一种多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板及制备方法

文档序号:25544045发布日期:2021-06-18 20:42阅读:来源:国知局

技术特征:

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,第一种粉体为钛或钛合金,第二种粉体为铜或铜合金,所述喷枪将所述钛或钛合金、铜或铜合金依次喷涂在氮化硅陶瓷表面。

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氮化硅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向氮化硅陶瓷上先敷钛或钛合金,再敷铜或铜合金;

所述粉体源中的钛粉或钛合金粉,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;

所述钛粉或钛合金粉被融化后,经所述等离子体喷嘴喷出,在所述氮化硅陶瓷表面覆钛或钛合金;

所述铜粉或铜合金粉被融化后,经所述等离子体喷嘴喷出,在所述覆钛或钛合金的氮化硅陶瓷表面覆铜或铜合金,形成双复合金属层结构。

5.根据权利要求4所述的多层金属覆膜氮化硅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氮化硅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氮化硅陶瓷基板的制备方法,其中,所述钛合金选自钛的锡合金、钛的铬合金、钛的锌合金、钛的钛合金、钛的银合金、钛的镧合金、钛的钐合金、钛的钆合金、钛的钇合金、钛的钕合金、钛的铜合金和钛的钨合金中的一种或多种;

可选地,所述钛粉或钛合金粉其粒径分布在10μm至150μm,优选地,所述粒径分布在10μm至30μm。

8.根据权利要求7所述的多层金属覆膜氮化硅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、铜的钼合金、铜的钯合金、铜的钕合金、铜的钛合金和铜的钨合金中的一种或多种;

可选地,所述铜的钛合金中的铜钛含量与所述钛的铜合金中的铜钛含量不同;

可选地,所述铜粉或铜合金粉其粒径分布在10μm至150μm,优选地,所述粒径分布在10μm至100μm。

9.根据权利要求4至6中任一项所述的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板的制备方法,其中,所述氮化硅陶瓷选自纯度为90wt.%至99wt.%;

可选地,所述氮化硅陶瓷基板表面粗糙度为0.2μm至20μm;优选地,所述氮化硅陶瓷基板表面粗糙度为0.3μm至10μm。

10.根据权利要求5中所述的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板的制备方法,其中,所述等离子束横截面为圆形,直径为0.5mm至3mm;可选地,所述等离子束横截面为直径1mm圆弧。

11.根据权利要求4至6中任一项所述的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板的制备方法,其中,所述向氮化硅陶瓷上敷钛或钛合金和铜或铜合金双金属层包括以下步骤:

1)将清洗后氮化硅陶瓷基板固定到平台上,将掩模版覆盖在氮化硅陶瓷的待操作面;可选地,所述氮化硅陶瓷基板还进行了预处理,所述预处理包括使用喷砂机对所述氮化硅陶瓷基板表面进行喷砂处理提高表面粗糙度;清洗干净后进行超声清洗,烘干后即完成预处理操作;

2)送钛或钛合金粉并进行大气等离子喷涂作业,制备敷钛或钛合金的氮化硅陶瓷电路板;

3)更换粉体至铜或铜金属粉,送铜或铜合金粉并进行大气等离子喷涂作业,在步骤2)制备的钛或钛合金层表面覆铜或铜合金,制备双金属层氮化硅陶瓷电路板。

12.根据权利要求11所述的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板的制备方法,其中,所述掩模版的厚度为0.2毫米至1毫米;

可选地,所述掩模版的材质选自不锈钢、铝合金、坡莫合金、钛或钛合金。

13.根据权利要求11所述的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板的制备方法,其中,步骤2),步骤3)中,所述喷涂作业中的喷涂电流为100a至350a、喷涂距离为4cm至10cm、喷枪移动速率50mm/s至200mm/s;

可选地,送粉速率为3毫克/秒至15毫克/秒、载气流速5升/分钟至10升/分钟;

可选地,喷涂次数视基板面积和涂层厚度要求为1次至10次,喷涂时间为10秒至1分钟;

可选地,在步骤2)所述喷涂作业前,还包含使用等离子体对氮化硅陶瓷,表面进行吹扫并预热,所述等离子体由等离子气体生成;

可选地,在步骤3)所述喷涂作业前,还包含使用等离子体对敷钛或钛合金的氮化硅陶瓷表面进行吹扫并预热,所述等离子体由等离子气体生成。

14.根据权利要求13所述的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板的制备方法,其中,所述预热并吹扫氮化硅陶瓷操作的设定电流值为100a至300a,吹扫时间为5s至10s;优选地,对氮化硅陶瓷表面进行吹扫并预热,所述设定电流值为200a,吹扫时间为10s或5s;

可选地,所述预热的预热温度为200℃至400℃;

可选地,预热时设置等离子气体流速5升/分钟至15升/分钟;优选地,所述等离子气体的流速10升/分钟。

15.根据权利要求13所述的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板的制备方法,其中,所述预热并吹扫敷钛或钛合金的氮化硅陶瓷操作的设定电流值为100a至300a,吹扫时间为5s至10s;优选地,所述设定电流值为150a,吹扫时间为10s或5s;

可选地,所述预热的预热温度为200℃至400℃;

可选地,预热时设置等离子气体流速5升/分钟至15升/分钟;优选地,所述等离子气体的流速10升/分钟。

16.一种多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板,所述氮化硅陶瓷电路板使用权利要求4至15中任一项所述的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板的制备方法得到;

可选地,所述钛或钛合金的喷涂厚度为1μm至100μm;铜或铜合金的喷涂厚度为2μm至200μm。


技术总结
本申请公开了一种多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板及制备方法。所述制备方法分别选用金属钛或钛合金粉体,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硅陶瓷基板表面,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硅陶瓷界面结合强度高、电导率高的多层金属覆膜氮化硅陶瓷基板。本发明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氮化硅陶瓷基板上,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。

技术研发人员:潘伟;刘广华
受保护的技术使用者:清华大学
技术研发日:2021.04.19
技术公布日:2021.06.18
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