一种钨铜法兰散热片的生产系统的制作方法

本发明涉及钨铜法兰散热片领域，尤其涉及一种钨铜法兰散热片的生产系统。

背景技术：

高端的半导体电子器件包括led、激光器和微波大功率器件等成本的60%以上来自封装，而封装技术的关键在于散热。散热不仅影响成本，而且还影响半导体器件性能的发挥。对于半导体电子器件而言，需要导热优良而又能导电的散热片，无氧铜是首选，价格便宜，能满足绝大部分电子器件的需求。但是，无氧铜的热膨胀系数比半导体的热膨胀系数要大3倍以上，在器件的使用过程中，热膨胀系数的差异和不匹配会导致半导体电子器件芯片开裂失效。钨铜、钼铜、cmc、cpc合金具有可调控的热膨胀系数，可以和芯片形成良好的热匹配，保证芯片的长期可靠性，同时和封装陶瓷也能形成良好的热膨胀匹配，保证封装管壳的密封可靠性。

目前市场中钨铜、钼铜产品采用烧结熔渗和热等静压法生产，工序复杂，加工困难，钨钼耗量大，生产成本高。cpc和cmc产品采用压延法生产，产品成品率很低，国内成品率在40%左右，国际上最好的奥地利plansee和日本住友公司成品率最高也只有60%，生产工艺决定了它的成品率。

传统工艺采用烧结溶渗法生产钨铜合金，工序复杂，加工困难，耗钨量大，生产成本高，材料热导率最高200w/m*k左右，一般仅为180-190w/m*k左右，这在一定程度上限制了ldmos等器件功率的进一步提高，但为了保证器件的可靠性，只能以牺牲器件的功率为代价。

因此，如何在保证芯片和法兰热匹配的前提下，尽可能的提高法兰片的热导率，成了本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钨铜法兰散热片的生产系统，工艺流程简单、成本低、且其制得的钨铜法兰散热片热导率高达380w/m*k、稳定可靠。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种钨铜法兰散热片的生产系统，其制得的钨铜法兰散热片的成本相对传统钨铜法兰散热片降低50%。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钨铜法兰散热片的生产系统，包括：

用于将钨铜粉末原料进行处理，得到钨铜混合粉的粉末提供机构，所述钨铜混合粉为粒径2-15um的球形粉末颗粒，所述球形粉末颗粒包括钨颗粒以及包覆在钨颗粒外的铜层，所述钨颗粒为纳米级，所述铜层为微米级；

用于将钨铜混合粉进行预先烧结融化的预融化机构，所述预融化机构包括用于通入氢气的氢气供给单元、用于融入氩气的氩气供给单元以及加热单元；

用于将紫铜基材进行粗加工的粗加工机构；

用于将紫铜基材的表面进行喷砂毛化处理的喷砂机；

用于将钨铜混合粉喷涂到紫铜基材上的等离子热喷涂设备，所述等离子热喷涂设备包括喷枪、用于提供钨铜混合粉的送粉器、气体流量表、空气控制器和供气系统，所述喷枪与送粉器连接，所述空气控制器用于控制过滤空气，所述空气控制器与气体流量表连接，所述供气系统用于通入氮气、氧气和/或丙烷，所述供气系统与气体流量表连接，所述气体流量表与喷枪连接；

用于将喷涂有钨铜涂层的紫铜基材进行抛光处理的抛光机构；

用于将抛光后的基材进行加工成型的成型机构；

所述粉末提供机构、预融化机构、粗加工机构、喷砂机、等离子热喷涂设备、抛光机构和成型机构依次连接。

作为上述方案的改进，所述钨颗粒的粒径为10-100nm，所述铜层的厚度为2~15um。

作为上述方案的改进，所述钨颗粒的粒径为20-50nm，所述铜层的厚度为4~12um。

作为上述方案的改进，所述喷枪与紫铜基材的距离为8-12mm。

作为上述方案的改进，所述喷枪的喷涂角度为30-45°。

作为上述方案的改进，所述预融化机构中，氢气和氩气的比例为1-2:2-3，加热单元的加热温度为1000-1300℃。

作为上述方案的改进，所述供气系统包括用于通入氮气的氮气瓶、用于通入氧气的氧气瓶和用于通入丙烷的丙烷瓶，所述氮气瓶的数量为1-2个，所述氧气瓶的数量为3-5个，所述丙烷瓶的数量为2-4个。

