[发明专利]一种金属陶瓷复合基板及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高导热复合陶瓷基板，属于电子封装材料领域。

背景技术

散热基板是电子封装中的重要基础支撑部件，目前常用的散热基板材料包括PCB、硅、金属(如铝，铜)、陶瓷(如Al₂O₃，AlN，SiC)和复合材料等。传统使用的PCB板封装基座的热导率仅约为0.36W/mK，已经远远不能满足大功率电子封装基板的散热要求。由于硅材料基板有加工困难、成本高的缺点，也很难满足大功率电子封装基板要求。单一金属材料（主要是Al、Cu）基板由于其热膨胀系数与芯片不匹配，比如铝基板热膨胀系数是LED芯片热膨胀系数的5倍之多，这将使得大功率LED工作时，金属基板与LED芯片的热应力太大，容易引起芯片断裂失效，单一材料基板很多场合下无法满足封装的需求。陶瓷基板是一种理想的基板材料，其热膨胀系数与硅芯片相匹配且具有较高的热导率，随着微电子技术的不断发展，大功率模块电路集成度不断提高以及大功率LED的发展，陶瓷基板的市场需求越来越大。但高温烧结的陶瓷材料烧结困难、成本高；低温烧结氧化铝陶瓷热导率较低。

专利CN201110083293.0 采用高压熔渗法在750-1100℃、 20-50MPa下将熔融铝合金填充多孔陶瓷坯体和模腔,凝固后得到选择性增强的铝基复合材料，该方法制备的高导热复合材料由于工艺复杂、压铸或压渗工艺效率低，成本难以被工业界接受。专利CN201410755066.1提供了一种高SiC含量的电子封装用SiC／Al 复合材料的制备方法，该方法将SiC粉与Al粉混合，采用热压成型及半固态触变处理工艺，虽然显著改善了生产效率，可以批量生产，但半固态触变处理工艺复杂，且陶瓷相在基板内连接不连续Al金属相与SiC相发生分离在基板内分布不均匀，其热膨胀性能没有体现出陶瓷基板的优势。

发明内容

本发明目的在于提供一种金属陶瓷复合基板解决目前散热基板热匹配性不足或成本很难满足大功率电子封装基板要求等问题。

为了实现上述目的，采用如下的技术方案：一种金属陶瓷复合基板，由陶瓷、玻璃和金属三相组成，所述陶瓷相和所述玻璃相均匀混合分布构成陶瓷基体；所述金属相为金属纤维熔融或半熔融后形成；所述金属相互相熔接在一起，在所述陶瓷基体内形成相互连接贯通的三维网络散热通道。

进一步的，所述金属陶瓷复合基板由体积百分比30~50%的陶瓷粉体、30~40%的低温玻璃烧结助剂和10~40%的金属纤维原料混合后烧结制备。

进一步的，所述陶瓷的粉体为氧化铝陶瓷、堇青石陶瓷、多元电子陶瓷中的一种或多种。

进一步的，所述金属纤维为高导热金属纤维，直径为1~20μm，长径比为5~25。如果太短形不成三维网络，太长则混料困难。

进一步的，所述金属纤维为铝及其合金纤维的一种或多种。这类金属纤维高导热且熔点相对比较低，低温烧结时易处于熔融与半熔融的状态。

进一步的，所述金属纤维为铜及其合金纤维的一种或多种。这类金属纤维高导热且熔点相对比较低，低温烧结时易处于熔融与半熔融的状态。

进一步的，所述玻璃烧结助剂为ZnO-B₂O₃-SiO₂系低熔点玻璃。

本发明的另一目的是提供了一种金属陶瓷复合基板的制备工艺，以解决目前国内散热基板压铸或压渗工艺效率低、金属与陶瓷润湿困难、金属相在基板内连接不连续等问题。

为了实现上述目的，采用如下的技术方案：一种金属陶瓷复合基板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别称取的陶瓷粉体30~50份、低温玻璃烧结助剂30~40份和金属纤维10~40份，充分混合均匀成混合粉体；

步骤二，将步骤一所得混合粉体按照如下的质量比例与其他添加剂混合、球磨以配制水基浆料：

水：12% ~ 15%，

混合粉体：50% ~ 70%，

粘结剂：9% ~ 30%，

增塑剂：5% ~ 6%，

分散剂：0.5% ~ 1%，

消泡剂：0.01% ~ 0.1%，

成膜助剂：0.05% ~ 0.5%；

步骤三，将步骤二所得水基浆料真空脱泡处理；

步骤四，将步骤三所得浆料在流延机上流延成型；形成0.5~3mm 厚的陶瓷生带；

步骤五，将陶瓷生带按照要求切成一定大小，送入窑炉加热排胶，升温至500℃，保持1h，排胶后得到陶瓷坯片；