CN102054713A - 金属基氮化铝板绝缘基板制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属基复合材料领域，特别是一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法；其特征在于包含下列步骤：选择金属基材、对金属基材进行表面前置处理，以使基材表面清洁平整、将经过前置处理的金属基材进行表面氧化化、对表面氧化后的金属基材喷涂氮化铝层；具有制作工艺简单、成品质量稳定、生产成本低的金属基氮化铝绝缘基板的制作方法。

Description

金属基氮化铝板绝缘基板制备方法 

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，特别是一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法。 

背景技术

随着大功率、高密度电子器件的发展，电子器件的散热问题日益突出。特别是近年来大功率LED的应用，使得解决其散热问题显得异常重要。由于LED的光谱中不含红外部分，LED芯片产生的热量只能以热传导的形式通过基板进行散热。 

传统的金属基覆铜板采用导热系数低的环氧树脂作为绝缘、粘接层，散热效果不够理想。氮化铝绝缘基板用导热系数高的氮化铝材料替代了导热系数低的环氧树脂，散热效果可有较大提升。 

公知的制备氮化铝绝缘基板的方法主要采用共烧法：该方法是将混合有高熔点金属粉末的金属糊膏混合烧结助剂涂覆于铝基板表面，以1700℃左右的高温进行烧结，使得铝基板表面的铝原子与空气中的氮气直接反应形成氮化铝层，达到制备氮化铝绝缘基板的目的。高熔点金属一般为钨或钼，常用的烧结助剂为稀土或碱土金属的氧化物或氟化物，如Y₂O₃、YF₃、Yb₂O₃、MgO、BaO、B₂O₃、CaO、SiO₂、La₂O₃、CeO₂和Eu₂O₃、Dy₂O₃等。共烧法的特色在于氮化铝层与铝基板的结合力较好。然而由于此种方式为长时间连续高温烧结，铝基板的边缘部分在烧结过程中容易出现变形，因而成品率低。 

在已公开的公开号为CN101521986A的中国专利中，介绍了一种可降低烧结温度的氮化铝绝缘基板制备方法：该方法在铝基板表面涂覆一层金属膏，金属膏为铝膏和铟膏中的一种，再将氮化铝粉末均匀涂覆在金属膏表面。然后将基板放置于腔压为5毫托儿(milliTorr)以下真空腔体中，再对真空腔体中通入氨气，并将基板加热到400℃-580℃，就可得到一氮化铝绝缘基板。该方法降低了烧结温度，减少了基板变形，相比于传统的共烧法有较大改进。然而由于制 备过程中要使用真空腔体，同时仍然需要加热到较高温度，因此仍然存在生产工艺复杂、成本高的缺点。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作工艺简单、成品质量稳定、生产成本低的金属基氮化铝绝缘基板的制作方法。 

为实现上述目的，本发明提供的金属基氮化铝绝缘基板制作方法是采用下述步骤实现的：其特征在于包含下列步骤：选择金属基材、对金属基材进行表面前置处理、对前置处理后的金属基材进行表面氧化处理、对表面氧化处理后的金属基材喷涂氮化铝层。 

所述选择金属基材：选择金属板材和散热性金属型材的一种，其材质为铝或铝合金中的一种，其中金属板材的厚度至少为0.5mm。 

所述对金属基材进行表面前置处理步骤如下：表面修正、喷砂处理和化学抛光处理。 

所述对金属基材表面进行喷砂处理中用于喷砂处理的砂子颗粒至少为250目，该喷砂处理表面的厚度为10-500nm。 

所述表面化学抛光的处理工艺为：将该金属基材放入浓磷酸、浓硝酸、冰乙酸质量比为85％∶5％∶10％的混合液体中进行抛光，化学抛光的温度保持在120±5℃。 

所述表面氧化处理工艺是：将经过喷砂并经化学抛光处理的金属基材的表面采用阳极氧化和微弧氧化中的一种工艺；使金属基材上生成厚度为5-20um的氧化层，最后用去离子水清洗、烘干。 

所述喷涂氮化铝层步骤是：直接在氧化所形成的绝缘层上用等离子喷涂工艺均匀涂覆氮化铝粉末层，该氮化铝粉末层的厚度为5-25um；所述氮化铝粉末直径为10-30nm，纯度在99％以上。 

由于本发明采用了在氧化后的铝基板表面喷涂导热性好、耐腐蚀的氮化铝作为绝缘层的方法，使得绝缘层在厚度较小的情况下既保证了散热性能，又得到较高的绝缘强度和较好的耐酸碱腐蚀的能力。同时采用等离子喷涂的方法，能保证氮化铝层与基板有较好的结合力，同时还能克服在共烧法中铝基板因烧结温度高达1700℃带来的变形问题。再者，该方法操作简便，且保持低成本的 特点。 

