金属陶瓷复合基板及其制作方法与流程

1.本技术属于线路板领域，特别涉及一种金属陶瓷复合基板及其制作方法。


背景技术：

2.随着电子行业的不断发展和产品设计的更新换代，电子元器件的工作电流和驱动电压越来越高，因此对线路板的散热能力和绝缘性能提出了更高的要求。
3.为提高散热能力和绝缘性能，目前行业常用的方法有两种，第一种是采用常规的导热金属基板，第二种是采用陶瓷基板。
4.请参照图1，常规的导热金属基板包括依次设置的铜箔1、导热绝缘层2和金属基板3，这种基板存在以下问题：因采用有机体系，散热能力有限；为提高散热能力，往往要将导热绝缘层2做薄，但绝缘性能较差；有机体系的绝缘性能会随使用时间逐渐降低，存在较大风险。
5.请参照图2，常规的陶瓷基板包括陶瓷片4和设于陶瓷片4相对两侧的铜箔1，这种基板存在以下问题：陶瓷基板双面金属化工艺难度大，效率低，材料成本高，且不良率高；请参照图3，在封装时，陶瓷基板的背面需要焊接在散热底板6上，增加了工艺流程及材料成本，且不良风险提高。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种金属陶瓷复合基板及其制作方法，以提升线路板的散热能力和绝缘性能，以及降低制作工艺难度和材料成本。
7.本技术的第一方面提供一种金属陶瓷复合基板的制作方法，包括：
8.提供陶瓷片与铜箔，将所述铜箔与所述陶瓷片的一面烧结，形成单面金属化陶瓷基板；
9.提供金属基板，在所述金属基板的一面涂覆导热胶，并将所述导热胶烘烤至半固化状态；
10.将所述单面金属化陶瓷基板与所述金属基板叠合，其中所述陶瓷片背离所述铜箔的一面与所述导热胶贴合；
11.对叠合后的所述单面金属化陶瓷基板与所述金属基板进行热压，形成金属陶瓷复合基板。
12.在一实施例中，所述导热胶的导热系数大于或等于5w/m
·
k。
13.在一实施例中，所述导热胶包括双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、酚醛环氧树脂、增韧环氧树脂、胺类固化剂、有机溶剂、导热填料及表面活性剂。
14.在一实施例中，在金属基板的一面涂覆导热胶之前，所述制作方法还包括：
15.调制所述导热胶，并对所述导热胶进行研磨、脱泡和过滤，使所述导热胶内的颗粒尺寸小于10μm。
16.在一实施例中，在将所述铜箔与所述陶瓷片的一面烧结之前，所述金属陶瓷复合
基板的制作方法还包括：
17.依次用naoh溶液和hf溶液浸泡所述陶瓷片，再用去离子水清洗所述陶瓷片，使得所述陶瓷片的表面粗化。
18.在一实施例中，在将所述铜箔与所述陶瓷片的一面烧结之前，所述金属陶瓷复合基板的制作方法还包括：
19.将所述铜箔预氧化，使所述铜箔的表面形成一层氧化铜。
20.在一实施例中，所述导热胶的涂覆厚度为10μm～30μm。
21.在一实施例中，所述制作方法还包括：在形成单面金属化陶瓷基板之后，对所述单面金属化陶瓷基板进行粗化和清洗；在所述金属基板的一面涂覆导热胶之前，对所述金属基板进行棕化处理和粗化所述金属基板的表面。
22.本技术的第二方面提出一种金属陶瓷复合基板，采用如第一方面所述的金属陶瓷复合基板的制作方法制作而成。
23.本技术的第三方面提出一种金属陶瓷复合基板，包括叠合的单面金属化陶瓷基板和金属基板，以及设于所述单面金属化陶瓷基板与所述金属基板之间的导热胶，所述单面金属化陶瓷基板包括陶瓷片和与所述陶瓷片的一面相结合的铜箔。
