高绝缘碳化硅陶瓷基板与碳化硅基电路板及其制备方法

摘要

本发明涉及一种高绝缘碳化硅陶瓷基板与碳化硅基电路板及其制备方法，包括高绝缘碳化硅陶瓷基板和印制在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板一面或两面的金属线路图，所述高绝缘碳化硅基板和线路板的制备方法包括：配料混合、喷雾造粒、压制成型、排胶烧结、加工清洗、表面塗覆和玻化、网印和还原工艺，本发明提供的高绝缘碳化硅基板与碳化硅基电路板将线路板与散热板合二为一、节省资源、降低消耗，该高绝缘碳化硅基电路板具有散热功效高、散热均匀性好、价格便宜、可用于大功率器件等优点，该制备方法具有工艺简单、节省材料、安全环保等优点，极大地降低了后序生产加工成本。

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅散热板和电路板技术领域，具体涉及高绝缘碳化硅陶瓷基板与碳化硅基电路板及其制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)半导体陶瓷材料于上世纪初被发现后，在过电压防护领域中被广泛用于制作避雷器、防护元件等器件，在电高温领域被用作发热元件。由于SiC的非线性系数a值小、电压梯度低、材料消耗大等原因，自上世纪70年代，在过电压防护领域中逐步被氧化锌取代，但又由于碳化硅(SiC)材料比重轻(约1.7左右)、导热性能好、价格低廉、工艺成熟，基于上述特性可制作性能良好的散热板，常规做法是将功率元件焊贴在PCB板上，再将PCB板胶贴在各种材质(如铝型材、氧化铝、石墨稀、碳化硅等)的散热板上形成整体件，常规碳化硅(SiC)材料因其耐压绝缘值不滿足上游产业需求，故无法制成碳化硅基线路板，现有技术存在着制备工艺较复杂、浪费材料、污染环境(常规PCB板制作中的腐蚀液污染)等缺陷，而且制备的整体件散热功效较低，价格较贵。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种具有绝缘强度好、散热功效高、集散热与线路为一体的碳化硅陶瓷基板与碳化硅基电路板及其制备方法。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种高绝缘碳化硅陶瓷基板，包括碳化硅陶瓷基板和涂覆在所述碳化硅陶瓷基板的所有暴露面的绝缘釉涂层，所述碳化硅陶瓷基板由碳化硅、无铅釉料、云母粉/石英粉、滑石粉、锑粉、镁粉、铬粉按70～92:8～15:3～20:0～15:0～3:0～3:0～3的质量比混合研磨、喷雾造粒形成碳化硅陶瓷粉体，再将所述碳化硅陶瓷粉体经过压制成型、排胶烧结、加工清洗、塗覆玻化制备而成。

进一步地，所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的外部尺寸、形状和在其上设置的孔槽的形状位置根据应用需求设置。

进一步地，包括所述高绝缘碳化硅陶瓷基板和印制在所述高绝缘碳化硅陶

瓷基板一面或两面的金属线路图。

进一步地，当在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的两面印制有金属线路图时，印制在所述碳化硅陶瓷基板两面的金属线路图相同或者不相同。

进一步地，当在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的一面印制有金属线路图时，另一面作为散热面被设置为平面、曲线面、多半球体面或多三角锥体面，利用不同形状增大散热面积。

一种高绝缘碳化硅陶瓷基板的制备方法，包括如下步骤：

(1)将颗粒度为800～1400目的碳化硅、无铅釉料、云母粉/石英粉、滑石粉、锑粉、镁粉、铬粉按70～92:8～15:3～20:0～15:0～3:0～3:0～3的质量比搅拌混合并研磨，加入粘合剂后进行喷雾造粒，形成混合粉料；

(2)按需求的外部形状和孔槽形状选用对应的压制成型模具将所述混合粉料压制成型为坯块；

(3)将成型后的坯块送入排胶炉中排胶再转入烧结炉中烧结，形成碳化硅陶瓷基板；

(4)对于成型模具无法加工的碳化硅陶瓷基板的部位，用机械或激光方法进行加工，加工完毕进行清洗；

(5)用绝缘釉涂覆所述碳化碳陶瓷基板的一面并厚度周边，送入烘干炉中烘干，再涂覆另一面，再送入烘干炉中烘干，烘干后转入高温炉进行表面玻璃化处理，制得高绝缘碳化碳陶瓷基板。

