專利名稱：低溫燒結制備金屬化陶瓷基板方法
技術領域：
本發明屬于電子制造領域，特別涉及一種低溫燒結制備陶瓷散熱基板的方法。
背景技術：
隨著三維封裝技術發展和系統集成度提高，以大功率發光二極管(LED)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、激光器(LD)為代表的功率型器件封裝過程中，散熱材料的選用成為關鍵的技術環節，并直接影響到器件的使用性能與可靠性。以大功率LED器件為例，由于輸入功率的80% -90%轉變成為熱量(只有大約10% -20%轉化為光能)，且LED芯片面積小，器件功率密度很大(大于lOOW/cm2)，因此散熱成為大功率LED封裝必須解決的關鍵問題。如果不能及時將芯片產生的熱量導出并消散，大量熱量將聚集在LED內部，芯片結溫將逐步升高，一方面使LED性能降低(如發光效率降低、波長紅移等)，另一方面將在LED封裝體內產生熱應力，引發一系列可靠性問題(如壽命、色溫變化等)。對于電子封裝而言，散熱基板主要是利用其材料本身具有的高熱導率，將熱量從芯片導出，實現與外界的電互連與熱交換。目前常用的散熱基板主要包括MCPCB (金屬核印刷電路板)、LTCC或HTCC (低溫共燒陶瓷或高溫共燒陶瓷基板)和金屬化陶瓷基板等。但對于功率型電子器件封裝而言，基板除具備基本的布線(電互連)功能外，還要求具有較高的導熱、絕緣、耐熱、耐壓能力與熱匹配性能。因此，常用的MCPCB基板難以滿足功率型器件的封裝散熱要求；而對于LTCC和HTCC基板而言，由于內部金屬線路層采用絲網印刷工藝制成，易產生線路粗糙、對位不精準、收縮比例問題，使用受到很大限制。而金屬化陶瓷基板在導熱、絕緣、耐壓與耐熱等方面性能優良，已成為功率型器件封裝的首選材料，并逐漸得到了市場認可。常用的金屬化陶瓷基板制備方法包括薄膜法、厚膜法、鉬錳法、直接鍵合法(DBC)、 直接電鍍法(DPC)等。其中，薄膜法采用蒸發或濺射工藝在陶瓷基板(Al2O3或AlN)上沉積金屬層，由于金屬層厚度較小，導電載流能力有限；厚膜法是將金屬粉末與玻璃粉壓接在一起，燒結后粘附到陶瓷上，導電性較差，并且由于金屬粉顆粒的直徑較大(平均粒徑大于 10 μ m)，燒結溫度較高(一般大于800°C)；鉬錳法則采取在陶瓷基板上沉積金屬鉬或錳層， 雖然可提高電導率，但由于金屬層厚度較薄(小于25 μ m)，限制了基板的電流通過能力。現有DBC基板制備工藝流程如
圖1所示。DBC基板由陶瓷片和銅層(厚度大于0. Imm)在高溫下共晶燒結而成，最后根據布線要求，以刻蝕方式形成線路。由于銅片具有良好的導電、導熱能力，而氧化鋁能有效控制Cu-Al2O3-Cu復合體的膨脹，使DBC基板具有近似氧化鋁的熱膨脹系數(CTE)，因此，DBC具有導熱性好、絕緣性強、可靠性高等優點。其不足主要體現在兩個方面1)工藝溫度高(1065°C )，氧化鋁與銅層間容易產生微氣孔，影響了產品的合格率與抗熱沖擊性，因此對設備和工藝控制要求較高，生產成本高；2)由于銅層較厚并涉及化學腐蝕工藝，DBC基板上金屬圖形的最小線寬一般大于150 μ m。DPC基板則利用真空鍍膜方式在陶瓷片上濺射銅作為種子層，接著以光刻、顯影、刻蝕工藝完成線路制作，最后再以電鍍/化學鍍方式增加線路厚度，去除光刻膠后完成基板制作。由于DPC工藝溫度僅需300-400°C左右，完全避免了厚膜法、DBC制作過程中高溫對材料破壞或尺寸變形的影響，具有工藝溫度低、成本低、線路精細等優點，非常適合對準精度要求較高的大功率LED封裝要求。但DPC基板也存在一些不足1)電鍍沉積銅層厚度有限，沉積速度慢，且電鍍廢液污染大；2)金屬銅與陶瓷間的結合強度較低，產品應用時可靠性較低。幾種金屬化陶瓷基板制備方法比較如下
權利要求
1.一種低溫燒結制備金屬化陶瓷基板方法，首先將納米金屬粉配制成納米金屬膏；然后通過絲網印刷工藝，將納米金屬膏印刷在陶瓷基板表面形成金屬膏層，最后在 300°C-400°C下燒結，得到單面或雙面含金屬層的陶瓷基板。
2.如權利要求1所述的一種低溫燒結制備金屬化陶瓷基板方法，其特征在于，所述納米金屬粉直徑為Ι-lOOnm，優選值為5-30nm。
3.如權利要求1所述的一種低溫燒結制備金屬化陶瓷基板方法，其特征在于，所述納米金屬粉為納米銅粉或納米銀粉。
4.如權利要求1至3中任一所述的一種低溫燒結制備金屬化陶瓷基板方法，其特征在于，配制納米金屬膏所用材料為3-10Wt%乙基纖維素，l-5wt%三乙醇胺或卵磷脂，余量為松油醇，三者充分混合溶解。
5.如權利要求1至3中任一所述的一種低溫燒結制備金屬化陶瓷基板方法，其特征在于，所述納米金屬膏中金屬粉含量為60-90% Wt0
6.如權利要求1至3中任一所述的一種低溫燒結制備金屬化陶瓷基板方法，其特征在于，所述陶瓷基板為氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹或碳化硅。
7.如權利要求1至3中任一所述的一種低溫燒結制備金屬化陶瓷基板方法，其特征在于，所述金屬膏層厚度為50-500微米，優選值為100-300微米。
全文摘要
本發明提供了一種低溫燒結制備金屬化陶瓷基板的方法。首先將納米金屬粉與有機物混合均勻，得到納米金屬膏；然后通過絲網印刷工藝，將納米金屬膏印刷在陶瓷基板表面形成金屬膏層，最后在一定的溫度和氣氛環境下燒結，得到單面或雙面帶金屬層的金屬化陶瓷基板。由于納米尺度效應，可以在較低溫度下燒結實現金屬-陶瓷間高強度鍵合。與現有厚膜法(金屬顆粒直徑為微米級)和DBC(直接鍵合銅-陶瓷基板)工藝相比，本方法工藝溫度低，基板性能高(附著力大、熱應力小)，特別適合于批量制備金屬化陶瓷基板。
文檔編號C04B41/88GK102503579SQ20111031012
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者陳明祥 申請人:華中科技大學