CN107829089A - 一种二极管散热基板表面的涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二极管散热基板表面的涂层制备方法，其具体操作如下：制备纯度为99.5％的氮化硼材料即涂料，待用；采用激光熔覆工艺将上述制备所得的涂料熔覆于基体即二极管散热基板的表面上以形成二极管散热基板表面的涂层；其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率1000～3500W、扫描速度为3～12mm/S、送粉量为6～20g/min。本发明具有环保安全的特性；整个制备过程不仅工序相对简单，而且能够使得涂层很好的与二极管散热基板结合，另外，涂层稳定性良好、耐高温、耐磨损、及较低成本，尤为重要的是，具有很强的热传导能力。

Description

一种二极管散热基板表面的涂层制备方法
【技术领域】
本发明涉及二极管制备工序，具体涉及一种二极管散热基板表面的涂层制备方法。
【背景技术】
二极管包含二极管芯片、树脂绝缘层及散热基板。其中，二极管散热基板主要是利用其散热基板材料本身具有较佳的热传导性，将热源从二极管芯片导出。二极管散热基板可细分为两大类别，分别为二极管芯片基板与系统电路板，此两种不同的散热基板分别承载着二极管晶粒与二极管芯片，将二极管晶粒发光时所产生的热能，经由二极管芯片散热基板至系统电路板，而后将热能导至散热鳍片、外壳或大气中的材料。
早期二极管产品的系统电路板多以印刷电路板(PCB)为主，但随着高功率二极管的需求增加，印刷电路板的材料散热能力有限，使其无法应用于其他高功率产品。为了改善高功率二极管散热问题，近期已发展出高热导系数铝基板(MCPCB)，利用金属材料散热特性较佳的特性，已达到较高功率产品散热的目的。然而随着二极管亮度与效能要求的持续发展，尽管系统电路板能将二极管芯片所产生的热有效的散到大气环境，但是二极管晶粒所产生的热能却无法有效的从晶粒传导至系统电路板，换而言之，当二极管功率往更高效提升时，整个二极管的散热瓶颈将出现在二极管晶粒散热基板。
基于上述面临问题，必须进一步改善或优化二极管散热基板表面的涂层即散热层，以解决大功率二极管散热基板整体无法及时散热的问题，
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种二极管散热基板表面的涂层制备方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种二极管散热基板表面的涂层制备方法，该制备方法包括如下具体操作步骤：
(1)制备纯度为99.5％的氮化硼材料即涂料，待用；且该氮化硼材料的组分如下：硼43wt％、三氧化二硼0.1wt％、碳0.03wt％、余量为水；
(2)、采用激光熔覆工艺将上述制备所得的涂料熔覆于基体即二极管散热基板的表面上以形成二极管散热基板表面的涂层；其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率1000～3500W、扫描速度为3～12mm/S、送粉量为6～20g/min。
进一步地，所述基体为铝合金6061，即采用铝合金6061作为二极管散热基板，且该铝合金6061有如下质量份的组分组成：铝98.61～96.0份；硅0.4～0.8份；镁0.8～1.2份；铬0.04～0.35份；铜0.15～0.4份。
进一步地，所述激光熔覆工艺选用预置式激光熔覆工艺或同步式激光熔覆工艺。
进一步地，所述氮化硼材料的粉末颗粒平均尺寸为60～160μm。
本发明的有益效果在于：
通过采用本发明制备的氮化硼材料作为涂料，并利用激光熔覆工艺结合具体参数，使得本发明二极管散热基板表面的涂层具有环保安全的特性，无损人体健康；整个制备过程不仅工序相对简单，而且能够使得涂层很好的与二极管散热基板冶金性的结合，另外，涂层化学安定性佳、电气绝缘兼具热传导性好、耐高温、耐磨损、及较低成本，尤为重要的是，具有很强的散热能力，从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命长。
【具体实施方式】
本发明一种二极管散热基板表面的涂层制备方法，该制备方法包括如下具体操作步骤：
(1)制备纯度为99.5％的氮化硼材料即涂料，待用；且该氮化硼材料的组分如下：硼43wt％、三氧化二硼0.1wt％、碳0.03wt％、余量为水；
(2)、采用激光熔覆工艺将上述制备所得的涂料熔覆于基体即二极管散热基板的表面上以形成二极管散热基板表面的涂层；其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率1000～3500W、扫描速度为3～12mm/S、送粉量为6～20g/min。
其中，所述基体为铝合金6061，即采用铝合金6061作为二极管散热基板，且该铝合金6061有如下质量份的组分组成：铝98.61～96.0份；硅0.4～0.8份；镁0.8～1.2份；铬0.04～0.35份；铜0.15～0.4份。选用该铝合金6061作为二极管散热基板，具有焊接性优良、导热系数高、耐蚀性及冷加工性好的特点。
氮化硼材料的粉末颗粒平均尺寸为60～160μm，使得最终制得的二极管散热基板表面的涂层更为均匀；且通过对本发明中的氮化硼材料进行理化性质测定，可知其密度0.4g/cm3，且具有电气绝缘(7x10-8/℃)、低介电常数(4.15)、抗高温熔点为(3070℃)、耐蚀与物/化性稳定、热传导性佳(250W/mk)、超硬耐磨及润化好(温度600℃48小时失重率0.36％)、化学稳定性佳(常温下与各种强酸/强碱均不起作用)、高散热能力及无毒安全等特性。