进一步地，在步骤(2)中，所述碳化硅陶瓷块的形状为圆形，椭圆形，矩形或多边形，所述碳化硅陶瓷块的压制厚度为0.8mm～10mm，所述碳化硅陶瓷块的散热面为平面、曲线面、多半球体面或多三角锥体面。

进一步地，在步骤(3)中，烧结炉的温度设置为950～1250℃，烧结时长为18～26h。

进一步地，在步骤(3)中，排胶炉的温度设置为550℃～800℃，排胶时长为8～16h。

进一步地，在步骤(5)中，烘干炉温度设置为120℃，时长20-50min，高 温炉温度设置为500～850℃，历时35～180min。

一种高绝缘碳化硅基电路板的制备方法，在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的制备方法的涂覆与玻化步骤之后，还包括如下步骤：

(6)将按需求制好的线路丝网上入网印机，用金属浆将网板上的线路图案印制在己加工并清洗干净的高绝缘碳化硅基板面上，送入烘干炉中烘干；如制作双面高绝缘碳化硅基电路板，重复该网印步骤印制高绝缘碳化硅基板的另一面，送入烘干炉中烘干；

(7)将印制好并烘干的高绝缘碳化硅基板送入还原炉中还原，出炉冷却后形成高绝缘碳化硅基电路板。

进一步地，在步骤(6)中，还原炉的温度设置为400℃～650℃，还原时间为45～120分钟。

进一步地，步骤(7)中的金属浆料釆用银、锡、镍、铜或铝制作的浆料。

本发明的有益效果在于：

本发明所提供的一种高绝缘碳化硅(SiC)陶瓷基板与碳化硅(SiC)基电路板将线路板与散热板合二为一，节省资源，该高绝缘碳化硅(SiC)陶瓷基板与碳化硅(SiC)基电路板具有散热功效高、生产成本低、可用于大功率器件等优点，且具有一定的电磁防护功能，本发明所提供的高绝缘碳化硅(SiC)陶瓷基板与碳化硅(SiC)基电路板的制备方法，工艺简单、节省材料、安全环保、极大地降低了生产加工成本，为LED产业和电子整机企业节省工时。

附图说明

图1为本发明所提供的无涂覆绝缘釉时高绝缘碳化硅陶瓷基板；

图2为本发明所提供的涂覆绝缘釉的高绝缘碳化硅陶瓷基板；

图3为本发明提供的碳化硅基电路板的第一种实施结构的主视图；

图4为本发明提供的碳化硅基电路板的第一种实施结构的后视图；

图5为本发明提供的碳化硅基电路板的第二种实施结构的主视图；

图6为本发明提供的碳化硅基电路板的第二种实施结构的后视图；

图7为本发明提供的碳化硅基曲线面单面电路板的结构示意图；

图8为本发明提供的碳化硅基多半球体面单面电路板的结构示意图；

图9为本发明提供的碳化硅基多三角锥体面单面电路板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

一种高绝缘碳化硅陶瓷基板，包括碳化硅陶瓷基板1和涂覆在所述碳化硅陶瓷基板的所有暴露面的绝缘釉涂层(绝缘釉图层无法标记，为图中较亮的外层部分)，如图1和图2所示，图1为无釉料时的高绝缘碳化硅陶瓷基板，图2为涂覆了釉料之后的高绝缘碳化硅陶瓷基板，在本实施中，该基板1设置有5个安装孔4所述碳化硅陶瓷基板由碳化硅、无铅釉料、云母粉/石英粉、滑石粉、锑粉、镁粉、铬粉按70～92:8～15:3～20:0～15:0～3:0～3:0～3的质量比混合研磨、喷雾造粒形成碳化硅陶瓷粉体，再将所述碳化硅陶瓷粉体经过压制成型、排胶烧结、加工清洗、塗覆玻化制备而成。

本实施例中，所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的外部尺寸、形状和在其上设置的孔槽的形状位置根据应用需求设置。

一种高绝缘碳化硅基电路板，包括所述高绝缘碳化硅陶瓷基板1和印制在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板一面或两面的金属线路图2。

当在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的两面印制有金属线路图2时，印制在所述碳化硅陶瓷基板两面的金属线路图相同或者不相同。

当在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的一面印制有金属线路图时，另一面作为散热面被设置为平面、曲线面、多半球体面或多三角锥体面，利用不同形状增大散热面积。

