CN202931664U - 超高导热双面铝基线路板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种超高导热双面铝基线路板，包括铝基板材、在铝基板材上开设的用于将所述铝基板材上下两面相连通的导电孔、及所述铝基板材上下两面和所述导电孔孔壁通过氧化方法处理的用于绝缘导热的氧化铝层、附着在所述氧化铝层表面的DLC涂层和金属Cu涂层。本实用新型的双面铝基线路板不仅综合导热性能优异而且表面绝缘导热层不含高分子材料，阻燃性能和抗老化性能优异，且本实用新型的表面绝缘层与导电孔的孔壁表面绝缘层是所含物质相同、结构一体的绝缘导热整体，不需要填孔和化学沉铜的方法，工艺较简单，成品率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有超高导热性能的双面铝基线路板，属于电子技术领域。
背景技术
当前双面铝基板工艺还只是处在理论阶段，极少有真正能实现双面铝基线路板加工工艺的产品成功应用，而理论上的双面铝基板因热传导的局限性并没有真正实现双面铝基板设计之目的。
理论上的传统双面铝基板生产的关键工艺是塞孔处理，从而达到绝缘的目的。即：PCB（中文名称为印制电路板，是采用电子印刷术制作的印制电路板）成品要求的导电孔，需要一次钻孔，绝缘材料填孔，最后在填孔材料上二次钻孔。目前的填孔材料极易产生缺陷，如填孔空洞导致的短路、热冲击时的金属层剥离等，且工艺复杂。
传统压合工艺生产的双面铝基线路板虽然导热能力稍优于FR-4覆铜板（环氧树脂覆铜板中的一种），但因介质因素仍未达到大功率发热半导体的封装要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述的技术问题，提供一种具有超高导热性能的双面铝基线路板，应用在大功率LED器件或模组等需要超高导热的领域，在满足电器绝缘要求的同时提高基板的导热散热能力。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
一种超高导热双面铝基线路板，包括铝基板材、在铝基板材上开设的用于将所述铝基板材上下两面相连通的导电孔、及所述铝基板材上下两面和所述导电孔孔壁通过氧化方法处理的用于绝缘导热的氧化铝层、和按序附着在所述氧化铝层表面的PVD复合涂层及通过PVD方法制备的用于制作导电线路的Cu涂层，所述PVD复合涂层至少包括通过PVD方法制备的用于绝缘导热的DLC涂层。
优选的，所述PVD复合涂层还包括起过渡作用的第一Si涂层、第二Si涂层，所述PVD复合涂层的涂层结构顺序是：第一Si涂层—DLC涂层—第二Si涂层。
优选的，为了能更好的起到过渡作用，所述PVD复合涂层与Cu涂层之间还设有一第三过渡涂层。所述第三过渡涂层可以为Ti涂层或Cr涂层或Ni涂层中的任意一种。
优选的，所述第一Si涂层的厚度为100nm-500nm；所述DLC涂层的厚度为0.5um-5um；所述第二Si涂层的厚度为100nm-500nm；所述第三过渡涂层的厚度为100nm-500nm；所述线路Cu涂层的厚度为5um。
优选的，为了达到导电或其他工艺方面的要求，所述Cu涂层的表面还设有通过电镀方法制备得到的加厚铜层。
优选的，所述Cu涂层上设有防焊和保护作用的阻焊层，或/及起保护作用的表面处理层。当超高导热双面铝基线路板包括加厚铜层时，所述加厚铜层上设有防焊和保护作用的阻焊层，或/及起保护作用的表面处理层。
本实用新型的有益效果主要体现在：
（1）铝基线路板表面绝缘导热层主要为氧化铝层和DLC涂层，不含高分子材料，阻燃性能和抗老化性能优异。
（2）铝基线路板表面绝缘层与导电孔的孔壁表面绝缘层是所含物质相同、结构一体的绝缘导热体整体，不同于现有PCB加工工艺，即不需要填孔和化学沉铜的方法，工艺较简单，成品率高。
（3）与传统压合工艺生产的双面铝基线路板相比，本实用新型线路板的综合导热性能优异，相同截面的铜涂层有更高的载流能力，整个线路板温度扩散均匀。
附图说明
图1为本实用新型优选实施例的PVD复合涂层结构示意图。
图2为本实用新型优选实施例的双面铝基线路板的结构示意图。
其中：
| 11 | 铝基板材 | 12 | 氧化铝层 | 13 | PVD复合涂层 |
| 14 | 阻焊层 | 15 | 表面处理层 | 16 | 导电孔 |
| 21 | 已氧化铝基板材 | 22 | 第一Si涂层 | 23 | DLC涂层 |
| 24 | 第二Si涂层 | 25 | 第三过渡涂层 | 26 | Cu涂层 |
具体实施方式
各种涂层技术不断发展，为工业制造及人们的日常生活带来许多进步和便利。依托涂层技术，可以使产品或零部件获得更好的表面性能，从而弥补材料本身所不具有的某些特性。类金刚石涂层(Diamond-like Carbon)，或简称DLC涂层是含有金刚石结构（sp3键）和石墨结构（sp2键）的亚稳非晶态物质。
