[发明专利]一种用于大功率LED封装的绝缘金属基板的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种具有优良导热性能的绝缘金属基板的制备方法，及根据上述方法制备的绝缘金属基板，可用作大功率LED芯片的封装基板。属于电子封装技术领域。

背景技术：

随着电子工业的飞速发展，电子产品的体积越来越小，功率密度却越来越大，使得电子元器件的发热量节节攀升。在LED芯片耗散的能量当中，只有小部分(＜20％)转化成光，大部分(＞80％)变成热。如果不及时将芯片发出的热量导出并消散，大量的热量将积聚在LED内部，芯片的结温将严重升高，发光效率将急剧下降，可靠性(如寿命、色移等)将降低。同时高温高热将使LED封装结构内部产生机械应力，引发一系列的质量问题。因此导热材料的开发以及散热结构的设计，就成为当今电子工业设计的一个巨大挑战，而绝缘金属基板无疑是解决散热问题的有效手段之一。

传统的绝缘金属基板由三层结构所组成，分别是导电层(金属化层)、绝缘层和金属基层。绝缘层则是其中最核心的技术，主要起到粘接、绝缘和导热的功能。绝缘层是功率模块结构中最大的导热屏障，它的热传导性能越好，越有利于器件运行时所产生热量的扩散，也就越有利于降低器件的运行温度，从而达到提高模块的功率负荷，减小体积，延长寿命，提高功率输出等目的。

根据绝缘层制备方法的不同，目前绝缘金属基板的制备技术主要有三种：1，用浸有环氧树脂的玻璃纤维布将铜箔和金属铝板粘接在一起，经过热处理之后环氧树脂固化，制得绝缘金属基板。其中浸有环氧树脂的玻璃纤维布起到绝缘层的作用，导热系数不及0.3W/m.K。2，以美国Bergquist的产品为典型，是在环氧树脂或硅树脂中加入氮化物系、碳化物系的导热陶瓷填料，用以粘结铜箔和金属铝板。制得的绝缘金属基板具有良好的电绝缘性和机械性能，但其导热系数也只是在0.8～2.2W/m.K之间。3，采用阳极氧化或者微弧氧化的工艺，在金属铝板的表面生长出一层氧化铝薄膜，以这层薄膜为绝缘层，在其上覆盖导电层后即可制得绝缘金属基板。该工艺的主要问题是这种氧化工艺在铝的表面不可避免地形成了相当多的微孔层并带来大量缺陷，这些微孔不仅影响了绝缘层的导热性，而且使得导电层不能良好地附着在绝缘层上。

发明内容：

本发明的目的是通过使用一种新型的绝缘层制备工艺，开发出具有良好导热性与绝缘性的、适用于大功率LED封装的金属基板。通过分析以环氧树脂、复合材料、氧化物陶瓷为绝缘层的传统绝缘金属基板制备工艺，充分考虑了环氧树脂的成型工艺便易性、复合材料的结构成分可设计性以及陶瓷材料绝缘与导热的统一性，结合已在大功率电子封装中成熟应用的低温共烧陶瓷技术(LTCC)，制备出了以陶瓷微粒增强的陶瓷基复合材料薄膜为绝缘层的金属基板。

本发明的设计方案是：先用机械或化学的方法除去工件表面的油污和杂质，烘干后得到清洁平整的工件表面。采用浸涂或喷涂的方法将配制好的聚合物先驱体浆料涂装在工件表面，放入100℃～900℃的热处理炉中处理3～6个小时后，得到具有陶瓷绝缘层的金属基板。采用掩膜光刻的方法在陶瓷绝缘层上形成所要求的电路图形，再利用溅射、蒸镀、化学镀等工艺在陶瓷绝缘层的表面覆盖导电层，从而得到该种绝缘金属基板。这种绝缘金属基板的绝缘层是以液态的聚合物先驱体浆料的形式涂敷在金属基板表面，浆料中的活性物质能够与金属基板表面发生界面化反应，因此可以做到紧密结合，最大限度地降低了热阻，在保证绝缘性的同时，改善了导热性，导热系数达到150W/m.K以上，而且在后期的机械加工和回流焊热处理过程中具有良好的机械加工性能和耐热冲击性能。