激光熔覆工艺选用预置式激光熔覆工艺或同步式激光熔覆工艺，两种中的任一种工艺都是现有成熟的工艺，具体地：同步式激光熔覆工艺是将粉末直接喷在激光辐射所形成的移动熔池上，涂层一次性形成，采用同步/侧向送粉方式，送粉气体为惰性，该工艺在激光束持续工作过程中，熔覆材料以粉末形式，被连续的输送到熔池；根据粉末喷射头和激光工作头的集成情况，还可以将同步送粉方式细分为同轴送粉方式，即粉末喷射头和激光工作头集成；或者侧向送粉方式，即粉末喷射头和激光工作头分开，其中以激光工作头中心，粉末喷射头可以在其360度范围内的任一方向。而预置式激光熔覆工艺是将要涂覆的材料通过电镀、化学镀、等离子喷涂和手工粘结等方法预置于金属表面，然后经激光照射熔覆。
为了对本发明一种锅具不粘锅涂料层的制备方法进行进一步地阐述说明，申请人例举了如下几个实施例，且在无特殊说明情况下，本发明中的百分数为质量百分数。
实施例1
制备纯度为99.5％的氮化硼材料即涂料，待用；且该氮化硼材料的组分如下：硼43wt％、三氧化二硼0.1wt％、碳0.03wt％、余量为水；
采用同步式激光熔覆工艺将上述制备所得的涂料熔覆于基体即二极管散热基板的表面上以形成二极管散热基板表面的涂层；其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率2000W、扫描速度为10mm/S、送粉量为7.5g/min。
且本实施中二极管散热基板采用铝合金6061，且该铝合金6061有如下质量份的组分组成：铝98.61份；硅0.6份；镁0.8份；铬0.35份；铜0.25份。
实施例2
制备纯度为99.5％的氮化硼材料即涂料，待用；且该氮化硼材料的组分如下：硼43wt％、三氧化二硼0.1wt％、碳0.03wt％、余量为水；
采用同步式激光熔覆工艺将上述制备所得的涂料熔覆于基体即二极管散热基板的表面上以形成二极管散热基板表面的涂层；其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率1000W、扫描速度为12mm/S、送粉量为6g/min。
且铝合金6061作为二极管散热基板，且该铝合金6061有如下质量份的组分组成：铝96.0份；硅0.4份；镁1.2份；铬0.20份；铜0.15份。
实施例3
制备纯度为99.5％的氮化硼材料即涂料，待用；且该氮化硼材料的组分如下：硼43wt％、三氧化二硼0.1wt％、碳0.03wt％、余量为水；
采用同步式激光熔覆工艺将上述制备所得的涂料熔覆于基体即二极管散热基板的表面上以形成二极管散热基板表面的涂层；其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率3500W、扫描速度为3mm/S、送粉量为20g/min。
且铝合金6061作为二极管散热基板，且该铝合金6061有如下质量份的组分组成：铝97.0份；硅0.8份；镁1.0份；铬0.04份；铜0.4份。
为了验证本发明制备方法制得的二极管散热基板表面的涂层的性能，对上述各实施例中具有本发明涂层的二级管散热基板进行测试，且以现有常见的二极管散热基板为对比，具体地，以现有树脂基板、环氧玻璃布(FR4)及金属核印刷电路板(MCPCB)，测试结果如下表1：
表1具有本发明涂层的二级管散热基板相较对比而言的测试结果
综上，通过采用本发明制备的氮化硼材料作为涂料，并利用激光熔覆工艺结合具体参数，使得本发明二极管散热基板表面的涂层具有环保安全的特性，无损人体健康；整个制备过程不仅工序相对简单，而且能够使得涂层很好的与二极管散热基板结合，另外，涂层稳定性良好、抗热冲击、耐磨损、及较低成本，尤为重要的是，具有很强的热传导能力兼具电气绝缘，热量能够迅速从导热材料传导到金属外壳或扩散板上，即确保大功率二极管散热基板整体能够及时散热，从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命长。

Claims (4)

1.一种二极管散热基板表面的涂层制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下具体操作步骤：
(1)制备纯度为99.5％的氮化硼材料即涂料，待用；且该氮化硼材料的组分如下：硼43wt％、三氧化二硼0.1wt％、碳0.03wt％、余量为水；
(2)、采用激光熔覆工艺将上述制备所得的涂料熔覆于基体即二极管散热基板的表面上以形成二极管散热基板表面的涂层；其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率1000～3500W、扫描速度为3～12mm/S、送粉量为6～20g/min。
2.根据权利要求1所述样子很锅具不粘锅涂料层的制备方法，其特征在于：所述基体为铝合金6061，即采用铝合金6061作为二极管散热基板，且该铝合金6061有如下质量份的组分组成：铝98.61～96.0份；硅0.4～0.8份；镁0.8～1.2份；铬0.04～0.35份；铜0.15～0.4份。
3.根据权利要求1所述样子很锅具不粘锅涂料层的制备方法，其特征在于：所述激光熔覆工艺选用预置式激光熔覆工艺或同步式激光熔覆工艺。
4.根据权利要求1所述样子很锅具不粘锅涂料层的制备方法，其特征在于：所述氮化硼材料的粉末颗粒平均尺寸为60～160μm。
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