專利名稱：陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種材料，尤其涉及一種散熱的陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料。
背景技術：
隨著科技的發(fā)展、網(wǎng)絡的普及，電子器材應用越來越廣泛，對電路板材料要求也越來越高，要求是既要導熱率高、耐腐蝕、耐磨損，但又要絕緣，能切削加工。而陶瓷、鋁或銅只能滿足其中部分要求。目前只有使用金屬材料與非金屬材料的緊密焊接的材料才能達到要求。目前電子器件大量是通過鋁基板這種復合材料，但這種材料是把印刷板與鋁通過環(huán)氧樹脂粘接而結合，不僅緊密度、牢固度不夠而且散熱效果差、絕緣性能差。這種材質(zhì)的印刷板是有機材質(zhì)，溫度高后要燃燒，很容易引起火災。而本發(fā)明的材質(zhì) 是陶瓷、鋁、銅，沒有燃燒的基礎，并且是緊密焊接，因為焊接是將兩部分同質(zhì)或非同質(zhì)的材料，利用原子間的聯(lián)系及質(zhì)點的擴散作用，通過加熱、加壓或加熱的方法形成永久性的連接，這樣才能確保其多種功能的要求。本發(fā)明制成的一種陶瓷、鋁(含鋁合金)、多孔銅的復合體材料既能在陶瓷板上承載電子元件，又能利用陶瓷的絕緣性、耐腐蝕、與耐磨損，同時又能利用鋁與多孔銅傳熱快、散熱好的特點，使元器件或LED的熱量及時散發(fā)。經(jīng)試驗，鋁基板耐壓在2KV左右，差的I. 5KV就擊穿發(fā)熱，PCB板燃燒。而本發(fā)明耐壓為5KV以上。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料。本發(fā)明解決其技術問題的技術方案是一種陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料，它主要由多孔銅、鋁板和陶瓷基板依次疊加焊接組成。進一步地，所述鋁板的上下表面分別鍍有第一鍍錫層和第二鍍錫層；陶瓷基板的上下表面分別燒結上層銀箔和下層銀箔，上層銀箔和下層銀箔的厚度為15-20微米；多孔銅通過第二錫膏層與鋁板的第二鍍錫層焊接在一起，鋁板的第一鍍錫層通過第一錫膏層與陶瓷基板的上層銀箔焊接在一起。進一步地，所述鋁板5也可以由鋁合金板替代。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明陶瓷、鋁、多孔銅的復合體材料絕緣性能好，散熱性能好，加工能力強。作為電子元件的工作載體，完全避免了普通的PCB板、鋁基板在高溫時要燃燒的缺點，解決了火災的隱患，這在許多領域有著極其重要的意義。此外本發(fā)明的材料耐壓高是鋁基板耐壓的幾倍，耐腐蝕，能在惡劣環(huán)境下工作，所以本在電子、電力、軍事等許多行業(yè)能發(fā)揮很大作用。
圖I是本發(fā)明的焊接示意 圖中陶瓷基板I、上層銀箔2、第一錫膏層3、第一鍍錫層4、鋁板5、第二錫膏層6、多孔銅7、下層銀箔8、第二鍍錫層9。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種替代鋁基板的陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料，它的上層為多孔銅7，中間為鋁板5 (也可以為鋁合金板)，下層為陶瓷基板I。鋁板5的上下表面鍍有第一鍍錫層4和第二鍍錫層9 ;陶瓷基板的上下表面分別燒結上層銀箔2和下層銀箔8，上層銀箔2和下層銀箔8的厚度為15-20微米。多孔銅7通過第二錫膏層6與鋁板5的第二鍍錫層9焊接在一起，鋁板5的第一鍍錫層4通過第一錫膏層3與陶瓷基板I的上層銀箔2焊接在一起。以后電子元件焊在陶瓷基板I的下層銀箔8上。本發(fā)明在制備過程中，鋁板要預處理，使其雙面鍍錫，陶瓷基板也要預處理，使其雙面燒結銀箔，然后通過回流焊制成陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料。其步驟如下；
I、鋁板鍍錫應用煤油、汽油等有機溶劑粗除鋁板或鋁合金板上的油脂，再置于混合 液中進行堿洗，進行化學除油，混合液由氫氧化鈉(NaOH)、碳酸鈉(Na2CO3)和水按照質(zhì)量比2:1:7混合得到；其目的是除去油脂后能保證鋁板(或鋁合金板)電鍍的質(zhì)量，最后放入電鍍槽中進行雙面鍍錫10分鐘，從而在鋁板5的上下表面鍍有第一鍍錫層4和第二鍍錫層9，電鍍時，不需要電鍍的地方可用膠帶黏住，電鍍槽中，每升電鍍液中含有10-40克硫酸亞錫SnS04、73. 6克濃硫酸陽04、2. 5克萘酚和5克明膠，電鍍液溫度為30°C，直流電壓為18V，電流密度為2A/dm2。2、陶瓷燒銀包括絲網(wǎng)印刷與陶瓷燒結兩個步驟。2. I、絲網(wǎng)印刷考慮到散熱及膨脹因素，本發(fā)明采用厚度為O. 5mm的氧化鋁陶瓷基板。其過程如下先制造模版，在絲網(wǎng)上涂感光膠，然后把模版放在感光膠上，通過曝光機進行曝光，絲網(wǎng)上模板部分以外曝光，感光膠凝固，而模版部分不透光，模板部分遮住的感光膠由于不透光而沒有凝固。