专利名称：一种导热铝基核心的金属基板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高导热金属基板材料，具体涉及一种高导热铝基核心的金属基板及其制备方法。
背景技术：
随着电子产品向轻、薄、小、高密度、多功能化发展，线路板上元件组装密度和集成度越来越高，功率消耗越来越大，对基板的散热性能要求也越来越高。如果基板的散热性不好，就会导致线路板上的元器件过热，使整体的可靠性大大降低。因此，研究性能可靠的高导热金属基板已经迫在眉睫。金属基板一般包含三层结构，分别是导电层(用作线路)、绝缘层和金属基层(用于导热)。其中绝缘层是一层低热阻、高介电常数的导热绝缘材料，主要起到连接、绝缘和导热的作用，是金属基板的核心技术所在。根据导电层与金属基层连接方式的不同，目前的绝缘层主要有两种1、通过将无机聚合物(如氧化铝或氮化铝)粉末掺杂到有机导热胶中，制得热导率提高的绝缘层，把导电层和金属基层直接粘接在一起。这类绝缘层的缺点是热导率太低(不足2 3W/m ·Κ)，且有机导热胶的热膨胀比金属大，受热后容易变形，根本无法满足高密度元器件组装线路板的散热要求。2、通过阀金属阳极氧化制备绝缘层，如在铝表面上阳极氧化制备氧化铝绝缘层，然后在上面导电金属化制造导电层。这类绝缘层的热导率比一般有机绝缘导热胶大得多(如氧化铝的热导率约30W/m · K)，是一种导热性较为理想的绝缘材料。然而由于氧化铝与金属导线的应力不匹配，加热升温后基板容易脆裂，严重影响了基板性能的可靠性；且氧化铝表面的大量微孔结构也会对其绝缘性能造成一定的影响，因此用氧化铝绝缘层制备的高导热金属基板仍然无法全面推广使用。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种导热率大于20 ff/m · K的高导热铝基核心的金属基板，具有质量轻、导热高等优点，适合用于大功率电子元器件贴合和大功率发光二极管使用。本发明的另一目的是提供上述高导热铝基核心的金属基板的制备方法。本发明通过以下技术方案实现上述目的
一种高导热铝基核心的金属基板，是由金属铝为基板(以下简称铝基板)，上表面经处理生成氧化铝绝缘层，氧化铝绝缘层外表面依次镀上缓冲层、第一导电层、第二导电层和可焊层形成。所述金属铝基板厚度为0. 05飞.00 mm,氧化铝绝缘层厚度为0. 0广2. OOmm,缓冲层厚度为30(Γ800Α，第一导电层厚度为30(Γ800Α，第二导电层厚度为0. 05^1. 00 mm,和可焊层厚度为4 20 μ m。所述缓冲层金属为钨、钼、钛或其中任意两种金属的合金，该处缓冲层能有效地防止绝缘层和导电层之间剥落。所述第一导电层金属为铜、镍、铁、银、金、钯或其中任意两种金属的合金。所述第二导电层金属为铜、银、金或其中任意两种金属的合金。所述可焊层金属为化学镀镍/浸金(ENIG)、化学镀/电镀银(即化学镀银或电镀银)或化学镀/电镀锡(即化学镀锡或电镀锡)。这些金属具有优良的可焊性和耐腐蚀性，可以同时作为保护层。一种高导热铝基核心的金属基板的制备方法，步骤如下
(1)用阳极氧化溶液处理铝基板上面，生成氧化铝绝缘层；
(2)在氧化铝绝缘层进行热应力缓冲层加工，采用物理沉积法，镀上缓冲层金属，缓冲层的热膨胀系数与氧化铝的热膨胀系数相一致；
(3)在缓冲层表面采用物理沉积法，镀上第一导电层金属；
(4)在第一导电层表面采用电化学沉积法，镀上第二导电层金属；
(5)在第二导电层表面进行贴膜、蚀刻处理，得到所需线路，然后采用电化学沉积法，镀上可焊层金属。步骤(1)所述阳极氧化溶液包含有机添加剂和无机添加剂，其中有机添加剂为乙酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸、丙三醇、磺基水杨酸或乙二胺四乙酸中的一种或几种，无机添加剂为钇、铈或镧中任意一种或几种金属的盐。这些添加剂使生长出来的氧化铝表面更加致密，绝缘性能和导热性能进一步提高。所述物理沉积法为离子镀、溅射或蒸镀，所述化学沉积法为电镀或化学镀，均为本领域常规技术。在上述制备方法中，首先在氧化铝绝缘层表面进行缓冲层加工，生成一层与氧化铝热膨胀系数相匹配的缓冲层，再通过一定的方法使之实现导电化，接着通过电化学沉积法加厚导电层，最后镀上耐腐蚀和可焊性好的保护层。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
(1)本发明提供的高导热铝基核心的金属基板制备方法，采用的原料均不含重金属，对环境友好，而且原料简单易得，生产工艺稳定，易于操作；
(2)本发明提供方法得到的高导热金属基板，质量轻，散热效率高，使用寿命长，且生产成本较低，符合大规模工业应用的条件；
(3)本发明提供方法得到的高导热金属基板，在300°C下烘烤10分钟，多层金属层之间均没出现剥离现象，性能可靠性极高，完全满足各种元器件的封装要求。
图1.高导热铝基核心的金属基板的结构示意图，1为金属铝基板，2为氧化铝绝缘层，3为缓冲层，4为第一导电层，5为第二导电层，6为可焊层；
图2.铝基板阳极氧化后制得的氧化铝绝缘层；
图3.本发明的高导热铝基核心的金属基板在大功率LED照明中的应用。
