[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101232774A [43]公开日2008年7月30日
[21]申请号200710019440.1[22]申请日2007.01.24
[21]申请号200710019440.1
[71]申请人南京汉德森科技股份有限公司
地址211100江苏省南京市江宁科学园科建路66
6号
[72]发明人孙建国 梁秉文 李健 [74]专利代理机构南京苏科专利代理有限责任公司代理人陈忠辉 姚姣阳
[51]Int.CI.H05K 1/03 (2006.01)H05K 7/20 (2006.01)H05K 1/09 (2006.01)
H05K 3/00 (2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 2 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明涉及一种高热导率陶瓷基印刷电路板，
包括底层、中间绝缘层和表面导电层，导电层上分
布有导电线路，底层是高热导率的氮化铝陶瓷层，
中间绝缘层为高导热的环氧玻纤布粘结片或者高导
热环氧树脂聚合物。其制作工艺：①选用环氧树脂
覆铜薄，采用机械、超声波或化学方法对表面进行
预处理，去油污、毛刺、杂质后形成清洁平整的绝
缘层；②采用气相淀积法表面陶瓷化的方法，在预
处理后的绝缘层表面加工制作散热陶瓷层；③在绝
缘层的外面进一步覆盖导电层，进而在导电层上面
蚀刻制作导电线路。本发明印刷电路板具有良好的
导热性能、电气绝缘性能和机械加工性能，适用于
大功率LED发光二极管器件电路、厚膜混合集成电
路等。
200710019440.1权 利 要 求 书第1/1页 1.高热导率陶瓷基印刷电路板，包括底层、中间绝缘层和表面导电层，导电层上分布有导电线路，其特征在于：所述底层是高热导率的氮化铝陶瓷层，中间绝缘层为高导热的环氧玻纤布粘结片或者高导热环氧树脂聚合物。
2.根据权利要求1所述的高热导率陶瓷基印刷电路板，其特征在于：所述陶瓷层的厚度为10～1000um，其粉末的颗粒大小为10～200nm，其绝缘电阻≥100MΩ。
3.根据权利要求1所述的高热导率陶瓷基印刷电路板，其特征在于：所述导电层的材料是铜、金、银或钯，导电层的局部还涂有铟金合金或者金锡合金。
4.根据权利要求1所述的高热导率陶瓷基印刷电路板，其特征在于：所述高热导率陶瓷基印刷电路板为双面板，在高热导率陶瓷层的下面也有导电层。
5.权利要求1所述的高热导率陶瓷基印刷电路板的制作方法，其特征在于：包括以下步骤——
①选用环氧树脂覆铜薄，采用机械、超声波或者化学方法对板材表面进行预处理，去油污、毛刺，杂质，形成清洁平整的绝缘层；
②采用气相淀积表面陶瓷化的方法在预处理后的绝缘层表面制作陶瓷层：用高能量密度的激光束、离子束作为热源，辅助和诱导气相反应制备薄膜材料，用气流吹送陶瓷粉末，向电路板高速喷射，利用与电路板的撞击而形成膜，表面形成强化陶瓷薄膜，然后对陶瓷薄膜进行封闭气相淀积处理，经烘干后获得高热导率陶瓷层；
③在绝缘层的外面全部覆盖导电层，再在导电层上面蚀刻制作导电线路；或者在绝缘层的外面局部涂覆防护膜，再通过溅射或蒸镀、电镀的方法制作导电线路。
200710019440.1说 明 书第1/8页高热导率陶瓷基印刷电路板及其制作方法
技术领域
本发明涉及印刷电路板，尤其涉及一种高热导率陶瓷基印刷电路板及其制作方法，属于印刷电路板技术领域。
背景技术
在封装技术的发展中，功能提升及缩小化造成发热密度越来越高，一些L E D产品只靠封装设计已无法散去足够的热，必须藉由P C B的设计来加强散热功能。目前，大功率半导体发光二极管(LED)照明光源主要应用于金属铝材料为基材的印刷电路板，首当其冲的是选用金属铝基的印刷电路板作为LED的载体，