图3至图6为不同形状的高绝缘SiC基板结构，第一种设置有凹槽3，第二种设置有凹槽3和孔4，图7、8、9为高绝缘SiC基板的散热面分别为曲线面、球体面和三角锥体面的形状结构。

一种高绝缘碳化硅陶瓷基板的制备方法，包括如下步骤：

(1)将颗粒度为800～1400目的碳化硅、无铅釉料、云母粉/石英粉、滑石粉、锑粉、镁粉、铬粉按70～92:8～15:3～20:0～15:0～3:0～3:0～3的质量比搅拌混合 并研磨，加入粘合剂后进行喷雾造粒，形成混合粉料；

(2)按需求的外部形状和孔槽形状选用对应的压制成型模具将所述碳化硅混合粉料压制成型为坯块，所述坯块的形状为圆形，椭圆形，矩形或多边形，所述碳化硅陶瓷块的压制厚度为0.8mm～10mm，所述碳化硅陶瓷块的散热面为平面、曲线面、多半球体面或多三角锥体面；

(3)将成型后的碳化硅坯块送入排胶炉中排胶，排胶炉的温度设置为550℃～800℃，排胶时长为8～16h，排胶完毕的碳化硅坯块再转入烧结炉中烧结，形成碳化硅陶瓷基板，烧结炉的温度设置为950-1250℃，烧结时长为18～26h；

(4)对于成型模具无法加工的碳化硅陶瓷基板的部位，用机械或激光方法进行加工，加工完毕进行清洗；

(5)用绝缘釉涂覆所述碳化碳陶瓷基板的一面并厚度周边，送入烘干炉中烘干，再涂覆另一面，再送入烘干炉中烘干，烘干炉温度设置为120℃，时长20-50min，烘干后转入高温炉进行表面玻璃化处理，高温炉温度设置为500～850℃，历时35～180min，制得高绝缘碳化碳陶瓷基板。

在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的制备方法的涂覆与玻化步骤之后，还包括：

一种高绝缘碳化硅基电路板的制备方法，在所述高绝缘碳化硅陶瓷基板的制备方法的涂覆与玻化步骤之后，还包括如下步骤：

(6)将按需求制好的线路丝网上入网印机，用金属浆将网板上的线路图案印制在己加工并清洗干净的高绝缘碳化硅基板面上，金属浆料釆用银、锡、镍、铜或铝制作的浆料，之后送入烘干炉中烘干；如制作双面高绝缘碳化硅基电路板，重复该网印步骤印制高绝缘碳化硅基板的另一面，送入烘干炉中烘干；

(7)将印制好并烘干的高绝缘碳化硅基板送入还原炉中还原，出炉冷却后形成高绝缘碳化硅基电路板，还原炉的温度设置为400℃～650℃，还原时间为45～120分钟。

上游产业对碳化硅基板的绝缘耐压要求是4KV/1min，漏电流不大于0.2mA，且与厚度无关，表1是普通碳化硅基板绝缘耐压实测参数，其中规格为 15*15*2mm(长*宽*厚)样品平均击穿电压为3.72KV，20*20*2mm样品平均击穿电压为2.77KV，均为不合格，同规格5mm厚度测试样品漏电流平均为0.104mA，合格，说明绝缘耐压与产品厚度有关，不符合应用需求。

表2为本发明一种高绝缘碳化硅基板绝缘耐压参数，其样品厚度仅为1mm，漏电流平均为0.06mA，提高了一个数量级，合格。

表1

碳化硅基板规格(mm)测量参数1号2号3号4号5号判定15*15*2(长*宽*厚)5KV/min3.913.783.893.473.58NO20*20*25KV/min2.273.092.762.623.12NO15*15*55KV/min0.10.070.080.080.08YES20*20*55KV/min0.10.080.090.180.18YES

表2

高绝缘碳化硅基板规格测量参数1号2号3号4号5号判定圆形30*1mm5KV/min0.050.080.090.070.06YES

本发明所提供的一种高绝缘碳化硅陶瓷基板与碳化硅基电路板将线路板与散热板合二为一，节省资源，该高绝缘碳化硅陶瓷基板与碳化硅基电路板具有散热功效高、生产成本低、可用于大功率器件等优点，且具有一定的电磁防护功能，本发明所提供的高绝缘碳化硅陶瓷基板与碳化硅基电路板的制备方法，工艺简单、节省材料、安全环保、极大地降低了生产加工成本，为LED产业和电子整机企业节省工时。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。