作为上述方案的改进，所述氮气、氧气、丙烷的通入比例为1-2：3-5：2-4。

作为上述方案的改进，所述成型机构包括：

用于将抛光后的基材与普通紫铜板材叠合并进行热压处理的热压单元；

与热压单元连接，用于将热压后的基材进行超声波清洗的清洗单元；

与清洗单元连接，用于将清洗后的基材进行退火处理的退火炉。

作为上述方案的改进，还包括镀镍机构，所述镀镍机构设于成型机构之后。

实施本发明的有益效果在于：

本发明提供一种钨铜法兰散热片的生产系统，包括粉末提供机构、预融化机构、粗加工机构、喷砂机、等离子热喷涂设备、抛光机构和成型机构。

其中，粉末提供机构用于提供钨铜混合粉，所述钨铜混合粉为粒径2-15um的球形粉末颗粒，所述球形粉末颗粒包括钨颗粒以及包覆在钨颗粒外的铜层。本发明选用纳米级别的无颗粒和微米级别的铜层，可以使得钨铜混合粉的表面更加致密，孔隙率低至0.6%。

粉末提供机构之后设有预融化机构，预融化机构包括用于通入氢气的氢气供给单元、用于融入氩气的氩气供给单元以及加热单元。本发明在热喷涂之前，对粉末进行预先的团聚烧结，这样生产成本相对传统钨铜法兰片降低50%，产品具有明显的性价比优势，在现在钨铜散热片市场上有强大的竞争力。

本发明采用了等离子表面淀积技术生产钨铜法兰散热片，等离子热喷涂设备包括喷枪、送粉器、气体流量表、空气控制器和供气系统，将钨铜混合粉喷涂在紫铜基材上，制得的钨铜法兰散热片的热导率高达380w/m*k，相对传统钨铜法兰片热导率提高100%，应用了所述钨铜法兰散热片的器件的功率可以提高50%以上。而且，采用等离子表面淀积技术生产钨铜法兰散热片，在热喷涂的过程中，可以调节涂层的厚度，进而改进钨铜法兰的热膨胀系数，能够与其他各种半导体和陶瓷等材料相匹配，增加了钨铜法兰的使用范围。

综上，本发明工艺流程简单，成本低，且其制得的钨铜法兰散热片热导率高达380w/m*k，生产成本相对传统钨铜法兰片降低50%，稳定可靠。

附图说明

图1是本发明钨铜法兰散热片的生产系统第一实施例的示意图；

图2是钨铜混合粉的剖视图；

图3是预融化机构的示意图；

图4是成型设备的示意图；

图5是等离子热喷涂设备的示意图；

图6是本发明钨铜法兰散热片的生产系统第二实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图1，本发明提供了一种钨铜法兰散热片的生产系统的第一实施例，包括：

用于将钨铜粉末原料进行处理，得到钨铜混合粉的粉末提供机构10；

用于将钨铜混合粉进行预先烧结融化的预融化机构20；

用于将紫铜基材进行粗加工的粗加工机构30；

用于将紫铜基材的表面进行喷砂毛化处理的喷砂机40；

用于将钨铜混合粉喷涂到紫铜基材上的等离子热喷涂设备50；

用于将喷涂有钨铜涂层的紫铜基材进行抛光处理的抛光机构60；

用于将抛光后的基材进行加工成型的成型机构70；

所述粉末提供机构10、预融化机构20、粗加工机构30、喷砂机40、等离子热喷涂设备50、抛光机构60和成型机构70依次连接。

参见图2，粉末提供机构10用于提供钨铜混合粉，所述钨铜混合粉为粒径2-15um的球形粉末颗粒，所述球形粉末颗粒包括钨颗粒21以及包覆在钨颗粒外的铜层22，所述钨颗粒21为纳米级，所述铜层22为微米级。优选的，所述钨颗粒21的粒径为10-100nm，所述铜层22的厚度为2~15um。更佳的，所述钨颗粒21的粒径为20-50nm，所述铜层22的厚度为4~12um。本发明选用纳米级别的无颗粒和微米级别的铜层，可以使得钨铜混合粉的表面更加致密，孔隙率低至0.6%，保证产品表面的光洁度和平整度。

具体的，钨铜混合粉的制备方法如下：选取颗粒的平均粒径10-100nm的纳米级钨颗粒，和2~15um的铜粉，经1050℃高温烧结后，用熔化的铜将纳米级钨颗粒团聚成球形粉末。

参见图3，所述预融化机构20包括用于通入氢气的氢气供给单元21、用于融入氩气的氩气供给单元22以及加热单元23。优选的，所述氢气和氩气的比例为1-2:2-3，所述加热单元23的加热温度为1000-1300℃。更佳的，所述氢气和氩气的比例为1:2，所述加热单元23的加热温度为1200-1300℃。需要说明的是，氢气供给单元21、氩气供给单元22以及加热单元23均可以依据现有技术进行设置，例如氢气供给单元21选用氢气瓶即可，氩气供给单元22选用氩气瓶即可，加热单元23选用电热器即可。