铝基板一方面起固定作用，另一方面起散热作用，LED正常工作时产生的热量首先通过铝基印刷电路板导出。对于运用传统加工工艺制造的金属铝基印刷电路板，在上导电层与底层铝基板之间承担电气绝缘的导热绝缘层，其热传导率比较低，如：树脂的导热率一般为0.3w/mk，而玻璃纤维的导热率也不足1w/mk，因此，铝基印刷电路板限制了大功率半导体发光二极管用作照明光源时其优越性能的发挥。 随着LED科学研究的不断发展和芯片工艺生产水平的不断提升，大功率LED封装技术日臻成熟，发光效率得以大大提高，其应用领域不断拓展。但是，LED发光将电能转变为光能的过程中，由于有电阻和辐射复合，LED 会产生大量的热。如果，大功率LED用于特种灯具，或用于恶劣环境使用的灯具，这些灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上，如果外壳为非金属(如塑胶)材料，尽管L E D连接上了铝基板(M C P C B)，但铝基板上的热量如果不能被有效地传导至外壳表面，则聚集的热量会使铝基板的温度急剧上升，导致温度过高，增加了LED失效的可能性，造成LED光衰加剧、
寿命缩短。因此，如何选择印刷电路板材料及散热研究已成为目前基板设计的一大挑战。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高热导率陶瓷基印刷电路板及其制作方法，旨在有效解决印刷电路板的散热问题，明显改善导热性能、电气绝缘性能和机械加工性能。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
高热导率陶瓷基印刷电路板，包括底层、中间绝缘层和表面导电层，导电层上分布有导电线路，其特征在于：所述底层是高热导率的氮化铝陶瓷层，中间绝缘层为高导热的环氧玻纤布粘结片或者高导热环氧树脂聚合物。
进一步地，上述的高热导率陶瓷基印刷电路板，其中，所述陶瓷层的厚度为10～1000u m，陶瓷粉末的颗粒大小为10～200n m，其绝缘电阻≥100MΩ。
更进一步地，上述的高热导率陶瓷基印刷电路板，其中，所述导电层的材料是铜、金、银或钯，导电层的局部还涂有铟金合金或者金锡合金。 更进一步地，上述的高热导率陶瓷基印刷电路板，其中，所述高热导率陶瓷基印刷电路板为双面板，在高热导率陶瓷层的下面也有导电层。 再进一步地，上述的高热导率陶瓷基印刷电路板的制作方法，其特征在于：包括以下步骤——
①选用环氧树脂覆铜薄，采用机械、超声波或者化学方法对板材表面进行预处理，去油污、毛刺，杂质，形成清洁平整的绝缘层；
②采用气相淀积表面陶瓷化的方法在预处理后的绝缘层表面制作陶瓷层：用高能量密度的激光束、离子束作为热源，辅助和诱导气相反应制备薄膜材料，用气流吹送陶瓷粉末，向电路板高速喷射，利用与电路板的撞击而形成膜，表面形成强化陶瓷薄膜，然后对陶瓷薄膜进行封闭气相淀
积处理，经烘干后获得高热导率陶瓷层；
③在绝缘层的外面全部覆盖导电层，再在导电层上面蚀刻制作导电线路；或者在绝缘层的外面局部涂覆防护膜，再通过溅射或蒸镀的方法直接制作导电线路。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在： (1)本发明在玻璃纤维布粘结片或者环氧树脂聚合物表面生成陶瓷薄膜层，采用气相淀积法，工艺稳定可靠，主要反应在常温下进行，原材料符合环保要求；
(2)高热导率陶瓷基印刷电路板的热膨胀率小，具有优异的散热性能，其散热效果卓越；在陶瓷膜厚度100μm时，板的原材料厚度方向的热膨胀系数差异小，受热基材膨胀变化差异小，避免铜线路和金属化孔间断裂而造成破坏；另外，氮化铝陶瓷薄膜的热阻较低，具有良好的散热特性；
(3)防静电性能较好，在陶瓷膜厚度100μm时，表面绝缘电阻可达100MΩ，为静电耗散材料，能够有效扩散静电，防止静电击穿电器元件；
(4)高热导率陶瓷基板具有高机械强度和韧性，在高热导率陶瓷基板上可实现大面积的印制板的制造，与玻璃纤维布粘结片或者环氧树脂聚合物结合牢固，能够有效地克服导电层、绝缘层、基板之间因不同膨胀系数而引起的应力效应，可承受钻孔、冲剪、切割、蚀刻等加工；
(5)电磁屏蔽性能良好，高热导率陶瓷基板可充当屏蔽板，起到屏蔽电磁波的作用，可用于制造较大面积的线路板，在改善电子兼容性方面具有较广阔的应用前景；
(6)高热导率陶瓷基印刷电路板可适用于有特殊要求的电路，如：大功率L E D发光二极管器件电路、厚膜混合集成电路、多晶片模块(multichip module)、陶瓷基片难以胜任的大规模基片、使用普通散热器不能解决可靠性的电路等。
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