涂层技术中，物理气相沉积是指通过蒸发、电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面，简称PVD。目前常用的PVD镀膜技术主要分为三类，为真空蒸发镀膜技术、真空溅射镀膜技术和真空离子束镀膜技术。其中，真空磁控溅射镀膜技术是用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基板上。真空离子束镀膜技术是指在真空环境下被引入的气体在离子束的电磁场共同作用下被离子化；被离子化的离子在离子束和基片之间的电场作用下被加速，并以高能粒子的形式轰击或沉积在基片上；被引入的气体根据工艺的需要，可能为Ar，H2或C2H2等，从而完成离子刻蚀清洗和离子束沉积等工艺。但是对于不同能量的选择和不同的制备工艺，所制备的产品就能得到不同的性能。
如图2所示，本实用新型揭示了一种优选的超高导热双面铝基线路板，包括铝基板材11、在铝基板材11上开设的用于将铝基板材11上下两面相连通的导电孔16、及铝基板材11上下两面和导电孔16孔壁通过氧化方法处理的用于绝缘导热的氧化铝层12、和附着在所述氧化铝层12表面的PVD复合涂层13、还有PVD复合涂层13上的第三过渡涂层25及Cu涂层26。
如图1所示，覆在已氧化铝基板材21表面的PVD复合涂层13至少包括通过PVD方法镀膜的用于绝缘导热的DLC涂层23。
当然，为了达到更好的过渡作用，PVD复合涂层13还可以包括第一Si涂层22、第二Si涂层24，本实施例的PVD复合涂层的涂层结构顺序是：第一Si涂层—DLC涂层—第二Si涂层。
本实用新型PVD复合涂层13的表面之上设有起过渡作用的第三过渡涂层25、及起导电作用的Cu涂层26和\或加厚Cu层（图中未示出），本实施例的第三过渡涂层25一般采用Ti或Cr或Ni涂层的任意一种，其涂层结构顺序是：Ti或Cr或Ni涂层—Cu涂层—加厚Cu层；或者是Ti或Cr或Ni涂层—Cu涂层。
下面详细介绍本实用新型的金属基线路板的制备方法：
步骤一，铝基板材清洗，用超声波设备清洗铝基板材11，并烘干；
步骤二，钻导电孔16，根据产品设计的要求，对步骤一清洗完成的铝基板材钻孔处理；
步骤三，阳极氧化铝基板材，将步骤二钻孔后的铝基板材11放入温度70℃的40g/L-100g/L氢氧化钠溶液中碱蚀1min-3min，再用10%硝酸中和；然后将铝基板材11放入温度在10℃-30℃的10g/L-40g/L酸液中进行阳极氧化，所述酸液为硫酸和草酸的混合溶液，其中草酸溶质含量为总溶质的70%-100%，电流密度为1A/dm2-5A/dm2，氧化时长30min-120min；氧化结束后用高温水封孔10min-30min即得到氧化铝层12；当然，氧化铝层12也可采用微弧氧化技术长成，氧化铝层12的厚度一般为14-60μm。
步骤四，PVD复合涂层的沉积步骤，包括PVD预处理步骤和DLC涂层沉积步骤，为了提高相邻两层之间的结合力，PVD复合涂层沉积步骤还可以包括如第一Si涂层和第二Si涂层沉积步骤，具体为：
⑴PVD预处理步骤，将经过步骤三氧化后的铝基板材11夹于真空镀膜室中，调节真空度高于5.0×10-4Pa，向真空镀膜室内通入纯度为99.999%的氩气，流量10-100sccm，并保持真空镀膜室内的工艺真空度为0.1-5Pa，开启离子束电源，使用离子束对引入的氩气进行离化并轰击铝基板材11，离子束的电压为1000-3000V，轰击时间10-30分钟；
⑵第一Si涂层沉积，当所述PVD预处理步骤结束后，向真空镀膜室内通入气流量50-70sccm、纯度为99.999%的氩气，并保持真空镀膜室内的工艺真空度为0.1-5Pa，开启带有Si靶溅射电源,使用非平衡磁控溅射阴极对经PVD预处理的铝基板材11进行Si镀膜，所述非平衡磁控溅射阴极上施加直流电压为300-700V，沉积时间为5-20分钟，第一Si涂层22的厚度为100-500nm；
⑶DLC涂层沉积，向真空镀膜室内通入气流量300-500sccm、纯度为98%的乙炔气体，并保持真空镀膜室内的工艺真空度为0.1-5Pa，开启离子束电源，使用离子束对经过所述第一Si涂层沉积的铝基板材11进行DLC的镀膜，开启离子束电源，电压控制在800-2000V，并同时开启偏压电源，射频偏压的频率为13.56MHz，功率为50-500W，沉积时间为120-160分钟，DLC涂层23的厚度为0.5-5μm，该DLC涂层23导热系数为800-2000W/mK，超越了现有的绝缘材料，甚至银和铜，DLC涂层23的重要作用是横向导热，使热量快速扩散，整个线路板温度均匀，特别适合半导体点热源的散热；
⑷第二Si涂层沉积，当所述DLC涂层沉积步骤结束后，向真空镀膜室内通入气流量50-70sccm、纯度为99.999%的氩气，使用非平衡磁控溅射阴极对经过所述DLC涂层沉积的铝基板材进行Si镀膜，所述非平衡磁控溅射阴极上施加直流电压为300-700V，沉积时间为5-20分钟即得第二Si涂层24，其厚度为100-500nm。
步骤五，金属Cu涂层的沉积步骤，为了提高PVD复合涂层和Cu涂层之间的结合力，还包括一Ti或Cr或Ni涂层沉积步骤，具体为：
