、轻、薄方向发展且具有较优的导热性能等问题。为了实现上述目的，采用如下的技术方案：一种陶瓷金属复合基板，主要包括超薄陶瓷片、导热胶和金属基板；所述超薄陶瓷片的陶瓷粉体为微米粉体和纳米粉体的混合体，所述纳米粉体占所述陶瓷粉体体积的15~25%；所述导热胶包含一维高导热材料，所述一维高导热材料占所述导热胶总体积的20%~30%。陶瓷粉体为微米粉体和纳米粉体的混合体，纳米粉体填充在微米粉体间的空隙，有利于提高陶瓷的致密度和力学性能。同时，纳米材料烧结温度低，当超薄陶瓷片的陶瓷粉体为微米粉体和纳米粉体的混合体，所述纳米粉体占所述陶瓷粉体体积的15~25%时，使烧结温度显著降低，基板不容易变形，陶瓷的致密度和力学性能可以达到最优，陶瓷板保持理想的介电性能和导热性能，且陶瓷片超薄，热阻小，有利于基板向小、轻、薄方向发展。金属基板具有高的导热性，但是在电绝缘性、与芯片热匹配性等方面存在不足，金属基板与超薄陶瓷相结合所得复合基板可以综合陶瓷与金属的优异性能。超薄陶瓷片与金属基板的结合需要胶黏剂粘接，而一般胶黏剂的热导率很低。在金属基板和超薄陶瓷片之间加一层包含一维高导热材料导热胶，既可以增强超薄陶瓷片与金属基板的结合力，也可以减少超薄陶瓷片与金属基板之间的热阻。当一维高导热材料占所述导热胶总体积的20%~30%时，一维材料相互搭接，形成高速导热网络。进一步的，所述超薄陶瓷片的厚度为0.05~1mm。进一步的，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、堇青石陶瓷或多元电子陶瓷材料中的一种或多种。进一步的，所述一维高导热材料相互搭接形成导热网络结构。进一步的，所述一维高导热材料为氧化铝、氮化铝、氮化硅、铜、银、碳等晶须或纤维材料中的一种或多种。进一步的，所述一维高导热材料长径比为12~26。如果太短不利于一维高导热材料相互搭接形成导热网络结构，太长则混料困难。进一步的，所述的金属基为铝、铝合金、铜、铜合金、铁、钢中的一种。还可以是其它金属材料基板。一种陶瓷金属复合基板的制备工艺，主要包括以下步骤：（1）制备出超薄陶瓷片；（2）将金属基板进行表面处理，获得一定的粗糙度或纹理的表面，并将表面清洗烘干；（3）然后采用涂布工艺将导热胶涂覆于金属基板上，然后在50~200℃温度下保持3~15min进行烘干半固化；（4）然后将超薄陶瓷片与涂胶后的金属基板叠合在80~280℃、1~3Mpa下热压10~50min；（5）根据需要对步骤（4）所得陶瓷金属复合基板进行后处理。步骤（2）中将金属基板进行表面处理，获得一定的粗糙度或纹理的表面，有利于提高超薄陶瓷片与金属基板的结合力。步骤（1）所述超薄陶瓷片的制备工艺为：（a）先按照微米粉体和纳米粉体的体积比称取陶瓷粉体陶瓷粉体，混合均匀；（b）在步骤（a）所得陶瓷粉体中依次加入溶剂、分散剂、增塑剂、粘结剂、成膜剂和脱泡剂，球磨制备流延浆料；（c）采用流延成型工艺制备流延生带；（d）干燥、脱胶、烧结。其中步骤（b）所述流延浆料中所述陶瓷粉体质量占65%以上。流延浆料中陶瓷粉体质量占65%以上，有利于降低陶瓷生带在后续的烧结过程中的收缩程度，减少陶瓷板的烧结变形。与现有技术相比，本专利技术将金属与超薄陶瓷相结合所得复合基板综合了陶瓷与金属的优异性能。陶瓷片达到超薄，与传统的陶瓷基板相比，在保持陶瓷基板低膨胀系数、高绝缘性能的优点的同时，通过降低陶瓷层厚度，显著降低了因为陶瓷本身造成的热阻，金属与陶瓷复合，进一步提高了基板的力学性能，有利于基板向轻、薄方向发展。