一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法
【专利摘要】本发明公开一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法，其特征在于，将铝板浸入到含氮液体中，利用液中放电使含氮液体中的氮与铝板表面的铝发生反应进而在铝板表面生成氮化铝薄膜。本发明通过将铝板浸在含氮液体中，并采用液中放电的方式在铝板表面生成氮化铝薄膜，不仅加工效率高、制得的氮化铝薄膜均匀性好，而且克服了电火花放电对放电间隙的要求，不受放电距离和工件表面形状的限制、特别适用于大面积铝板表面氮化铝的快速生成。
【专利说明】
一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法
技术领域
[0001]本发明涉及高导热基板制备技术领域，尤其涉及一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]LED作为新一代照明技术得到了越来越广泛的应用。随着LED功率的不断加大，散热问题也就日益被注重。目前，在LED散热基板的选材上，常见的主要有:陶瓷基板和金属基板。相对来说，金属基板具有更好的导热率，但金属基板的热膨胀系数远大于LED芯片衬底，工作时，受冷热循环的影响，LED芯片将承受很大的热应力及应力冲击，容易造成开焊。
[0003]为此，业内有人设计一种复合基板，8卩，在铝、铜或陶瓷底板上设置一层氮化铝层。因氮化铝具有导热率(275W/(m.K))高、绝缘性好、热膨胀系数与LED芯片衬底接近的特点，应用在LED基板上能很好的解决问题。
[0004]传统的氮化铝复合基板制造方法主要有两种:一种是直接在底板上涂覆一层氮化铝层，如一篇公开号为CN103555195A的中国专利申请，公开一种氮化铝散热涂料，由有机硅树脂、聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂、三甲基六亚甲基二胺、氮化铝、氮化硼、纳米空心微珠、硅溶胶等组成。通过加入氮化铝粉，导热速率高，散热效果好;通过加入硅溶胶，增强了粘结力，使涂料牢固。然而，由于氮化铝散热涂料与底板之间只是简单的物理粘合，LED工作时，受冷热交替冲击，存在散热涂料剥落隐患。另一种是采用真空溅射的方式在底板上形成氮化铝层，如一篇公开号为CN102969437A中国专利申请，揭示一种LED发光元器件，包括LED芯片、玻璃基板，玻璃基板上面固定LED芯片及金属导电线路，玻璃基板与LED芯片连接面上涂有氮化铝涂层，所述氮化铝涂层通过磁控溅射的成膜方式生长在玻璃基板上。然而，采用磁控溅射的方式生成氮化铝时速度很慢，且制造成本高，目前大都处在实验阶段，难以进行产业化。
[0005]本发明人设计一种在铝板上生成氮化铝薄膜的方法，参见公开号为CN104617213A的中国发明专利申请。该申请公开一种在氮气环境下利用电火花产生的高温使铝板表面的铝与氮气反应，进而在铝板表面生成氮化铝薄膜层的方法。具体包括以下步骤:I)清洗，首先将铝板置于装有丙酮的超声波清洗机中清洗去除铝板表面油污，然后将铝板置于碱液中浸泡去除铝板表面的氧化层;2)氮化铝薄膜层制备，在氮气环境下，将脉冲电源的一极与铝板连接，将脉冲电源的另一极与工具电极连接，利用工具电极与铝板间放电产生的瞬时高温将铝板表面的铝氮化成氮化铝。与传统的氮化铝复合基板制造方法相比，该发明专利申请具有制备工艺简单，加工效率高，生产成本低，氮化铝薄膜层不易剥落的特点。但该工艺要求工具电极与铝板之间的间隙在0.0lmm-0.2mm之间，间隙小，大面积生成均匀的氮化铝较为困难，尤其是在铝板表面为非平面的情况下实施该工艺受局限。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种不受放电距离和工件表面形状限制、适用于大面积生成且厚度均匀的氮化铝薄膜生成方法。
[0007]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
[0008]一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法，其特征在于，将铝板浸入到含氮液体中，利用液中放电使含氮液体中的氮与铝板表面的铝发生反应进而在铝板表面生成氮化铝薄膜。
