專利名稱：絕緣導熱金屬基材的制造方法
絕緣導熱金屬基材的制造方法技術領域：
本發明是一種絕緣導熱金屬基材的制造方法，特別是一種可對任何表面狀 態的金屬基材進行均勻鍍膜的絕緣導熱金屬基材的制造方法。背景技術：
良好的絕緣導熱基材必須具備高熱傳導性、絕緣性、低膨脹系數。傳統絕緣導熱基材制備方法之一是在塑料基材上印刷銅箔電路如FR4印刷 電路基材(PCB)，其熱導率(K)約為0.36W/m，K，其缺點是熱性能較差。絕緣導熱基材制備方法之二是PCB基材上需貼附一片金屬板如鋁基材，即 所謂的Metal Core PCB基材，以提高散熱效率。不過其介電層的熱傳導率相當 于印刷電路基材，同時操作溫度局限于14(TC以內，制程溫度局限于250 300 。C內。絕緣導熱基材制備方法之三是直接采用燒結成型的陶瓷基材如AlN/SiC基 材，具有很好的絕緣性和導熱性，但是其尺寸限于4.5平方英寸以下，無法用 于大面積的面板。除此之外，絕緣導熱基材制備方法之四是在銅板和陶瓷之間通02高溫下進 行結合反應得到的直接銅接合基材(DBC， Direct Bonded Copper),兼具高導熱 率及低熱膨脹性和介電性。但其操作和制程溫度需高于80(TC以上。目前市面上還未見到在金屬基材上，運用等離子化學氣相沉積法(Plasma Chemical Vapor D印osition， PCVD)與反應性膠體涂布兩種方法結合之新穎的 薄膜鍍膜技術制備絕緣導熱金屬基材之方法。
發明內容本發明目的在于提供一種可對任何表面狀態的金屬基材進行均勻鍍膜的絕 緣導熱金屬基材的制造方法。為達成上述目的，本發明的絕緣導熱金屬基材的制造方法包括如下步驟(1)提供一基材并將該金屬基材置于等離子反應室中；(2)將混有高侵蝕性氣 體的氣體混合物通入該等離子反應室中，對該金屬基材的表面做不規則性的侵 蝕以形成納米級表面粗糙度；(3)于該等離子反應室中等離子化學氣相沉積， 產生自由基等離子，并在該金屬基材的表面形成多層高導熱涂層；(4)涂布一 層高導熱絕緣膠。其中高導熱涂層包括等離子界面轉換層及等離子高導熱絕緣層，且該高導 熱涂層為等離子化學氣相沉積迭加而成。與現有技術相比較，將等離子化學氣相沉積制程使用在絕緣導熱基板制備中的薄膜沉積，有數個優點由于等離子化學氣相沉積制程是一種干式涂布制 程，因此不會改變金屬基材而只會改變表面特性，即將可氣態蒸發與可凝結之 化學品沉積在金屬基材上。等離子化學氣相沉積制程是一種純薄膜沉積制程， 可精確控制涂層之化學成分以及納米至微米級的沉積厚度。且本發明中等離子 活化氣體混合物的過程實質上產生只包含自由基的等離子(第一 自由基等離子 與第二自由基等離子)，由于自由基不帶電而呈電中性，因此自由基之分布不會 受到電場(用于維持等離子)之影響。因此，第一自由基等離子與第二自由基 等離子可均勻地分布在該金屬基材的周圍并均勻沉積于該金屬基材的表面，且 金屬基板的表面狀態不會影響鍍膜的均勻性，且最后涂布一層高導熱絕緣膠， 如此可通過高導熱膠中高導熱因子的種類、數量以及高導熱膠厚度控制其熱傳 導性能，實現熱傳導性能的數量化控制。具體實施方式
本發明絕緣導熱金屬基材的制造方法包括如下步驟1、 提供一金屬基材，該基材可為銅合金、不銹鋼、Ni-Ti合金、鎂合金或 鋁合金，且該金屬基材的表面為條狀、平面、曲面或三維形狀，并對該基材進 行前處理，具體包括脫脂、酸洗、清洗等步驟，使其表面清潔，并將該金屬基材置于等離子反應室中，此時，金屬基材表面會帶20 30伏特的負電壓。上述等離子反應器室可為批次式或連續式(in-line)化學氣相沉積反應室。2、 等離子前處理將混有高侵蝕性氣體的氣體混合物通入該等離子反應室中，對該金屬基材 的表面做不規則性侵蝕以形成納米級表面粗糙度，其中，該氣體混合物中還包 括反應性氣體(可為02或N2)或惰性氣體(可為Ar或He)。上述高侵蝕性氣體可為CF4、 CF2Cl2或Cl2之一種或多種。3、 等離子氣相沉積該金屬基材于該等離子反應室中進行等離子化學氣相沉積，以使其表面形 成多層高導熱涂層，其中，該高導熱涂層以等離子界面轉換層和等離子高導熱 絕緣層迭加而成，且等離子氣相沉積具體包括以下兩個細分步驟等離子氣相 沉積漸變層及等離子氣相沉積高導熱絕緣層。 (3-1)等離子氣相沉積漸變層將混有硅源前驅物(Precursor,如TMS)的氣體混合物通入該等離子反應 室中，通過等離子活化該氣體混合物而在等離子反應室中產生第一自由基等離 子，第一 自由基等離子靠著低壓氣相擴散在該金屬基材的表面產生等離子界面 轉換層(例如二氧化硅)。等離子界面轉換層可把金屬表面疏水或親水轉換成可 控制且均一的特性表面，并且會大輻降低表面粗造度。該等離子界面轉換層的 厚度從10納米到10微米左右，且該等離子界面轉換層的結構可為單層膜或多 層膜，即可在任意時間改變氣相成份組成而形成為不同性質的等離子沉積界面轉換層的迭加或漸變。
以上，氣體混合物中還包括反應性氣體，且反應性氣體包含氧氣或水蒸氣。
(3-2)等離子氣相沉積高導熱絕緣層