24.本技术提供的金属陶瓷复合基板的制作方法，先将铜箔与所述陶瓷片的一面烧结，形成单面金属化陶瓷基板，然后通过导热胶将单面金属化陶瓷基板与金属基板相结合，即可获得高散热高绝缘的金属陶瓷复合基板；该制作方法以陶瓷片代替绝缘介质层，提高了整体的绝缘能力，解决金属基板绝缘性能较差的问题；相较于常规技术中的陶瓷基板，减少了一层绝缘层及铜箔层，从而减少一层隔热层，能够提高整体的散热能力，降低了工艺制作难度和材料成本，解决了陶瓷基板双面金属化材料成本高、不良率高的问题；通过将单面金属化陶瓷基板压合到金属基板上，直接一次成型，解决陶瓷基板背面需要另外焊接在散热底板上的问题，简化了结构，降低了材料成本。因此，本技术提供的金属陶瓷复合基板的制作方法能够提升线路板的散热能力和绝缘性能，降低了制作工艺难度和材料成本，以及降低了制作不良的风险。
25.本技术提供的金属陶瓷复合基板包括通过导热胶连接的单面金属化陶瓷基板金属基板，具有较高的散热能力和绝缘性能。相较于传统的金属基板，金属陶瓷复合基板包括陶瓷片和导热胶，解决了有机体系存在的散热能力有限、绝缘层需要作薄而导致绝缘性能较差，以及绝缘性能随使用时间逐渐降低的问题；相较于传统的陶瓷基板，解决了陶瓷基板双面金属化效率低、不良率高、双面金属化材料成本高的问题，以及解决了陶瓷基板需要另外焊接在散热底板上的问题。上述金属陶瓷复合基板提升了散热性能和绝缘性能，成本低，制作流程简单。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是现有技术中的一种导热金属基板的结构示意图；
28.图2是现有技术中的一种陶瓷基板的结构示意图；
29.图3是图2所示的陶瓷基板的封装结构的示意图；
30.图4是本技术实施例提供的金属陶瓷复合基板的制作方法的流程图；
31.图5是本技术实施例提供的金属陶瓷复合基板的结构示意图；
32.图6是本技术实施例提供的金属陶瓷复合基板的封装结构的示意图。
33.图中标记的含义为：
34.1、铜箔；2、导热绝缘层；3、金属基板；4、陶瓷片；5、焊料；6、散热底板；
35.100、金属陶瓷复合基板；
36.10、单面金属化陶瓷基板；11、陶瓷片；12、铜箔；
37.20、金属基板；30、导热胶；
38.40、芯片；41、焊料。
具体实施方式
39.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
40.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.为了说明本技术的技术方案，下面结合具体附图及实施例来进行说明。
42.请参照图4，本技术的第一方面提出一种金属陶瓷复合基板的制作方法，包括：
43.步骤s110：提供铜箔与陶瓷片，将铜箔与陶瓷片的一面烧结，形成单面金属化陶瓷基板。
44.请同时参照图5，首先将陶瓷片11和铜箔12开料，然后将铜箔12与陶瓷片11叠合，使铜箔12与陶瓷片11的一面贴合；将铜箔12与陶瓷片11在气氛烧结炉中烧结，使铜箔12和陶瓷片11结合在一起，形成单面金属化陶瓷基板10。
45.本实施例仅在陶瓷片11的一面烧结铜箔12，可以降低材料成本和提升制造效率，解决陶瓷基板双面金属化材料成本高的问题。
46.步骤s120：提供金属基板20，在金属基板20的一面涂覆导热胶30，并将导热胶30烘烤至半固化状态。
47.导热胶30为具有较高的导热率和较高粘度的胶体，在后续制作形成的金属陶瓷复合基板100中，导热胶30能够粘结和导热的作用，提高属陶瓷复合基板的导热效率；在本实施例中，金属基板20为铜板，但不限于此，金属基板20还可为其他金属材质的基板，例如，金属基板20的材质也可为铝、铝合金、铜合金、铁等。
48.可选的，导热胶30的导热系数大于或等于5w/m
·
k。通过采用上述技术方案，可以提高导热绝缘层的耐高温老化性能，同时，导热胶30用于将单面金属化陶瓷基板10与金属基板20结合，可以解决金属基板20因使用时间长，绝缘性能逐渐降低的问题。
49.在一实施例中，导热胶30包括双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、酚醛环氧树脂、增韧环氧树脂、胺类固化剂、有机溶剂、导热填料及表面活性剂。通过采用上述技术方案，导热胶30可获得较好的粘结性和导热性。