本发明在热喷涂之前，对粉末进行预先的团聚烧结，这样生产成本相对传统钨铜法兰片降低50%，产品具有明显的性价比优势，在现在钨铜散热片市场上有强大的竞争力。

所述粗加工机构30可以是切割机，用于将紫铜基材切割成目标尺寸。

所述喷砂机40将紫铜基材的表面进行喷砂毛化处理，避免砂粒残留，影响涂层与紫铜基板的结合。

抛光机构60将喷涂有钨铜涂层的紫铜基材进行抛光处理，能够保证涂层的平整度均匀，孔隙率更低，更加致密。

参见图4，成型机构70用于将抛光后的基材进行加工成型，包括：用于将抛光后的基材与普通紫铜板材叠合并进行热压处理的热压单元71，热压温度为860℃，热压压力为35t；与热压单元71连接，用于将热压后的基材进行超声波清洗的清洗单元72，目的在于去除表面残留的石墨粉；与清洗单元72连接，用于将清洗后的基材进行退火处理的退火炉73，增加基材之间的结合力。

进一步，下面结合图5来对等离子热喷涂设备50进行重点阐述。图5显示了用于将钨铜混合粉喷涂到紫铜基材7上的等离子热喷涂设备50，包括喷枪1、送粉器2、气体流量表3、空气控制器4和供气系统5，所述喷枪1与送粉器2连接，所述空气控制器4用于控制过滤空气，所述空气控制器4与气体流量表3连接，所述供气系统5用于通入氮气、氧气和/或丙烷，所述供气系统5与气体流量表3连接，所述气体流量表3与喷枪1连接。本发明以丙烷为燃气,将送粉器2提供的粉料通过喷枪1进行燃烧，再在紫铜基材7上实现喷涂处理。其中，气体流量表3和空气控制器4用于控制喷涂过程中的气体的流量和过滤空气的流量，保证喷涂过程的稳定顺利进行。需要说明的是，所述喷枪可以选用型号为qt-e-7/h，qt-e2000-7h，cp-3000的喷枪。

具体的，所述供气系统5包括用于通入氮气的氮气瓶51、用于通入氧气的氧气瓶52和用于通入丙烷的丙烷瓶53，所述氮气瓶51的数量优选为1-2个，所述氧气瓶52的数量优选为3-5个，所述丙烷瓶53的数量优选为2-4个。更佳的，所述氮气瓶51的数量为1个，所述氧气瓶52的数量为4个，所述丙烷瓶53的数量为3个。

所述氮气、氧气、丙烷的通入比例优选为1-2：3-5：2-4。更佳的，所述氮气、氧气、丙烷的通入比例优选为1：4：3。

本发明采用了等离子表面淀积技术生产钨铜法兰散热片，制得的钨铜法兰散热片的热导率高达380w/m*k，相对传统钨铜法兰片热导率提高100%，应用了所述钨铜法兰散热片的器件的功率可以提高50%以上。而且，采用等离子表面淀积技术生产钨铜法兰散热片，在热喷涂的过程中，可以调节涂层的厚度，进而改进钨铜法兰的热膨胀系数，能够与其他各种半导体和陶瓷等材料相匹配，增加了钨铜法兰的使用范围。

现有的等离子喷涂设备一般选用粒径为45μm的普通粉料，就达到可以等离子淀积的要求粒径，但是，采用上述粉料的孔隙率高，无法大幅提升产品的性能。

所述喷枪1与紫铜基材7的距离为8-12mm。优选的，所述喷枪1与紫铜基材7的距离为8-10mm。喷枪1与紫铜7基材保持特定距离，可以保证钨铜混合粉均匀地喷涂在紫铜基材上，产品结构对称涂层容差在10um以内。而且结合力达70mpa，同时产品能够经受800℃高温10分钟。

本发明制得钨铜法兰散热片非常可靠，钨铜法兰散热片贴在芯片后，芯片在高低温变化工作时不会开裂，能够给予高功率工作芯片较好的散热处理，进而使芯片能够高效、稳定的工作。经测试，本发明可以在200度高温下热循环1000次，芯片不开裂。

现有的喷枪与基材的一般距离为100-250mm，然而本发明为了配合上述钨铜混合粉，需要将喷枪与紫铜基材的距离设为8-12mm，否则，钨铜混合粉不能均匀地喷涂在紫铜基材上，喷涂涂层出现部分厚部分薄的情况。

所述喷枪1的喷涂角度为30-45°，可以保证钨铜混合粉均匀地喷涂在紫铜基材上。

参见图6，图6是本发明钨铜法兰散热片的生产系统第二实施例，所述生产系统还包括镀镍机构80，所述镀镍机构80设于成型机构70之后，可以满足某些法兰镀镍的需求。

综上，本发明工艺流程简单，成本低，且其制得的钨铜法兰散热片热导率高达380w/m*k，生产成本相对传统钨铜法兰片降低50%，稳定可靠。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。