一种多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板及制备方法技术

本申请公开了一种多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板及制备方法。所述制备方法分别选用金属镍或镍合金粉体，金属铜或铜合金粉体，通过大气等离子喷涂技术将金属或金属合金粉体在熔融状态下喷涂在覆盖有特定图案掩模版的氮化铝陶瓷基板表面，调整诸多工艺参数和等离子体喷枪结构制备出金属层与氮化铝陶瓷界面结合强度高、热导率高，电导率高的多层金属覆膜氮化铝陶瓷基板。本发明专利技术直接将金属或金属合金粉末喷涂在敷盖有电路图案的掩模的高导热氮化铝陶瓷基板上，得到不同图案且线宽精度高的多层金属覆膜电路陶瓷基板。

【技术实现步骤摘要】
一种多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板及制备方法
本文涉及但不限于一种多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板，尤其涉及但不限于一种利用大气等离子喷涂技术制备高导热氮化铝陶瓷基板金属合金电路及金属化方法。
技术介绍
随着电子功率元器件逐渐向大功率，小型化的方向发展，半导体器件在使用过程中产生的散热问题越来越受重视。氮化铝基板材料因其高的绝缘性、高的化学稳定性、高的热导率及与多种半导体器件材料相匹配的热膨胀系数等优点，在大功率光电器件的封装领域具有广泛的应用前景。然而在现实生产中，氮化铝陶瓷基板金属化成型工艺是制约其应用前景的一个重要因素。现阶段主流的金属化氮化铝基板方法是直接覆铜法(DBC)，和薄膜法(DPC)。薄膜法需要在氮化铝上先溅射一层金属Ti或Zr，再在上镀上金属铜。薄膜法设备投资大，制作困难，难以形成工业化规模。直接敷铜法(DBC)是在铜与陶瓷基板间引入适量的氧元素，在1065℃-1083℃的高温下烧结，利用铜的含氧共晶液将铜层敷接至陶瓷基板表面。但这种方法对温度的控制极其严格，且后续还需要对覆铜层进行加工处理，复杂的加工工艺限制了氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气等离子喷涂喷枪，所述喷枪包括等离子体电离腔室、电极、冷却气装置和冷却液装置；/n所述等离子体电离腔室包括等离子体喷嘴、粉体送料通道、等离子气体通道；所述粉体送料通道的一端与所述等离子体电离腔室连通，所述粉体送料通道的另一端与粉体源连通；所述等离子气体通道的一端与所述等离子体电离腔室连通，所述等离子气体通道的另一端与等离子气体源连通；/n所述电极包括正极和负极，所述正极为所述等离子体喷嘴内侧；所述负极的末端伸出所述等离子体喷嘴外；/n所述冷却气装置包括冷却气喷嘴和冷却气通道，所述等离子体喷嘴外侧设置有环绕所述等离子体喷嘴的冷却气喷嘴；所述冷却气通道的一端与所述冷却气喷嘴连通，所述冷却...

【技术特征摘要】
1.一种大气等离子喷涂喷枪，所述喷枪包括等离子体电离腔室、电极、冷却气装置和冷却液装置；
所述等离子体电离腔室包括等离子体喷嘴、粉体送料通道、等离子气体通道；所述粉体送料通道的一端与所述等离子体电离腔室连通，所述粉体送料通道的另一端与粉体源连通；所述等离子气体通道的一端与所述等离子体电离腔室连通，所述等离子气体通道的另一端与等离子气体源连通；
所述电极包括正极和负极，所述正极为所述等离子体喷嘴内侧；所述负极的末端伸出所述等离子体喷嘴外；
所述冷却气装置包括冷却气喷嘴和冷却气通道，所述等离子体喷嘴外侧设置有环绕所述等离子体喷嘴的冷却气喷嘴；所述冷却气通道的一端与所述冷却气喷嘴连通，所述冷却气通道的另一端与冷却气源连通；
所述冷却液装置包括冷却管路以及冷却液通道；所述冷却管路设置在所述等离子体喷嘴与所述冷却气喷嘴之间的喷枪内；所述冷却液通道将冷却液源与所述冷却管路连通；
所述粉体为两种，第一种粉体为镍或镍合金，第二种粉体为铜或铜合金，所述喷枪将所述镍或镍合金、铜或铜合金依次喷涂在氮化铝陶瓷表面。


2.根据权利要求1所述的大气等离子喷涂喷枪，其中，所述冷却管路与所述等离子体喷嘴的侧壁的距离为2mm至5mm；
可选地，所述等离子体喷嘴的喷口直径为1.5至2mm。


3.根据权利要求1或2所述的大气等离子喷涂喷枪，其中，所述负极的末端为圆形，所述负极的末端的直径为0.3至2mm；可选地，所述负极的末端的直径为2mm；
可选地，所述负极伸出所述等离子体喷嘴外的长度为2mm至6mm。


4.一种多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板的制备方法，使用权利要求1至3中任一项所述的大气等离子喷涂喷枪，所述方法使用大气等离子喷涂技术在大气气氛环境下先向氮化铝陶瓷上敷镍或镍合金，再敷铜或铜合金；
所述粉体源中的镍粉或镍合金粉，铜粉或铜合金粉由载气经所述粉体送料通道输送至等离子体电离腔室，所述等离子气体源中的等离子气体经所述等离子气体通道进入所述等离子体电离腔室，形成等离子体；
所述镍粉或镍合金粉被融化后，经所述等离子体喷嘴喷出，在所述氮化铝陶瓷表面覆镍或镍合金；
所述铜粉或铜合金粉被融化后，经所述等离子体喷嘴喷出，在所述覆镍或镍合金的氮化铝陶瓷表面覆铜或铜合金，形成双金属覆膜金属层结构。


5.根据权利要求4所述的多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板的制备方法，其中，所述冷却气喷嘴喷出的冷却气包围所述等离子体喷嘴喷出的等离子束。


6.根据权利要求4所述的多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板的制备方法，其中，所述载气、冷却气和等离子气体为惰性气氛气体；
所述惰性气氛气体选自惰性气体、氢气和氮气中的任意一种或更多种；可选地，所述惰性气氛气体为氩气、氮气、氦气或氩氢混合气；
可选地，所述氩氢混合气中氢气含量为5vol.％至15vol.％；优选地，所述氩氢混合气中氢气含量在5vol.％至10vol.％。


7.根据权利要求4至6中任一项所述的多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板的制备方法，其中，所述镍合金选自镍的锡合金、镍的铬合金、镍的锌合金、镍的钛合金、镍的银合金、镍的镧合金、镍的钐合金、镍的钆合金、镍的钇合金、镍的钕合金、镍的铜合金和镍的钨合金中的一种或多种；
可选地，所述镍粉或镍合金粉其粒径分布在20μm至120μm，优选地，所述粒径分布在30μm至120μm。


8.根据权利要求7所述的多层金属覆膜高导热氮化铝陶瓷基板的制备方法，其中，所述铜合金选自铜的锡合金、铜的铬合金、铜的锌合金、铜的钛合金、铜的银合金、铜的镧合金、铜的钐合金、铜的钆合金、铜的钇合金、铜的钕合金、铜的镍合金和铜的钨合金中的一种或多种；
可选地，所述铜的镍合金中的铜镍含量与所述镍的铜合金中...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘伟，刘广华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11