50.可选的，导热胶30中各组分的配比为：30份双酚a环氧树脂，5份双酚f环氧树脂，35份酚醛环氧树脂，10份增韧环氧树脂，8份胺类固化剂，10份有机溶剂，500份导热填料和2份表面活性剂。
51.可以理解，各组分的比例不限于此，例如，导热胶30中各组分的配比为24～36份双酚a环氧树脂，4～6份双酚f环氧树脂，28～42份酚醛环氧树脂，8～12份增韧环氧树脂，6～10份胺类固化剂，8～12份有机溶剂，400～600份导热填料和1～3份表面活性剂。
52.可选的，导热胶30的涂覆厚度为10μm～30μm，用丝印机或涂膜器进行涂覆。若导热胶30太厚，容易导致导热性能变差；若导热胶30太薄，容易导致结合力差；满足上述厚度范围的导热胶30，可以起到良好的粘结作用。
53.可选的，在涂覆导热胶30之后，将涂覆导热胶30的金属基板20放置在150℃～160℃烤箱中，烘烤1min～2min至表干，使得导热胶30呈半固化状态。
54.步骤s130：将单面金属化陶瓷基板10与涂覆导热胶30后的金属基板20叠合，其中陶瓷片11背离铜箔12的一面与导热胶30贴合。
55.具体的，叠合后的结构由上至下分别为铜箔12、陶瓷片11、导热胶30、金属基板20，导热胶30能够粘结金属基板20和单面金属化陶瓷基板10中的陶瓷片11。
56.步骤s140：对叠合后的单面金属化陶瓷基板10与金属基板20进行热压，形成金属陶瓷复合基板100。
57.可选的，采用真空热压的方式来对叠合后的单面金属化陶瓷基板10与金属基板20进行热压。具体的，将叠合后的板材放入真空层压机进行热压，最高温度为210℃～220℃，升温速度为2℃/min，压合时间为3～4小时。热压后，可得到一体化的金属陶瓷复合基板100。
58.本技术提供的金属陶瓷复合基板100的制作方法，首先将铜箔12与陶瓷片11的一面烧结，形成单面金属化陶瓷基板10，然后通过导热胶30将单面金属化陶瓷基板10与金属基板20相结合，即可获得高散热高绝缘的金属陶瓷复合基板100。
59.本技术提供的金属陶瓷复合基板100的制作方法具有以下优势：
60.(1)将金属基板20直接通过导热胶30与陶瓷基板结合，以陶瓷片11代替绝缘介质层，提高了整体的绝缘能力，解决金属基板绝缘性能较差的问题。
61.(2)请参照图3和图6，金属基板20直接通过导热胶30与单面金属化陶瓷基板10结合，本技术提供的金属陶瓷复合基板100相较于常规技术中的陶瓷基板，减少了一层绝缘层及铜箔层，从而减少一层隔热层，能够提高整体的散热能力。
62.(3)该制作方法仅需要在陶瓷片11的一面烧结铜箔12，相较于常规技术的陶瓷基板减少了一面铜箔12，降低了工艺制作难度和材料成本，解决了陶瓷基板双面金属化材料成本高、不良率高的问题。
63.(4)通过将单面金属化陶瓷基板10压合到金属基板20上，直接一次成型，解决陶瓷基板背面需要另外焊接在散热底板上的问题，简化了结构，降低了材料成本。
64.综上，本技术提供的金属陶瓷复合基板100的制作方法能够提升线路板的散热能
力和绝缘性能，降低了制作工艺难度和材料成本，以及降低了制作不良的风险。
65.在一实施例中，在金属基板20的一面涂覆导热胶30之前，制作方法还包括：调制导热胶30，并对导热胶30进行研磨、脱泡和过滤，使导热胶30内的颗粒尺寸小于10μm。若颗粒尺寸过大，会导致导热胶30的厚度不好控制，绝缘性能和结合力变差，因此，本技术通过对导热胶30进行研磨、脱泡和过滤，可以较好地控制导热胶30内的颗粒尺寸。
66.具体的，按配方比例称重物料，将物料搅拌分散均匀，以调制导热胶30；研磨导热胶30，控制颗粒尺寸在10μm以下，脱泡除去胶液中的气泡，过滤除去胶液中的大颗粒填料和杂质。