[0009]作为改进地，所述液中放电于浸在含氮液体中的铝板与工作液的交界面上产生，脉冲电源的一极与铝板连接，脉冲电源的另一极与辅助工具电极连接。
[0010]作为改进地，所述含氮液体是含有铵根离子的导电液体。
[0011]作为改进地，所述脉冲电源的单相脉冲电压为100-800V，脉宽为200ys，脉间为100ys0
[0012]作为改进地，所述含氮液体为尿素溶液或铵盐溶液，在含氮液体中添加有乙二胺四乙酸二钠和六偏磷酸钠。
[0013]作为改进地，所述铵盐为碳酸铵、碳酸氢铵、磷酸氢二铵、氯化铵或硫酸铵。
[0014]作为改进地，每升含氮溶液中包含有:10-50g尿素，l_5g乙二胺四乙酸二钠，0.1-1g六偏磷酸钠。
[0015]作为改进地，每升含氮溶液中包含有:30g尿素，3g乙二胺四乙酸二钠，0.5g六偏磷酸钠;液中放电采用单相脉冲，工作电压为470V，脉宽为200ys，脉间为100ys，加工时间为30mino
[0016]作为改进地，每升含氮溶液中包含有:150-250g碳酸铵，15-25g乙二胺四乙酸二钠，l_5g六偏磷酸钠。
[0017]作为改进地，每升含氮溶液中包含有:167g碳酸铵，15g乙二胺四乙酸二钠，2.5g六偏磷酸钠;液中放电采用单相脉冲，工作电压为200V，脉宽为200ys，脉间为100ys，加工时间为30min。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0019]—、将铝板浸在含氮液体中，采用液中放电的方式在铝板表面生成氮化铝薄膜，不仅加工效率高、制得的氮化铝薄膜均匀性好，而且克服了电火花放电对放电间隙的要求，不受放电距离和工件(铝板)表面形状限制、特别适用于大面积铝板表面氮化铝的快速生成。
[0020]二、通过对含氮液体的成分、脉冲电源工作参数的限定，有效避免液中放电时氧化铝的产生，铝板表面生成的氮化铝薄膜纯度高、散热性能好。
【具体实施方式】
[0021]为方便本领域技术人员更好地理解本发明的实质，下面对本发明的【具体实施方式】进行详细阐述。
[0022]实施例一
[0023]—种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法，其特征在于，将铝板浸入到含氮液体中，利用液中放电使含氮液体中的氮与铝板表面的铝发生反应进而在铝板表面生成氮化铝薄膜。
[0024]其中，所述液中放电是于浸在含氮液体中的铝板与工作液的交界面上产生，脉冲电源的一极与铝板连接，脉冲电源的另一极与辅助工具电极连接。
[0025]本实施例中，优选含氮液体为尿素溶液，每升尿素溶液中含有:30g尿素，3g乙二胺四乙酸二钠，0.5g六偏磷酸钠。
[0026]在其他实施方式中，尿素溶液中各成分的含量可按以下范围进行适当调整，每升含氮溶液中包含有:10_50g尿素，l_5g乙二胺四乙酸二钠，0.1-1g六偏磷酸钠；不限于本实施例。
[0027]具体放电时，采用单相脉冲，工作电压为470V，脉宽为200ys，脉间为100ys，加工时间为30min。在放电过程中，尿素溶液中的铵根离子在高温、高压环境下与铝板表面的铝发生反应生成氮化铝。经实际测试，最终在铝板上生产的氮化铝薄膜厚度为lMi。
[0028]本实施例将铝板浸在含氮液体中，采用液中放电的方式在铝板表面生成氮化铝薄膜，不仅加工效率高、制得的氮化铝薄膜均匀性好，而且克服了电火花放电对放电间隙的要求，不受放电距离限制和工件(铝板)表面形状、特别适用于大面积铝板表面氮化铝的快速生成。同时，通过对含氮液体的成分、脉冲电源工作参数、反应条件进行严格控制，有效避免液中放电时氧化铝的产生，铝板表面生成的氮化铝薄膜纯度高、散热性能好。
[0029]实施例二
[0030]本实施例提供一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法，其原理与实施例一基本一致，区别在于:
[0031]所述含氮液体为碳酸铵溶液，每升含氮溶液中包含有:200g碳酸铵，18g乙二胺四乙酸二钠，3g六偏磷酸钠。具体放电时，采用单相脉冲，工作电压为200V，脉宽为200ys，脉间为100ys，加工时间为30min。经实际测试，最终在铝板上生产的氮化铝薄膜厚度为4.7μπι。
