CN110572946B - 一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，通过将氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物进行有效配比，制备成陶瓷瓷釉，最后制得的陶瓷铝基覆铜板导热率为3.75‑4.5W/m.k，耐压性为18‑40KV/mm。本发明通过从烘干筒一侧开口内拉动固定板，固定板带动底部的杆套延水平杆移动，进而带动固定板移动出烘干筒内腔，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，推动固定板将其推入烘干筒内腔，开启伸缩气缸，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，解决现有技术中陶瓷铝板在烘干设备内不易放置、固定以及取出的技术问题。

Description

一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法
技术领域
本发明涉及铝基覆铜板制备技术领域，具体涉及一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法。
背景技术
陶瓷铝基覆铜板既具有陶瓷的高导热系数、高耐热、高电绝缘性、高机械强度、与硅芯片相近的热膨胀系数以及低介质损耗等特点，又具有无氧铜的高导电性和优异焊接性能，是当今电力电子领域功率模块封装、连接芯片与散热衬底的关键材料，广泛应用于各类电气设备及电子产品。
专利文件（201710247342.7）公开了一种陶瓷基覆铜板及其制备工艺，该工艺制备得到的陶瓷基覆铜板的通过在陶瓷基片上依次设计有铝合金层、铜层，加上加厚镀铜后的热处理，得到金属层与陶瓷基片的结合更加稳固可靠，特别是未使用污染环境的氢氟酸，有利于绿色生产。但是该陶瓷基覆铜板的导热性以及耐压性均不佳，同时现有技术中的陶瓷基覆铜板在烘干设备内取出、固定、放置都不方便，同时烘干设备的烘干筒并不能自动闭合，实用性不强，烘干的效率也并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，解决以下技术问题：（1）通过将氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物进行有效配比，根据ISO22007-2:2008，最终制备得到的陶瓷铝基覆铜板导热率为3.75-4.5W/m.k，根据GBT24344-2009，耐压性为18-40KV/mm，解决现有技术中陶瓷铝基覆铜板的导热性和耐压性不佳的技术问题；（2）通过从烘干筒一侧开口内拉动固定板，固定板带动底部的杆套延水平杆移动，进而带动固定板移动出烘干筒内腔，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，推动固定板将其推入烘干筒内腔，开启伸缩气缸，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，解决现有技术中陶瓷铝板在烘干设备内不易放置、固定以及取出的技术问题；（3）通过驱动电机输出轴带动丝杠转动，丝杠外周面的连接件带动安装板朝向固定罩内移动，安装板带动两侧底部的滑块延滑轨移动，进而安装板带动顶部的烘干筒朝向至固定罩内的端盖方向移动，烘干筒与端盖配合卡合，同时端板上的凸块与翻转底板上开设的凹槽配合卡合，通过翻转气缸、连接板、翻转底板、端板的配合设计，使得陶瓷铝板可以在烘干筒内实现翻转，使得分布的电加热丝可以充分的对陶瓷铝板表面进行烘干，解决现有技术中烘干设备烘干效率不高，同时烘干筒无法自动闭合的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用喷枪将陶瓷瓷釉均匀的喷涂在铝板上，高温加固，形成陶瓷铝板；
步骤二：在陶瓷铝板陶瓷面涂覆一层表面活性剂，从烘干筒一侧开口内拉动固定板，固定板带动底部的杆套延水平杆移动，进而带动固定板移动出烘干筒内腔，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，推动固定板将其推入烘干筒内腔，开启伸缩气缸，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，驱动电机输出轴带动丝杠转动，丝杠外周面的连接件带动安装板朝向固定罩内移动，安装板带动两侧底部的滑块延滑轨移动，进而安装板带动顶部的烘干筒朝向至固定罩内的端盖方向移动，烘干筒与端盖配合卡合，同时端板上的凸块与翻转底板上开设的凹槽配合卡合，电热风机朝向伸缩气管排入热空气，热空气通过接管座进入烘干筒内腔，电加热丝对烘干筒内腔进行加热，翻转气缸输出端带动连接板转动，连接板带动翻转底板翻转，翻转底板带动端板翻转，进而带动固定板上的陶瓷铝板进行翻转，对陶瓷铝板陶瓷面的表面活性剂进行烘干；