⑴Ti或Cr或Ni涂层沉积，当所述第二Si涂层沉积步骤结束后，向真空镀膜室内通入气流量50-70sccm的氩气，并保持真空镀膜室内的工艺真空度为0.1-5Pa，开启Ti或Cr或Ni靶溅射电源,使用非平衡磁控溅射阴极对经过所述第二Si涂层沉积的铝基板材进行Ti或Cr或Ni镀膜，所述非平衡磁控溅射阴极上施加直流电压为300-500V，沉积时间为5-20分钟即得Ti或Cr或Ni涂层25，其厚度为100-500nm；
⑵Cu涂层沉积，向真空镀膜室内通入气流量50-70sccm、纯度为99.999%的氩气，并保持真空镀膜室内的工艺真空度为0.1-5Pa，开启带有铜靶溅射阴极电源,使用非平衡磁控溅射阴极对经过所述Ti或Cr或Ni涂层沉积的铝基板材进行Cu镀膜，所述非平衡磁控溅射阴极上施加直流电压为300-500V，沉积时间20-40分钟得到Cu涂层26，Cu涂层26的厚度为5μm。
步骤六，加厚铜涂层电镀步骤，根据导电或其他工艺需要可在金属涂层中的Cu涂层表面增设加厚铜，加厚铜可采用传统的电镀方法得到。
加厚铜电镀完成后，由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在，不大可能长期保持为原铜，因此需要对铜进行其他处理。在经过蚀刻线路，印阻焊形成阻焊层14，印字符之后，在Cu涂层或加厚铜涂层表面进行表面处理形成具有保护作用的表面处理层15、保证良好的可焊性或电性，最后成型为最终产品，由于工艺与普通双面板工艺相同，在此不再赘述。
上述方法中，当不存在其过渡作用的Si涂层时，可在DLC涂层的表面直接沉积第三过渡涂层沉积，继而沉积Cu涂层。当然，为了其他工艺要求的选择，也可省去第三过渡涂层沉积步骤，即在DLC涂层的表面直接沉积Cu涂层。
惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即大凡依本实用新型申请专利范围及实用新型说明内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。
Claims (10)
1.一种超高导热双面铝基线路板，其特征在于：包括铝基板材（11）、在铝基板材（11）上开设的用于将所述铝基板材（11）上下两面相连通的导电孔（16）、及所述铝基板材（11）上下两面和所述导电孔（16）孔壁通过氧化方法处理的用于绝缘导热的氧化铝层（12）、和按序附着在所述氧化铝层（12）表面的PVD复合涂层（13）及通过PVD方法制备的用于制作导电线路的Cu涂层（26），所述PVD复合涂层（13）至少包括通过PVD方法制备的用于绝缘导热的DLC涂层（23）。
2.根据权利要求1所述的超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述DLC涂层（23）的厚度为0.5um-5um；所述Cu涂层（26）的厚度为5um。
3.根据权利要求1所述的超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述PVD复合涂层（13）还包括起过渡作用的第一Si涂层（22）、第二Si涂层（24），所述PVD复合涂层的涂层结构顺序是：第一Si涂层（22）—DLC涂层（23）—第二Si涂层（24）。
4.根据权利要求3所述的超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述第一Si涂层（22）的厚度为100nm-500nm；所述第二Si涂层（24）的厚度为100nm-500nm。
5.根据权利要求1至4所述的任意一种超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述PVD复合涂层（13）与Cu涂层（26）之间还设有一起过渡作用的第三过渡涂层（25）。
6.根据权利要求5所述的超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述第三过渡涂层（25）为Ti涂层或Cr涂层或Ni涂层。
7.根据权利要求6所述的超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述第三过渡涂层（25）的厚度为100nm-500nm。
8.根据权利要求1所述的超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述Cu涂层（26）的表面还设有通过电镀方法制备得到的加厚铜层。
9.根据权利要求8所述的超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述加厚铜层上设有防焊和保护作用的阻焊层（14），或/及起保护作用的表面处理层（15）。
10.根据权利要求1所述的超高导热双面铝基线路板，其特征在于：所述Cu涂层（26）的表面上设有防焊和保护作用的阻焊层（14），或/及起保护作用的表面处理层（15）。
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