具体实施例方式实施例1用草酸体系，加入乙酸、丙三醇有机添加剂和硫酸钇无机添加剂的阳极氧化溶液，对铝基板进行阳极氧化处理，生成10 μ m的氧化铝绝缘层，蒸镀上一层缓冲层一钼和钛合金 300A,然后磁控溅射金属银800A，实现其导电化，再电镀铜40 μ m,加厚导电层，测试导热系数为23W/m ·Κ。接着在金属铜镀层表面进行贴膜，刻蚀处理，得到所需要的线路；最后化学镀银13 μ m,即可获得高导热的铝基核心金属基板。实施例2
用硫酸体系，加入苹果酸、磺基水杨酸、乙二胺四乙酸有机添加剂和硝酸铈、硝酸镧无机添加剂的阳极氧化溶液，对铝基板进行阳极氧化处理，生成100 μ m的氧化铝绝缘层，磁控溅射一层缓冲层——鹤和钛合金500A，然后离子镀上铁镍合金500A，实现其导电化，再电镀铜50 μ m，加厚导电层，测试导热系数为20W/m · K。接着在金属铜镀层表面进行贴膜，刻蚀处理，得到所需要的线路；最后化学镀镍/浸金8 μ m，即可获得高导热的铝基核心金属基板。实施例3
用草酸-磷酸体系，加入乳酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸有机添加剂和硫酸钇、硝酸镧无机添加剂的阳极氧化溶液，对铝基板进行阳极氧化处理，生成35 μ m的氧化铝绝缘层，离子镀上一层500A金属钨缓冲层，然后蒸镀上银铜合金600A，实现其导电化，再电镀银30 μ m, 加厚导电层，测试导热系数为27W/m · K。接着在金属银镀层表面进行贴膜，刻蚀处理，得到所需要的线路；最后化学镀锡10 μ m,即可获得高导热的铝基核心金属基板。以上3个实施例中制备所得高导热的铝基核心金属基板在300°C下烘烤10分钟， 多层金属层之间均没出现剥离现象，性能可靠性极高。
权利要求
1.一种导热铝基核心的金属基板，其特征在于是以金属铝为基板，上表面经处理生成氧化铝绝缘层，氧化铝绝缘层外表面依次镀上缓冲层、第一导电层、第二导电层和可焊层形成。
2.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述金属铝厚度为0.05飞.00mm，氧化铝绝缘层厚度为0. 0Γ2. 00mm，缓冲层厚度为30(Γ800Α，第一导电层厚度为30(Γ800Α，第二导电层厚度为0. 05 1. 00 mm,可焊层厚度为4 20 μ m。
3.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述缓冲层金属为钨、钼、钛或其中任意两种金属的合金。
4.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述第一导电层金属为铜、镍、铁、银、 金、钯或其中任意两种金属的合金。
5.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述第二导电层金属为铜、银、金或其中任意两种金属的合金。
6.根据权利要求1所述的金属基板，其特征在于所述可焊层金属为化学镀镍/浸金、化学镀/电镀银或化学镀/电镀锡。
7.权利要求1所述金属基板的制备方法，其特征在于步骤如下(1)用阳极氧化溶液处理金属铝基板表面，生成氧化铝绝缘层；(2)在氧化铝绝缘层进行热应力缓冲层加工，采用物理沉积法，镀上缓冲层，缓冲层的热膨胀系数与氧化铝的热膨胀系数相一致；(3)在缓冲层表面采用物理沉积法，镀上第一导电层金属；(4)在第一导电层表面采用电化学沉积法，镀上第二导电层金属；(5)在第二导电层表面进行贴膜、蚀刻处理，得到所需线路，然后采用电化学沉积法，镀上可焊层金属。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤(1)所述阳极氧化溶液包含有机添加剂和无机添加剂，其中有机添加剂为乙酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸、丙三醇、磺基水杨酸或乙二胺四乙酸中的一种或几种，无机添加剂为钇、铈或镧中任意一种或几种金属的盐。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述物理沉积法为离子镀、溅射或蒸镀，所述电化学沉积法为电镀或化学镀。
全文摘要
本发明公开了一种导热铝基核心的金属基板及其制备方法，该金属基板是由金属铝基板、氧化铝绝缘层、缓冲层、第一导电层、第二导电层和可焊层依次叠加组成的。制备方法为先用阳极氧化溶液处理铝基板表面，生成氧化铝绝缘层，然后物理沉积法镀上缓冲层、第一导电层，电化学沉积法镀第二导电层，在第二导电层表面进行贴膜、蚀刻处理，得到所需线路，最后电化学沉积法镀上可焊层金属。本发明的金属基板质量轻、散热效率高、使用寿命长，性能可靠性极高，完全满足各种元器件的封装要求，且生产成本较低，符合大规模工业应用的条件。
文档编号H05K3/44GK102256441SQ20111013294
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者崔国峰, 马达明 申请人:中山大学