本专利技术采用流延成型工艺制备超薄陶瓷片，比普通烧结成型的陶瓷基板生产效率高；导热胶包含一维高导热材料，降低了超薄陶瓷片与金属基板间的热阻。本专利技术制备的陶瓷金属复合基板不仅导热性能、绝缘性能、与芯片的热匹配性能好，并且生产工艺简单、效率高，适合大批量生产。附图说明图1是本专利技术陶瓷金属复合基板的结构示意图，其中，1-超薄陶瓷片，2-导热胶，3-金属基板。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。实施例1一种陶瓷铝金属复合基板，具体制备工艺为：（1）先按照微米粉体和纳米粉体的体积比为85：15称取氧化铝陶瓷粉体，混合均匀；再向陶瓷粉体中依次加入溶剂、分散剂、增塑剂、粘结剂、成膜剂、脱泡剂等球磨制备流延浆料，流延浆料中陶瓷粉体质量占65%；然后采用流延成型工艺制备流延生带，最后干燥、脱胶、烧结制备出厚度为0.05mm的超薄陶瓷片1；（2）将厚度为1mm的铝金属基板3进行表面处理，获得一定的粗糙度或纹理的表面，并将表面清洗烘干；（3）然后采用涂布工艺将包含体积为20%碳纤维（长径比为12~26）的导热胶2涂覆于金属基板3上，在50℃温度下保持15min烘干半固化；（4）然后将超薄陶瓷片与涂胶后的金属基板叠合在80℃、1Mpa下热压50min；（5）根据需要将所得陶瓷金属复合基板进行后处理。实施例2一种陶瓷铝合金复合基板，具体制备工艺为：（1）先按照微米粉体和纳米粉体的体积比为80：20称取堇青石陶瓷粉体，混合均匀；再向陶瓷粉体中依次加入溶剂、分散剂、增塑剂、粘结剂、成膜剂、脱泡剂等球磨制备流延浆料，流延浆料中陶瓷粉体质量占68%；然后采用流延成型工艺制备流延生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷金属复合基板，其特征在于，主要包括超薄陶瓷片、导热胶和金属基板；所述超薄陶瓷片的陶瓷粉体为微米粉体和纳米粉体的混合体，所述纳米粉体占所述陶瓷粉体体积的15~25%；所述导热胶包含一维高导热材料，所述一维高导热材料占所述导热胶总体积的20%~30%。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷金属复合基板，其特征在于，由超薄陶瓷片、导热胶和金属基板三层构成；所述超薄陶瓷片的陶瓷粉体为微米粉体和纳米粉体的混合体，所述纳米粉体占所述陶瓷粉体体积的15～25％，所述纳米粉体填充在微米粉体间的空隙；所述导热胶包含一维高导热材料，所述一维高导热材料占所述导热胶总体积的20％～30％，所述一维高导热材料相互搭接形成导热网络结构；所述超薄陶瓷片的厚度为0.05～1mm。2.根据权利要求1所述陶瓷金属复合基板，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷、堇青石陶瓷或多元电子陶瓷材料中的一种或多种。3.根据权利要求1所述陶瓷金属复合基板，其特征在于，所述一维高导热材料为氧化铝、氮化铝、氮化硅、铜、银、碳晶须或纤维材料中的一种或多种。4.根据权利要求3所述陶瓷金属复合基板，其特征在于，所述一维高导热材料长径比为12～26。5.根据权利要求1所述陶瓷金属复合基板，其特征在于，所述的金属基为铝、铝合金、铜、铜合金、铁、钢中的一种。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文君，王双喜，张丹，李少杰，黄永俊，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：广东;44