本发明专利技术涉及一种具有优良抗热冲击性能的绝缘金属基板的制备方法，属微电子封装技术领域。该方法以铝板为基板，首先对其进行碱洗之后，对铝板进行电解抛光，再用阳极氧化工艺在铝板表面制备绝缘层，对已具有绝缘层的铝板在烘箱中进行烘干，利用磁控溅射、蒸发、化学镀等工艺在绝缘铝基板表面沉积金属铜层，然后进行电镀，使铜层厚度增厚到１０～３５μｍ。本发明专利技术的方法，使绝缘层具有优良的抗热冲击性能，阳极氧化绝缘层在热冲击实验中不会开裂。绝缘层的绝缘性能也满足封装要求，其中绝缘电阻率大于１０↑［１３］Ω.ｃｍ，击穿电压大于１０００Ｖ，介电常数约为７。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
一种具有优良抗热冲击性能的绝缘金属基板的制备方法
本专利技术涉及一种具有优良抗热冲击性能的绝缘金属基板的制备方法，属于微电子封装
技术介绍
功率器件的散热一直是电子封装业关注的问题。绝缘金属基板(IMS)在高效率的提高封装模块散热能力的同时，还具有低成本的优势。传统的绝缘金属基板的显著特征是：在经阳极氧化处理的铝板表面上附着一层环氧树脂，作为铝基底与铜布线层之间的绝缘层。为提高绝缘层的热导率，环氧树脂层中一般添加了无机填料。同时，科研人员也提出了“理想”绝缘金属基板的概念，即直接用铝的阳极氧化膜作绝缘层的金属基板，这样可以较大地提高基板的散热效率。然而在很多封装工艺中包含回流焊工序，回流焊一般是在250℃左右完成的。回流过程通常为：封装模块被加热到250℃左右使焊料熔化，保温一段时间后降到室温，焊料凝固起到连接作用。由于铝阳极氧化膜的热膨胀系数约为铝的三分之一，所以在升温过程中阳极氧化膜会受到铝基底施加的拉应力，当温度达到200℃以上时，氧化膜非常容易在应力作用下开裂。阳极氧化膜的开裂会降低金属基板绝缘层的绝缘性能，同时可能会使基板金属化布线层出现断路情况，从而影响封装的可靠性。正是由于阳极氧化膜容易受热开裂，限制了“理想”绝缘金属基板在封装领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种具有优良抗热冲击性能的绝缘金属基板的制备方法，采用安全环保的阳极氧化工艺制备铝金属基板的绝缘层，使阳极氧化绝缘层具有优良的抗热冲击性能，从而实现“理想”绝缘金属基板的广泛应用。本专利技术提出的具有优良抗热冲击性能的绝缘金属基板的制备方法，包括以下步骤：1、取0.5～3mm厚的铝板，要求表面无夹渣、划痕等缺陷，用碱性除油液去除铝板表面的氧化层和油污，碱性除油的工艺条件如下： NaOH： 重量百分比浓度为5wt％ 温度： 50℃ 时间： 20秒～1分钟铝板在碱洗之后用无离子水冲洗干净。2、对铝板进行电解抛光。将铝板作为阳极浸入电解液中，用铅板或不锈钢板作为阴极，抛光工艺条件如下：电解液组成：--> 高氯酸 34.5％ 醋酸酐 65.5％抛光电流密度： 2～5A/dm2抛光时间： 2～5分钟注意：高氯酸-醋酸酐电解液的使用温度要严格控制在30℃以下，否则有发生爆炸危险。电解抛光后将铝板用无离子水冲洗干净。3、用阳极氧化工艺在铝板表面制备绝缘层。阳极氧化工艺参数如下： 电解液：0.2～0.6mol/L的草酸溶液，用无离子水配制。 电流密度：10～25mA/cm2，直流电源，电流恒定。 阳极氧化时间：40～80分钟在阳极氧化过程中，控制铝板表面温度在25～40℃之间。阳极氧化后用无离子水清洗，用冷风吹干，最终生成的氧化膜厚度为20～35μm。4、对上述已具有绝缘层的铝板在烘箱中进行烘干。烘干工艺如下：在80～100℃下烘干0.5小时以上，然后缓慢升温至250℃，升温速率小于3℃/min。在250℃下保温0.5小时以上。用100倍显微镜检查铝基板绝缘层表面，如果没有发现裂纹，则此铝基板为合格品。5、首先利用磁控溅射、蒸发、化学镀等工艺在绝缘铝基板表面沉积金属铜层，使基板成为导体，然后用工业上比较成熟的电镀工艺进行电镀，使铜层厚度增厚到10～35μm。上述方法的关键是电解液组成、电解液温度以及电流密度，以及阳极氧化后的烘干工序。另外铝板的电解抛光效果也对金属基板抗热冲击性能有较大影响。抛光效果越好，使铝板表面粗糙度越低，则金属基板抗热冲击性能也就越好。本专利技术提出的具有优良抗热冲击性能的绝缘金属基板的制备方法，使绝缘层具有优良的抗热冲击性能，阳极氧化绝缘层在热冲击实验中不会开裂。其中采用的热冲击实验过程为：从室温到250℃，热冲击5次；从室温到300℃，热冲击两次。依此工艺路线制备的铝金属基板具有优良的抗热冲击性能。绝缘层的绝缘性能业满足封装要求，其中绝缘电阻率大于1013Ω·cm，击穿电压大于1000V，介电常数约为7。具体实施方式实施例1：采用如下阳极氧化工艺对1mm厚铝薄板进行阳极氧化：1)碱性除油30秒；2)电解电流密度为3mA/cm2，抛光3分钟；3)阳极氧化，其中工艺条件如下： 电解液组成：草酸浓度：0.2mol/L 电流密度：20mA/cm2，直流电源，电流恒定。