步骤三：将烘干后的陶瓷铝板的陶瓷面涂覆高导热粘结层，将涂覆高导热层的陶瓷铝板与铜箔叠加，形成叠合体，将叠合体在真空热压机中进行热压，再进行冷压，制得陶瓷铝基覆铜板。
进一步的，步骤一中加固温度为450℃-570℃，加固时间为3-10 min。
进一步的，所述陶瓷瓷釉由氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物构成，各成分的质量比为（1-5）：（25-35）：（15-25）：（2-10）：（20-40），所述碱金属氧化物由氧化钠、氧化钾和氧化锂构成，各成分的质量比为4:3:1，所述瓷釉喷涂厚度为10-200μm。
进一步的，步骤二中烘干温度为140℃-200℃，烘干时间为5-30 min，表面活性剂为OP-10、OP-30、OP-40或KH-560。
进一步的，高导热粘结层由环氧树脂和无机纳米氧化物混合组成，高导热粘结层的厚度为10-30μm，无机纳米氧化物包括氧化锌、氧化钛、氧化钙、氧化锑、氧化铝、氧化锆、氧化硼或氧化硅；无机纳米氧化物的粒径为1-150nm。
进一步的，步骤三中真空热压机的热压温度为140℃-220℃，热压时间为20-60min。
进一步的，烘干设备的工作步骤为：从烘干筒一侧开口内拉动固定板，固定板带动底部的杆套延水平杆移动，进而带动固定板移动出烘干筒内腔，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，推动固定板将其推入烘干筒内腔，开启伸缩气缸，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，驱动电机输出轴带动丝杠转动，丝杠外周面的连接件带动安装板朝向固定罩内移动，安装板带动两侧底部的滑块延滑轨移动，进而安装板带动顶部的烘干筒朝向至固定罩内的端盖方向移动，烘干筒与端盖配合卡合，同时端板上的凸块与翻转底板上开设的凹槽配合卡合，电热风机朝向伸缩气管排入热空气，热空气通过接管座进入烘干筒内腔，电加热丝对烘干筒内腔进行加热，翻转气缸输出端带动连接板转动，连接板带动翻转底板翻转，翻转底板带动端板翻转，进而带动固定板上的陶瓷铝板进行翻转，对陶瓷铝板陶瓷面的表面活性剂进行烘干。
本发明的有益效果：
（1）本发明的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，通过将氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物进行有效配比，制备成陶瓷瓷釉，最后制得的陶瓷铝基覆铜板具有良好的导热性和耐压性，添加环氧树脂，环氧基的化学活性配合无机纳米氧化物大大提高陶瓷铝基覆铜板的化学稳定性，铜箔和陶瓷层具有优良的导热效果，粘结层和陶瓷层具有优良的绝缘效果，耐压能力也得到提升，根据ISO22007-2:2008，最终制备得到的陶瓷铝基覆铜板导热率为3.75-4.5W/m.k，根据GBT24344-2009，耐压性为18-40KV/mm。
（2）通过从烘干筒一侧开口内拉动固定板，固定板带动底部的杆套延水平杆移动，进而带动固定板移动出烘干筒内腔，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，推动固定板将其推入烘干筒内腔，开启伸缩气缸，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，通过该设置，使得陶瓷铝板更加容易在烘干筒内放置与取出，同时满足对不同尺寸的陶瓷铝板进行夹持，实用性强；
（3）通过驱动电机输出轴带动丝杠转动，丝杠外周面的连接件带动安装板朝向固定罩内移动，安装板带动两侧底部的滑块延滑轨移动，进而安装板带动顶部的烘干筒朝向至固定罩内的端盖方向移动，烘干筒与端盖配合卡合，同时端板上的凸块与翻转底板上开设的凹槽配合卡合，通过该设置，使得烘干筒与端盖可以自动闭合，便于烘干筒的烘干，无需人为推动烘干筒或者将端盖关闭，节省人为劳动力损耗，电热风机朝向伸缩气管排入热空气，热空气通过接管座进入烘干筒内腔，电加热丝对烘干筒内腔进行加热，翻转气缸输出端带动连接板转动，连接板带动翻转底板翻转，翻转底板带动端板翻转，进而带动固定板上的陶瓷铝板进行翻转，对陶瓷铝板陶瓷面的表面活性剂进行烘干，通过翻转气缸、连接板、翻转底板、端板的配合设计，使得陶瓷铝板可以在烘干筒内实现翻转，使得分布的电加热丝可以充分的对陶瓷铝板表面进行烘干，有效提升烘干效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明烘干设备的结构示意图；