[0032]在其他实施方式中，碳酸铵溶液中各成分的含量可按以下范围进行适当调整，每升含氮溶液中包含有:150-250g碳酸铵，15-25g乙二胺四乙酸二钠，l-5g六偏磷酸钠;不限于本实施例。
[0033]实施例三
[0034]本实施例提供一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法，其原理与实施例一基本一致，区别在于:
[0035]所述含氮液体为氯化铵溶液，每升含氮溶液中包含有:20g氯化铵，2g乙二胺四乙酸二钠，0.3g六偏磷酸钠。具体放电时，采用单相脉冲，工作电压为800V，脉宽为200ys，脉间为100ys，加工时间为30min。经实际测试，最终在铝板上生产的氮化铝薄膜厚度为1.5μπι。
[0036]实施例四
[0037]本实施例提供一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法，其原理与实施例一基本一致，区别在于:
[0038]所述含氮液体为氯化铵溶液，每升含氮溶液中包含有:200g碳酸氢铵，20g乙二胺四乙酸二钠，5g六偏磷酸钠。具体放电时，采用单相脉冲，工作电压为100V，脉宽为200ys，脉间为100ys，加工时间为30min。经实际测试，最终在铝板上生产的氮化铝薄膜厚度为4μπι。
[0039]以上【具体实施方式】对本发明的实质进行了详细说明，但并不能以此来对本发明的保护范围进行限制。显而易见地，在本发明实质的启示下，本技术领域普通技术人员还可进行许多改进和修饰，比如铵盐采用硫化铵或多种铵盐混合物等。需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种通过液中放电在铝板上生成氮化铝薄膜的方法，其特征在于，将铝板浸入到含氮液体中，利用液中放电使含氮液体中的氮与铝板表面的铝发生反应进而在铝板表面生成氮化铝薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液中放电于浸在含氮液体中的铝板与工作液的交界面上产生，脉冲电源的一极与铝板连接，脉冲电源的另一极与辅助工具电极连接。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含氮液体是含有铵根离子的导电液体。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脉冲电源的单相脉冲电压为100-800V，脉宽为200ys，脉间为100ys。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氮液体为尿素溶液或铵盐溶液，在含氮液体中添加有乙二胺四乙酸二钠和六偏磷酸钠。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述铵盐为碳酸铵、碳酸氢铵、磷酸氢二铵、氯化铵或硫酸铵。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每升含氮溶液中包含有:10-50g尿素，l-5g乙二胺四乙酸二钠，0.1 -1 g六偏磷酸钠。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，每升含氮溶液中包含有:30g尿素，3g乙二胺四乙酸二钠，0.5g六偏磷酸钠;液中放电采用单相脉冲，工作电压为470V，脉宽为200ys，脉间为100ys，加工时间为30min。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每升含氮溶液中包含有:150-250g碳酸铵，15-25g乙二胺四乙酸二钠，I _5g六偏磷酸钠。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，每升含氮溶液中包含有:167g碳酸铵，15g乙二胺四乙酸二钠，2.5g六偏磷酸钠;液中放电采用单相脉冲，工作电压为200V，脉宽为200ys，脉间为100ys，加工时间为30min。
【文档编号】C23C22/66GK105908176SQ201610303934
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】叶树林, 朱中槐
【申请人】佛山科学技术学院