--> 阳极氧化时间：60分钟 阳极氧化过程中控制铝板表面温度为32℃4)阳极氧化后的铝金属基板经清洗、冷风吹干后在80℃下烘干2小时，然后缓慢升温至250℃，升温速率为2℃/min。在250℃下保温0.5小时。该金属基板表面的阳极氧化绝缘层在300℃热冲击实验中没有开裂。实施例2：采用如下阳极氧化工艺对3mm厚铝薄板进行阳极氧化：1)碱性除油1分钟；2)电解电流密度为2mA/cm2，抛光5分钟；3)阳极氧化，其中工艺条件如下： 电解液组成：草酸：0.6mol/L 电流密度：10mA/cm2，直流电源，电流恒定。 阳极氧化时间：80分钟 阳极氧化过程中控制铝板表面温度为25℃4)阳极氧化后的铝金属基板经清洗、冷风吹干后在90℃下烘干1小时，然后缓慢升温至250℃，升温速率为3℃/min。在250℃下保温1小时。该金属基板表面的阳极氧化绝缘层在300℃热冲击实验中没有开裂。实施例3：采用如下阳极氧化工艺对0.5mm厚铝薄板进行阳极氧化：1)碱性除油20秒；2)电解电流密度为4mA/cm2，抛光2分钟；3)阳极氧化，其中工艺条件如下： 电解液组成：草酸：0.2mol/L 电流密度：20mA/cm2，直流电源，电流恒定。 阳极氧化时间：60分钟 阳极氧化过程中控制铝板表面温度为40℃4)阳极氧化后的铝金属基板经清洗、冷风吹干后在100℃下烘干0.5小时，然后缓慢升温至250℃，升温速率为2℃/min。在250℃下保温0.5小时。该金属基板表面的阳极氧化绝缘层在300℃热冲击实验中没有开裂。实施例4：采用如下阳极氧化工艺对1mm厚铝薄板进行阳极氧化：1)碱性除油20秒；2)电解电流密度为2mA/cm2，抛光5分钟；3)阳极氧化，其中工艺条件如下： 电解液组成：草酸：0.4mol/L 电流密度：15mA/cm2，直流电源，电流恒定。 阳极氧化时间：40分钟--> 阳极氧化过程中控制铝板表面温度为30℃4)阳极氧化后的铝金属基板经清洗、冷风吹干后在90℃下烘干0.5小时，然后缓慢升温至250℃，升温速率为1℃/min。在250℃下保温0.5小时。该金属基板表面的阳极氧化绝缘层在300℃热冲击实验中没有开裂。实施例5：采用如下阳极氧化工艺对3mm厚铝薄板进行阳极氧化：1)碱性除油40秒；2)电解电流密度为3mA/cm2，抛光3分钟；3)阳极氧化，其中工艺条件如下： 电解液组成：草酸：0.4mol/L 电流密度：25mA/cm2，直流电源，电流恒定。 阳极氧化时间：50分钟 阳极氧化过程中控制铝板表面温度为35本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有优良抗热冲击性能的绝缘金属基板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（１）取０．５～３ｍｍ厚的铝板，对其表明进碱性除油液；（２）对铝板进行电解抛光，将铝板作为阳极浸入电解液中，用铅板或不锈钢板作为阴极，抛光工艺条件如下：电解液组成：高氯酸３４．５％醋酸酐６５．５％抛光电流密度：２～５Ａ／ｄｍ↑［２］抛光时间：２～５分钟电解温度低于３０℃；（３）用阳极氧化工艺在铝板表面制备绝缘层，阳极氧化工艺参数如下：电解液：浓度为０．２～０．６ｍｏｌ／Ｌ的草酸溶液，用无离子水配制，电流密度：１０～２５ｍＡ／ｃｍ↑［２］，阳极氧化时间：４０～８０分钟，电解温度２５～４０℃，最终生成的氧化膜厚度为２０～３５μｍ；（４）对上述已具有绝缘层的铝板在烘箱中进行烘干，烘干工艺如下：在８０～１００℃下烘干０．５小时以上，然后缓慢升温至２５０℃，升温速率小于３℃／ｍｉｎ，在２５０℃下保温０．５小时以上；（５）首先在绝缘铝基板表面沉积金属铜层，然后在其表明进行电镀，使铜层厚度增厚到１０～３５μｍ。
【技术特征摘要】
1、一种具有优良抗热冲击性能的绝缘金属基板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)取0.5～3mm厚的铝板，对其表明进碱性除油液；(2)对铝板进行电解抛光，将铝板作为阳极浸入电解液中，用铅板或不锈钢板作为阴极，抛光工艺条件如下：电解液组成： 高氯酸 34.5％ 醋酸酐 65.5％抛光电流密度： 2～5A/dm2抛光时间： 2～5分钟电解温度低于30℃；(3)用阳极氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：马莒生，朱继满，郭立泉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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