用水沖洗，洗去未曝光部分，再采用銀漿作為油墨，把絲網(wǎng)放置在陶瓷基板上進行印刷，把銀漿料印在陶瓷基板上，由于絲網(wǎng)上模板遮住部分是透空的，所以銀漿就印在陶瓷基板上相應位置，而其余部分因為有膠封住，銀漿就沒有印上。2. 2、陶瓷燒結將印刷好的陶瓷基板在陶瓷燒結爐中燒結，使銀漿與陶瓷基板間形成良好的熔合，在燒結后形成銀的燒結層面，即為上層銀箔2。銀漿印刷時其形狀應與鋁板鍍錫層2形狀一致，燒結后的銀箔應高出陶瓷基板15微米-20微米。實施時采用的銀漿，其主要成分為銀與玻璃的混合物，銀漿的主要成分為銀，按質(zhì)量百分比計，占65%，摻入2%粘結劑后能使其漿料具有合適的粘度，粘結劑為二甲苯等，為防止銀氧化加入3%的金屬鈀粉末，其余30%為玻璃粉末。重復步驟2. 2，在陶瓷基板I的另一面燒結下層銀箔8，區(qū)別在于，模版需要按照欲連接的電子元件形狀形成印刷電路。為了防止鋁板5與陶瓷基板I由于膨脹系數(shù)不同而造成開裂，在陶瓷基板制作的銀箔4形狀應與鋁板I的鍍錫層2形狀一致，銀箔4高出陶瓷面15微米-20微米，使焊接后的鋁與陶瓷在各自膨脹中相互影響最小。在燒結過程中，陶瓷燒結爐的最高溫度800度，升溫速度應當緩慢，使有機粘合劑完全分解和揮發(fā)，固體粉料熔融，分解和化合，形成致密堅固的厚膜。為防止厚膜開裂，還應控制降溫速度。所述鋁與陶瓷由于膨脹系數(shù)不同而造成的陶瓷開裂現(xiàn)象，是由于各種金屬的及非金屬線性膨脹系數(shù)不同，幾個常見物質(zhì)線脹系數(shù)如下；膨脹系數(shù)(10-6/° C):鋁23.2，鍍錫22，焊錫23. 0，銀19. 5，氧化鋁陶瓷7. 85。我們采用疊加法的陶瓷與鋁相互焊接的焊接方法其結構排列大部分與這幾種物質(zhì)的膨脹系數(shù)是一致的，所以膨脹引起作用也較少。至于銀與陶瓷基板，盡管膨脹系數(shù)相差較大，但銀箔是顆粒狀燒結在陶瓷板內(nèi)，所以引起膨脹原因也很小。本發(fā)明在陶瓷燒結的銀接觸面應與其焊接的鋁板形狀相似，并應適當高出陶瓷基板15微米-20微米左右。并且以上疊加從上到下膨脹系數(shù)依次增加，而且其材料的體脹系數(shù)是與其長度及形狀有關，而燒制時銀箔與鋁的鍍錫層形狀類似，使膨脹引起的原因減少到最低，有效地避免鋁與陶瓷由于膨脹系數(shù)不同而造成的陶瓷開裂現(xiàn)象。 3、疊加式回流焊如圖I所示，回流焊時采用錫膏，按質(zhì)量百分比計，其成分為95%的錫與5%的銀，把錫膏均勻涂在陶瓷基板I的上層銀箔2、鋁板5上下表面的第一鍍錫層4和第二鍍錫層9上、把陶瓷基板I的上層銀箔2相對鋁板5的第一鍍錫層4，多孔銅7相對鋁板5的第二鍍錫層9，把它們疊加后，一起放入回流焊爐中，控制爐內(nèi)溫度在260度左右，回流焊10分鐘后，多孔銅7、陶瓷基板5與鋁板I就緊密焊接在一起了?！?br>
權利要求
1.一種陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料，其特征在于，它主要由多孔銅(7)、鋁板(5)和陶瓷基板(I)等依次疊加焊接組成。
2.根據(jù)權利要求I所述陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料，其特征在于，所述鋁板(5)的上下表面分別鍍有第一鍍錫層(4)和第二鍍錫層(9);陶瓷基板的上下表面分別燒結上層銀箔(2)和下層銀箔(8)，上層銀箔(2)和下層銀箔(8)的厚度為15-20微米左右；多孔銅(7)通過第二錫膏層(6 )與鋁板(5 )的第二鍍錫層(9 )焊接在一起，鋁板(5 )的第一鍍錫層(4 )通過第一錫膏層(3)與陶瓷基板(I)的上層銀箔(2)焊接在一起。
3.根據(jù)權利要求I所述陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料，其特征在于，所述鋁板(5)由鋁合金板替代。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陶瓷、鋁、多孔銅的復合材料，它由陶瓷、鋁與多孔銅所組成，并應預處理。陶瓷基板的預處理是經(jīng)制模、涂感光膠、曝光、水洗、銀漿印刷、陶瓷燒結后使陶瓷上燒結有銀箔，銀箔高出陶瓷基板15-20微米，經(jīng)兩次燒結，正面為印制所需電子線路，反面為燒結銀箔；鋁板預處理為鋁(鋁合金)板雙面進行電鍍使其上錫；最后按多孔銅、鋁、陶瓷相互疊加，在接觸面涂錫膏，在回流焊爐中使其緊密焊接固定，制成陶瓷、鋁與多孔銅的復合材料；該復合材料能承載電子元件，與鋁基板相比散熱快、牢固、絕緣性能好，更不會燃燒。在電子器件散熱尤其LED散熱上有很大的實用意義。
文檔編號H05K1/05GK102950831SQ20111024257
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月23日
發(fā)明者甄海威, 何永祥 申請人:甄海威, 何永祥