一种兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板及制造方法与流程

本发明属于电子封装关键零部件制造，具体涉及一种兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板及制造方法。

背景技术：

1、随着现代电子产品的快速发展，电子元器件作为产品的基本组成部分，起到了连接和控制电路的重要作用。为了使电子元器件能够正常工作并保护其内部结构，封装技术应运而生。电子元器件的封装技术不仅将其芯片和引脚等关键零部件进行保护，以提高元器件的可靠性和稳定性，同时也方便在电路板上进行焊接和布局。传统的封装技术如直插式封装和表面贴装技术在早期被广泛使用，而随着技术的发展，封装技术也在不断革新。

2、电子用封装部件包括结构基板和绝缘衬板两个层次，这两个层次要通过将已经封装好的绝缘陶瓷衬板焊接在基板上的工艺才能完成封装。在封装材料方面，陶瓷封装材料因其耐湿性好、机械强度高、热膨胀系数小和热导率高等优点而被广泛应用。在封装中，常用氧化铝、氮化铝或氮化硅作为陶瓷衬板，陶瓷衬板制成工程复杂，能耗高，尤其焊接成本高，控制可靠性的工艺繁杂，过多的工序和封装界面将影响封装的热通道性能，并使可靠性出现风险。铝基复合材料基板(包括铝碳化硅、铝硅、铝金刚石、铝石墨等)具有热导率高、膨胀系数匹配的特点，可以直接用来封装芯片，但铝基复合材料基板均为导体，由于其导电性，无法直接用于需要绝缘的封装环境。因此，电子封装技术的发展还需要在材料选择和工艺优化上不断探索和创新。

3、针对现有的铝基复合材料基板作为封装材料时，无法直接用于需要绝缘的封装环境的技术问题，需要对其进行改性研究，找到一种同时具备绝缘层和金属层的金属基复合材料一体式基板。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板及制造方法，以解决现有的铝基复合材料基板作为封装材料时，无法直接用于需要绝缘的封装环境的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板的制造方法，包括以下步骤：

4、1)在铝基复合材料基板表面涂刷10～100μm的介质浆料，在450～520℃烧结5～15min后，形成绝缘层，得到带绝缘层的铝基复合材料基板；

5、2)在步骤1)得到的带绝缘层的铝基复合材料基板表面结合金属基层，形成基础导电层；

6、3)在步骤2)形成的基础导电层上结合金属箔，经电路蚀刻，得到兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板。

7、优选地，步骤1)中，介质浆料中包括：玻璃粉、介质填料、粘接剂、溶剂、分散剂、消泡剂、触变剂、流平剂和调色剂。

8、进一步优选地，玻璃粉的制备方法包括：

9、11)先将三氧化二硼、氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锰、氧化钙、氧化镁、三氧化二锑和二氧化二钇混合，得到混合料；

10、12)再将混合料加热熔融得到玻璃液；

11、13)对玻璃液进行水淬得到玻璃粉；

12、14)对玻璃粉进行微晶化处理，得到低熔点电子浆料用玻璃粉。

13、进一步优选地，步骤11)中，混合料中包括：1％～5％的三氧化二硼、3％～5％的氧化锆、10％～15％的二氧化硅、55％～59％的三氧化二铝、1％～3％的二氧化锰、16％～19％的氧化钙、1％～5％的氧化镁、1％～2％的三氧化二锑和1％～2％的二氧化二钇；

14、步骤12)中，加热熔融的温度为350～520℃；时间为30～180min；

15、步骤14)中，低熔点电子浆料用玻璃粉的粒径小于5μm。

16、进一步优选地，介质填料为氮化铝、氧化镁和氧化银中的一种或多种；当采用氮化铝、氧化镁和氧化银作为介质填料时，其质量百分比依次为20％-50％，20％-50％和0-60％；

17、粘接剂为聚脂树脂和羟乙基纤维素树脂中的一种或两种；当选用聚脂树脂和羟乙基纤维素树脂混合作为粘接剂，其质量百分比依次为80％-95％和5％-20％；

18、溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、柠檬酸三丁脂和二价酸脂中的一种或几种；当选用丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、柠檬酸三丁脂和二价酸脂作为溶剂；其质量百分比依次为65％-80％，5％-10％和10％-40％；

19、调色剂为绿色油墨。

20、优选地，步骤1)中，铝基复合材料基板为以铝为基体，以碳化硅、金刚石、石墨或硅为增强体的金属基复合材料基板；包括：铝碳化硅、铝硅、铝金刚石或铝石墨；铝基复合材料基板通过粉末冶金、3d打印、搅拌沉积、喷射沉积等方法制造。

