一种碳材料表面处理的方法与流程

1.本发明涉及基础材料表面处理领域，尤其涉及一种碳材料表面处理的方法。


背景技术：

2.碳材料，是以碳元素为基础材料，例如：石墨制品、及以石墨为基材的浸渍填充产品等。碳材料拥有优异的机械性能及导热散热性能，使其在国防军事、芯片承载封装等高精尖行业内得到了广泛地运用。例如：核电站内衬的三级包容衬底应用(辐射级、传导级、堆层级)、高速导弹及返回式卫星的外层包覆、半导体、激光器及功率芯片的封装基材等等。
3.碳材料的导热散热性能尤为凸出，通过以下表格能够清晰得出：
[0004][0005]
1、密度：相同体积的材料，石墨是最轻量的材料。
[0006]
2、比热：相同重量的情况下，石墨吸收热量的能力属于中等偏上的水平。
[0007]
3、导热系数：由于石墨晶体的片层结构，其导热系数各向异性，通过粉末层压的加工方式制成的石墨片块其导热系数各向同性的实测导热系数为260-300左右，与金属铝接近。
[0008]
4、热辐射系数：这是石墨最优异的性能，在相同的体积或重量，相同的外部散热环境，持续注入相同功率(能量)的前提条件下，石墨能够保证由其承载或包覆的物件，在最低的温度下到达热平衡，从而保护物件的运用可靠性。优秀的热辐射性能使石墨在航空航天卫星、核反应堆、激光器和功率芯片的热沉封装材料及其他高精尖国防场景上都有运用。
[0009]
碳材料现阶段由于很多技术、工艺的问题未得到很好的解决，碳材料的特殊性能也限制了它在特定场景下的运用，例如：由于碳材料分子层间结合力很差，对于很多表面处理材料不能很好地浸润，因此很多碳材料的运用场景均采用特殊胶水粘接的方式来解决表层包覆及固定的问题。由于碳材料的导电性，也限制了在功率芯片封装行业的运用。现阶段很多碳材料的运用场景，是被特殊陶瓷及各种金属材料暂时替代使用。
[0010]
综上，碳材料目前急需解决的问题有以下两点：
[0011]
1.如何使碳材料表面绝缘；
[0012]
2.如何使碳材料能够被表面处理材料很好地浸润。