67.在一实施例中，将陶瓷片11的一面与铜箔12烧结之前，金属陶瓷复合基板100的制作方法还包括：依次用naoh溶液和hf溶液浸泡陶瓷片11，再用去离子水清洗陶瓷片11，使得陶瓷片11的表面粗化。如此，能够除去陶瓷片11表面的杂质，并粗化陶瓷表面，以提高陶瓷片11与铜箔12的结合力。
68.在一实施例中，将陶瓷片11的一面与铜箔12烧结之前，金属陶瓷复合基板100的制作方法还包括：将铜箔12预氧化，使铜箔12的表面形成一层氧化铜(cuo)。其中，铜箔12预氧化在气氛烧结炉中进行，控制氧气和氮气含量，使铜箔12表面生成一层薄薄的氧化铜。氧化铜能够增加铜箔12与陶瓷片11之间的结合力。
69.在一实施例中，制作方法还包括：在形成单面金属化陶瓷基板10之后，对单面金属化陶瓷基板10进行粗化和清洗。
70.在金属基板20的一面涂覆导热胶30之前，对金属基板20进行棕化处理和粗化金属基板20的表面，棕化处理可以除去表面氧化层及杂质。
71.通过采用上述技术方案，可以进一步提升单面金属化陶瓷基板10与金属基板20的结合力，以及导热胶30与金属基板20的结合力。
72.本技术的一个实施例提出一种金属陶瓷复合基板100的制作方法，具体包括以下步骤。
73.首先，陶瓷片11和铜箔12开料，依次用10％的naoh溶液和10％的hf溶液分别将陶瓷片11浸泡5min，再用去离子水冲洗干净；在气氛烧结炉中控制氧气和氮气含量，使铜箔12表面生成一层薄薄的氧化铜；将预氧化的铜箔12与清洗好的陶瓷片11叠合，在气氛烧结炉中烧结，使铜箔12和陶瓷结合在一起，形成单面金属化陶瓷基板10。
74.其次，调制导热胶30，并进行研磨过滤除泡；按要求将铜板裁切成规定的尺寸，对铜板进行棕化处理，除去表面氧化层及杂质，同时粗化铜板表面，以提高与导热胶30的结合力；用丝印机或涂膜器在铜板的一面涂覆一层导热胶30，厚度为10μm～30μm；将涂覆导热胶30的铜板放置在150℃～160℃的烤箱中，烘烤1min～2min至表干，达到半固化状态。
75.然后，将清洗后的单面金属化陶瓷基板10与涂覆导热胶30后的铜板叠合，陶瓷面与导热胶30面贴合，再将叠合后的板放入真空层压机进行热压，最高温度210℃～220℃，升温速度2℃/min，压合时间3～4小时；热压完成后，在铜箔12上制作线路图形。
76.本技术的第二方面提出一种金属陶瓷复合基板100，采用如第一方面的金属陶瓷复合基板100的制作方法进行制作。
77.请参照图5，本技术的第三方面提出一种金属陶瓷复合基板100，包括叠合的单面金属化陶瓷基板10和金属基板20，以及设于单面金属化陶瓷基板10和金属基板20之间的导
热胶30，其中单面金属化陶瓷基板10包括陶瓷片11和与陶瓷片11背离金属基板20的一面相结合的铜箔12。铜箔12上制作有线路图形。
78.图6示意了金属陶瓷复合基板100的封装结构，金属陶瓷复合基板100还包括通过焊料41焊接于铜箔12上的芯片40，芯片40例如为led发光芯片，但不限于此，芯片40也可为其他任何需要连接于铜箔12上的电性元件。以led发光芯片为例，led发光芯片工作过程中产生的热量传递至陶瓷片11，经导热胶30传递至金属基板20，即可完成散热。
79.本技术提供的金属陶瓷复合基板100包括通过导热胶30连接的单面金属化陶瓷基板10和金属基板20，具有较高的散热能力和绝缘性能。相较于传统的金属基板，金属陶瓷复合基板100包括陶瓷片11和导热胶30，解决了有机体系存在的散热能力有限、绝缘层需要作薄而导致绝缘性能较差，以及绝缘性能随使用时间逐渐降低的问题；相较于传统的陶瓷基板，解决了陶瓷基板双面金属化效率低、不良率高、双面金属化材料成本高的问题，以及解决了陶瓷基板需要另外焊接在散热底板上的问题。上述金属陶瓷复合基板100提升了散热性能和绝缘性能，成本低，制作流程简单。
80.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。