附图说明

图1为本发明选用的金属板材结构示意图。 

图2为表面氧化处理后的金属板材结构示意图。 

图3为本发明方法制备的金属基氮化铝绝缘基板结构示意图之一。 

图4为本发明选用的金属型材结构示意图。 

图5为表面氧化处理后的金属型材结构示意图。 

图6为本发明方法制备的金属基氮化铝绝缘基板结构示意图之二。 

附图标号说明：1-金属板材，2-氧化层、3-喷涂的氮化铝层、4-金属型材。 

具体实施方式

本发明所述的金属基氮化铝绝缘基板的制备方法，其制备工艺包含下列步骤：选择金属基材、对金属基材进行表面前置处理、对前置处理过的金属基材进行表面氧化、对表面氧化后的金属基材喷涂氮化铝层。 

下面结合附图举以下实施例进行说明： 

实施例1： 

参照附图1-图3：采用金属板材制作金属基氮化铝绝缘基板的方法。 

为本发明一实施例的制备方法，其包含下列步骤： 

选择金属基材：选择金属板材1作为金属基材，该金属板材为铝或铝合金中的一种。 

对金属基材进行表面前置处理：将金属板材1进行表面前置处理，该前置处理包含以下步骤：表面修正、喷砂处理和化学抛光处理。 

所述表面处理：对所提供的金属板材1进行去除毛刺和尖角的修整； 

所述喷砂处理：用250目以上的砂子对金属板材1表面进行喷砂处理，喷砂处理表面的厚度为10-500nm； 

化学抛光处理：将该金属板材1放入浓磷酸、浓硝酸、冰乙酸质量比为85％∶5％∶10％的混合液体中进行抛光，化学抛光的温度保持在120±5℃。 

对前置处理过的金属基材进行表面氧化：采用阳极氧化和微弧氧化中的一种工艺，使金属板材1上生成厚度为5-20um的氧化层2，然后用去离子水清洗 烘干；对前置处理过的金属板材1进行阳极氧化，阳极氧化既可对金属板材1整体进行保护，也减小了需喷涂的氮化铝绝缘层厚度，同时氧化后表面多孔状的结构增强了与氮化铝层2的结合力。 

对表面氧化后的金属基材喷涂氮化铝层：在金属板材1的氧化层2上用等离子喷涂工艺均匀涂覆一层5-25um的氮化铝粉末，形成一氮化铝层3，采用的氮化铝粉末直径为10-40nm，纯度在99％以上；氮化铝层可有效保证金属板材1的耐酸碱的腐蚀性，同时氮化铝拥有高绝缘强度和良好的导热性能，也保证了基板的绝缘性和散热性。 

由此，即可制备得到一金属基氮化铝绝缘基板。 

实施例2： 

参照附图4-图6：采用金属型材制作金属基氮化铝绝缘基板的方法。 

该实施例与实施例1其差异在于该实施例2中提供的金属基材为金属型材5，而实施例1提供的金属基材为金属板材1，本实施例2的步骤与第一实施例相同，在此不再赘述。 

Claims (8)

1.一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，其特征在于包含下列步骤：选择金属基材、对金属基材进行表面前置处理、对前置处理后的金属基材进行表面氧化处理、对表面氧化处理后的金属基材喷涂氮化铝层。

2.根据权利1所要求的一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，其特征在于所述金属基材为金属板材和散热性金属型材的一种，其材质为铝或铝合金中的一种，其中金属板材的厚度至少为0.5mm。

3.根据权利1所要求的一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，其特征在于所述对金属基材进行表面前置处理包含如下工艺步骤：表面修正、喷砂处理和化学抛光处理。

4.根据权利3所要求的一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，其特征在于所述对金属基材表面进行喷砂处理中用于喷砂处理的砂子颗粒至少为250目，该喷砂处理表面的厚度为10-500nm。

5.根据权利3所要求的一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，其特征在于所述化学抛光处理工艺是：将该金属基材放入浓磷酸、浓硝酸、冰乙酸质量比为85％∶5％∶10％的混合液体中进行抛光，化学抛光的温度保持在120±5℃

6.根据权利1所要求的一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，其特征在于所述表面氧化是指：将经过喷砂并经化学抛光处理的金属基材的表面采用阳极氧化和微弧氧化中的一种工艺，使金属基材上生成厚度为5-20um的氧化层，然后用去离子水清洗、并烘干。

7.根据权利1所要求的一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，其特征在于所述喷涂氮化铝层步骤是：直接在氧化所形成的绝缘层上用等离子喷涂工艺均匀涂覆氮化铝粉末层，该氮化铝粉末层的厚度为5-25um。

8.根据权利7所要求的一种金属基氮化铝绝缘基板制备方法，其特征在于所述氮化铝粉末直径为10-30nm，纯度在99％以上。

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