將混有高導熱化學前趨物的氣體混合物通入該等離子反應室中，通過等離 子活化該氣體混合物而在等離子反應室中產生第二自由基等離子，第二自由基 等離子靠著低壓氣相擴散在該等離子界面轉換層的表面產生等離子高導熱絕緣 層，其中，所產生的高導熱絕緣層可為A1N、 BeO或Ta^s。高導熱絕緣層厚度從 20納米到IO微米左右。
上述氣體混合物中包括有金屬或陶瓷的高導熱化學前趨物(如Ta的前趨物 Ta(EtCp)2(CO)H EtCp或Al(CH3)3 )、反應性氣體(如02、 N2、 H20或NH3)及惰 性氣體(如Ar或He)。
4、涂布一層厚度為5 25um的高導熱絕緣膠，該高導熱絕緣膠可為紫外 線固化型、熱固型或紫外線固化型混合熱固型之一，且其熱傳導率〉2 3 W/(m □ K)，裂解溫度〉200。C，熱阻尼介于0.3 0.7W/(m口 K)，且涂布可采用旋轉涂 布(Spin)或浸涂(Dip)或印刷(Print)方式。
以上，高導熱膠絕緣是由絕緣膠中加入高導熱因子制成。
權利要求
1、一種絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)提供一基材并將該金屬基材置于等離子反應室中；(2)將混有高侵蝕性氣體的氣體混合物通入該等離子反應室中，對該金屬基材的表面做不規則性的侵蝕以形成納米級表面粗糙度；(3)于該等離子反應室中等離子化學氣相沉積，產生自由基等離子，并在該金屬基材的表面形成多層高導熱涂層；(4)涂布一層高導熱絕緣膠。
2、 如權利要求l所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于該高 導熱絕緣膠為紫外線固化型、熱固型或紫外線固化型混合熱固型之一。
3、 如權利要求1或2所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于 該金屬基材的表面為條狀、平面、曲面或三維形狀之一。
4、 如權利要求3所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于該基 材為銅合金、不銹鋼，Ni-Ti合金、鎂合金或鋁合金之一。
5、 如權利要求l所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于步驟 (3)細分為以下步驟(3-1)將混有硅源前驅物的氣體混合物通入該等離子反應室中，通過等離 子活化該氣體混合物而在等離子反應室中產生第一 自由基等離子，第一 自由基等離子靠著低壓氣相擴散在該金屬基材的表面產生等離子界面轉換層；(3-2)將混有金屬或陶瓷的化學前趨物的氣體混合物通入該等離子反應室 中，通過等離子活化該氣體混合物而在等離子反應室中產生第二自由基等離子， 第二自由基等離子靠著低壓氣相擴散在該等離子界面轉換層的表面產生等離子 高導熱絕緣層。
6、 如權利要求l所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于該金屬基材在進入等離子反應室前已經過前處理，使其表面清潔，包括脫脂、酸洗、 清洗。
7、 如權利要求l所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于步驟(2)中，該氣體混合物還包括反應性氣體或惰性氣體。
8、 如權利要求5所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于步驟 (3-1)中，該氣體混合物還包括反應性氣體，反應性氣體為氧氣或水蒸氣。
9、 如權利要求5所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于該金屬或陶瓷的化學前趨物可為(Ta(EtCp)2(C0)H EtCp或Al (CH3)3。
10、 如權利要求5所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于步 驟(3-2)中，該氣體混合物還包括反應性氣體及惰性氣體。
11、 如權利要求1所述的絕緣導熱金屬基材的制造方法，其特征在于上述等離子反應器室為批次式或連續式化學氣相沉積反應室。
全文摘要
一種絕緣導熱金屬基材的制造方法，包括如下步驟(1)提供一基材并將該金屬基材置于等離子反應室中；(2)將混有高侵蝕性氣體的氣體混合物通入該等離子反應室中，對該金屬基材的表面做不規則性的侵蝕以形成納米級表面粗糙度；(3)于該等離子反應室中等離子化學氣相沉積，產生自由基等離子，并在該金屬基材的表面形成多層高導熱涂層；(4)涂布一層高導熱絕緣膠。本發明可對任何表面狀態的任何金屬基板進行均勻鍍膜，且實現熱傳導性能的數量化控制。
文檔編號C23C16/02GK101298676SQ20071002212
公開日2008年11月5日 申請日期2007年4月30日 優先權日2007年4月30日
發明者吳政道, 胡振宇, 郭雪梅 申請人:漢達精密電子(昆山)有限公司