技术实现要素：

[0013]
为了解决上述问题，本发明提出一种碳材料表面处理的方法。
[0014]
本发明通过以下技术方案实现的：
[0015]
本发明提出一种碳材料表面处理的方法，所述碳材料表面处理的方法包括以下步骤：
[0016]
s1：在碳材料基材表面注入碳化物，使碳材料基材表面形成基础过渡层；
[0017]
s2：在所述基础过渡层表面注入绝缘材料，使所述基础过渡层表面形成绝缘层。
[0018]
进一步的，在步骤s1中，通过离子注入的方式在碳材料基材表面注入碳化物。
[0019]
进一步的，在步骤s1中，碳化物为具有立体分子晶格形式的碳化物。
[0020]
进一步的，在步骤s2中，通过离子注入的方式在所述基础过渡层中注入绝缘材料。
[0021]
进一步的，所述碳材料表面处理的方法还包括以下步骤：
[0022]
s3：在所述绝缘层表面附着金属，使所述绝缘层表面形成第一金属化层。
[0023]
进一步的，在步骤s3中，通过蒸镀的方式在所述绝缘层表面附着金属。
[0024]
进一步的，所述第一金属化层包括第一过渡层、第一基底层和第一保护层；所述第一过渡层采用过渡金属，所述第一基底层采用高导电率金属，所述第一保护层采用惰性金属。
[0025]
进一步的，所述碳材料表面处理的方法还包括以下步骤：
[0026]
s1-2：在所述基础过渡层表面附着金属，使所述基础过渡层表面形成第二金属化层。
[0027]
进一步的，在步骤s1-2中，通过蒸镀的方式在所述基础过渡层表面附着金属。
[0028]
进一步的，所述第二金属化层包括第二过渡层、第二基底层和第二保护层；所述第二过渡层采用过渡金属，所述第二基底层采用高导电率金属，所述第二保护层采用惰性金属。
[0029]
本发明的有益效果：
[0030]
1.本发明提出的碳材料表面处理的方法能够在碳材料表面形成第一金属化层，从而将碳材料表面金属化，进而使碳材料与金属材料之间能够用钎焊的方式连接起来，提高碳材料的可操作性及运用可靠性。
[0031]
2.本发明提出的碳材料表面处理的方法能够在碳材料表面形成绝缘层，从而将碳材料表面绝缘化，进而使碳材料达到类似于陶瓷基材的绝缘性能。
附图说明
[0032]
图1为本发明的碳材料表面处理的方法的框架示意图；
[0033]
图2为通过步骤s1-s3处理后的碳材料基材的结构示意图；
[0034]
图3为通过步骤s1和s2处理后的碳材料基材的结构示意图；
[0035]
图4为通过步骤s1和s1-2处理后的碳材料基材的结构示意图。
具体实施方式
[0036]
为了更加清楚、完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0037]
请参考图1至图4，本发明提出一种碳材料表面处理的方法，所述碳材料表面处理的方法包括以下步骤：
[0038]
s1：在碳材料基材表面注入碳化物，使碳材料基材表面形成基础过渡层10；
[0039]
s2：在所述基础过渡层10表面注入绝缘材料，使所述基础过渡层10表面形成绝缘层20。
[0040]
在本实施方式中，所述碳材料表面处理的方法能够在碳材料表面形成所述绝缘层20，从而将碳材料表面绝缘化，进而使碳材料达到类似于陶瓷基板的绝缘性能。
[0041]
进一步的，在步骤s1中，通过离子注入的方式在碳材料基材表面注入碳化物。
[0042]
在本实施方式中，离子注入方式包括：真空电子束、高温等离子扩散、真空溅射、高温烧结等，磁控溅射为真空溅射的一种，优选磁控溅射作为离子注入工艺；注入(扩散)厚度应该根据运用场景和焊接牢固程度来具体处理，一般应控制在2-10um的范围之内。
[0043]
进一步的，在步骤s1中，碳化物为具有立体分子晶格形式的碳化物。
[0044]
在本实施方式中，优选碳化硅作为碳化物。
[0045]
进一步的，在步骤s2中，通过离子注入的方式在所述基础过渡层10中注入绝缘材料。
[0046]
在本实施方式中，离子注入方式包括：真空电子束、高温等离子扩散、真空溅射、高温烧结等，磁控溅射为真空溅射的一种，优选磁控溅射作为离子注入工艺；注入(扩散)厚度应该根据运用场景和电气绝缘性能来具体处理，一般应控制在2-10um的范围之内；绝缘材料包括所有具有绝缘性能的氧化物及各种混合绝缘材料，例如：氮化硅、氧化铝、氧化钛、其他陶瓷混合物等等，优选二氧化硅。
[0047]
进一步的，所述碳材料表面处理的方法还包括以下步骤：
[0048]
s3：在所述绝缘层20表面附着金属，使所述绝缘层20表面形成第一金属化层30。
[0049]
在本实施方式中，所述碳材料表面处理的方法能够在碳材料表面形成所述绝缘层20，从而将碳材料表面绝缘化，进而使碳材料达到类似于陶瓷基板的绝缘性能，并且能够在所述绝缘层20表面附着金属，使所述绝缘层20表面形成所述第一金属化层30，从而将碳材料表面金属化，进而使碳材料与金属材料之间能够用钎焊的方式连接起来，提高碳材料的可操作性及运用可靠性，最终使碳材料能够被表面处理材料很好地浸润。
[0050]
进一步的，在步骤s3中，通过蒸镀的方式在所述绝缘层20表面附着金属。
[0051]
在本实施方式中，蒸镀的方式包括：真空蒸镀、真空电子束、离子扩散、真空溅射等，磁控溅射为真空溅射的一种，优选磁控溅射作为蒸镀工艺。
[0052]
在本实施方式中，在完成步骤s2后，根据掩膜版的形制，通过蒸镀的方式做出对应的金属化图案，蒸镀的厚度需要根据所述第一金属化层30的电流设计来处理，一般厚度为2-10um的范围之内。
[0053]
进一步的，所述第一金属化层30包括第一过渡层32、第一基底层31和第一保护层33；所述第一过渡层32采用过渡金属，所述第一基底层31采用高导电率金属，所述第一保护层33采用惰性金属。
[0054]
在本实施方式中，所述第一过渡层32采用铬、镍或其合金等，优选铬金属，厚度为6-10a(a为单位埃)；所述第一基底层31采用银、铜或其合金等，优选铜金属，厚度为2-10um；所述第一保护层33采用金、银、铂或其合金，优选金金属，厚度为0.1-0.5um。
[0055]
进一步的，所述碳材料表面处理的方法还包括以下步骤：
[0056]
s1-2：在所述基础过渡层10表面附着金属，使所述基础过渡层10表面形成第二金属化层40。
[0057]
在本实施方式中，所述碳材料表面处理的方法能够在碳材料表面形成所述第二金属化层40，从而将碳材料表面金属化，进而使碳材料与金属材料之间能够用钎焊的方式连接起来，提高碳材料的可操作性及运用可靠性，最终使碳材料能够被表面处理材料很好地浸润。
[0058]
在本实施方式中，在完成步骤s1后，根据掩膜版的形制，通过蒸镀的方式做出对应的金属化图案，蒸镀的厚度需要根据所述第二金属化层40的电流设计来处理，一般厚度为2-10um的范围之内。
[0059]
进一步的，在步骤s1-2中，通过蒸镀的方式在所述基础过渡层10表面附着金属。
[0060]
在本实施方式中，蒸镀的方式包括：真空蒸镀、真空电子束、离子扩散、真空溅射等，磁控溅射为真空溅射的一种，优选磁控溅射作为蒸镀工艺。
[0061]
进一步的，所述第二金属化层40包括第二过渡层42、第二基底层41和第二保护层43；所述第二过渡层42采用过渡金属，所述第二基底层41采用高导电率金属，所述第二保护层43采用惰性金属。
[0062]
在本实施方式中，所述第二过渡层42采用铬、镍或其合金等，优选铬金属，厚度为6-10a(a为单位埃)；所述第二基底层41采用银、铜或其合金等，优选铜金属，厚度为2-10um；所述第二保护层43采用金、银、铂或其合金，优选金金属，厚度为0.1-0.5um。
[0063]
当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。