21、优选地，步骤2)中，通过印制、化学沉积在带绝缘层的铝基复合材料基板表面印刷烧结银、铝或铜；通过磁控溅射在带绝缘层的铝基复合材料基板表面溅射银、铝、铜或钛。

22、优选地，金属基层的厚度为2～20μm。

23、优选地，步骤3)中，通过焊接或烧结在基础导电层上结合金属箔；焊接温度为320-420℃，焊接时间为10-25min；金属箔为铜箔或铝箔。

24、本发明还公开了上述制造方法制得的兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板，包括金属基复合材料基板，以及依次结合在金属基复合材料基板上的绝缘层和电路层。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、本发明公开了一种兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板的制造方法，铝基复合材料封装基板具有导热性好、膨胀率低、力学强度优异的特点，但仍要复合上陶瓷覆铜板才能与芯片连接，其主要问题在于金属基复合材料属于导体，无法直接连接芯片。本发明通过在铝基复合材料基板表面涂刷介质浆料，经烧结后，得到带绝缘层的铝基复合材料基板；使用介质浆料作为绝缘层，介质浆料在一定温度形成玻璃相，永久性地固定在基板上，牢固可靠，绝缘性好，其厚度一般为10-100μm，相比陶瓷基板(其厚度约为0.5-1mm)，具有热通道短捷，施工方便，成本低的显著优势。在带绝缘层的铝基复合材料基板表面涂刷导电浆料，经烧结后，在带绝缘层的铝基复合材料基板表面形成基础导电层；在形成的基础导电层上结合金属箔，经电路蚀刻，得到兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板；这种方法制造的带有绝缘层和电路层的铝基复合材料基板，不再需要陶瓷覆铜板作为绝缘层和电路层，其热膨胀系数与芯片相匹配，热通道超薄简捷，可以直接用于电子封装的电路制造，省去了模块厂家要将陶瓷焊接在基板上的步骤，在igbt、大功率led的cob封装和混合电路制造等领域很有潜力替代现有的基板、陶瓷衬板分开制造再焊接成一体的工艺方法，节省时间，降低成本，且具有更强的导热性能。本发明采用成熟稳定的厚膜绝缘工艺，通过分步骤、一次性将绝缘层和金属箔电路层集合在铝基复合材料基板上，方便快捷的形成基板和衬板的一体化设计，是一种能够降低热阻，提高导热性和可靠性的制备方法，综合了金属基复合材料基板高导热、低膨胀的技术特点，绝缘层轻薄可靠，热阻小，制备出一体式的、直接封装的优异性能电子封装基板，应用于各种电子电路的封装，可以同时解决绝缘层与电路层铝基复合材料基板的大规模应用问题。得到的兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板可以直接应用于电子封装的工序中，并且省略了封装中先将芯片焊接在陶瓷覆铜板上，再将陶瓷覆铜板焊接在基板上的步骤，可以大幅减少封装工序，降低封装成本，并且提高电子封装的导热性能。各步骤可以采用完全自动化生产，有利于降低封装成本，提高封装的稳定性，相比于陶瓷衬板的制造过程，成本大幅降低。

27、进一步地，通过调节介质浆料和电路层的工艺对复合基板的性能(绝缘层厚度、热导率、电路层材质、厚度等)进行设计，以满足不同领域对封装性能的要求。

28、进一步地，通过采用印制、烧结介质浆料作为绝缘层，焊接或电镀金属箔作为电路层，成功制备出同时具备绝缘层和电路层的一体式铝基复合材料基板，其绝缘性能达到电子封装的要求，并完全满足芯片焊接工序的工艺条件。

29、进一步地，使用介质浆料作为绝缘层，介质浆料在一定温度形成玻璃相，永久性地固定在基板上，牢固可靠，绝缘性好，其厚度一般为10-100μm，相比陶瓷基板(其厚度约为0.5-1mm)，具有热通道短捷，施工方便，成本低的显著优势。

30、本发明还公开了上述制造方法制得的兼具绝缘层和电路层的铝基复合材料基板，包括金属基复合材料基板，以及依次结合在金属基复合材料基板上的绝缘层和电路层；绝缘层保证了电路层与金属基板之间的良好隔离，有效防止电流泄漏和电气短路，从而提高了电子设备的安全性和可靠性。同时，电路层的设计使得电流传输更加稳定和高效，有助于提升整体电气系统的性能。铝基复合材料基板本身具有优异的机械强度和稳定性。与传统的基板材料相比，它更能抵抗外界环境的物理冲击和振动，从而保护电路层免受损坏。这种稳固的机械基础为电子设备提供了更长的使用寿命和更低的维护成本。通过一次性在铝基复合材料基板上形成绝缘层和电路层，减少了生产步骤和材料浪费，从而降低了生产成本。这种高效的生产工艺使得该基板在市场竞争中具有显著优势。