图2是本发明烘干筒的内部结构图；
图3是本发明固定板的俯视图；
图4是本发明端盖的平面图；
图5是本发明固定罩的内部结构图。
图中：1、机架；2、固定罩；3、驱动电机；4、丝杠；5、滑轨；6、安装板；7、烘干筒；8、翻转气缸；9、接管座；91、进气口；10、连接板；11、翻转底板；111、凹槽；12、水平杆；13、杆套；14、固定板；15、伸缩气缸；151、夹持块；16、端盖；17、端板；171、凸块；18、电加热丝；19、电热风机；20、伸缩气管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5所示，本发明提供一种技术方案：
实施例1
一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用喷枪将陶瓷瓷釉均匀的喷涂在铝板上，高温加固，形成陶瓷铝板；
步骤二：在陶瓷铝板陶瓷面涂覆一层表面活性剂，从烘干筒一侧开口内拉动固定板，固定板带动底部的杆套延水平杆移动，进而带动固定板移动出烘干筒内腔，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，推动固定板将其推入烘干筒内腔，开启伸缩气缸，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，驱动电机输出轴带动丝杠转动，丝杠外周面的连接件带动安装板朝向固定罩内移动，安装板带动两侧底部的滑块延滑轨移动，进而安装板带动顶部的烘干筒朝向至固定罩内的端盖方向移动，烘干筒与端盖配合卡合，同时端板上的凸块与翻转底板上开设的凹槽配合卡合，电热风机朝向伸缩气管排入热空气，热空气通过接管座进入烘干筒内腔，电加热丝对烘干筒内腔进行加热，翻转气缸输出端带动连接板转动，连接板带动翻转底板翻转，翻转底板带动端板翻转，进而带动固定板上的陶瓷铝板进行翻转，对陶瓷铝板陶瓷面的表面活性剂进行烘干；
步骤三：将烘干后的陶瓷铝板的陶瓷面涂覆高导热粘结层，将涂覆高导热层的陶瓷铝板与铜箔叠加，形成叠合体，将叠合体在真空热压机中进行热压，再进行冷压，制得陶瓷铝基覆铜板。
具体的，步骤一中加固温度为450℃，加固时间为3 min。陶瓷瓷釉由氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物构成，质量比为5：30：20：8：38，碱金属氧化物由氧化钠、氧化钾和氧化锂构成，质量比为4:3:1，瓷釉喷涂厚度为120μm。步骤二中烘干温度为180℃，烘干时间为10 min，表面活性剂为KH-560，KH-560溶液为KH-560与丙酮的混合溶液，其配比为KH-560：丙酮=1:10。高导热粘结层为四溴双酚A环氧树脂和氧化铝的混合物，四溴双酚A环氧树脂：氧化铝=1:1.2，高导热粘结层的厚度为10μm，无机纳米氧化物包括氧化锌、氧化钛、氧化钙、氧化锑、氧化铝、氧化锆、氧化硼或氧化硅；步骤三中真空热压机的热压温度为170℃，热压时间为40min，高压30Kg/cm2,再进行冷压30 min，至温度冷却至室温，制得陶瓷铝基覆铜板。
实施例1制备得到的陶瓷铝基覆铜板导热率为3.75W/m.k，耐压性为18KV/mm。
实施例2
一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用喷枪将陶瓷瓷釉均匀的喷涂在铝板上，高温加固，形成陶瓷铝板；
步骤二：在陶瓷铝板陶瓷面涂覆一层表面活性剂，从烘干筒一侧开口内拉动固定板，固定板带动底部的杆套延水平杆移动，进而带动固定板移动出烘干筒内腔，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，推动固定板将其推入烘干筒内腔，开启伸缩气缸，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，驱动电机输出轴带动丝杠转动，丝杠外周面的连接件带动安装板朝向固定罩内移动，安装板带动两侧底部的滑块延滑轨移动，进而安装板带动顶部的烘干筒朝向至固定罩内的端盖方向移动，烘干筒与端盖配合卡合，同时端板上的凸块与翻转底板上开设的凹槽配合卡合，电热风机朝向伸缩气管排入热空气，热空气通过接管座进入烘干筒内腔，电加热丝对烘干筒内腔进行加热，翻转气缸输出端带动连接板转动，连接板带动翻转底板翻转，翻转底板带动端板翻转，进而带动固定板上的陶瓷铝板进行翻转，对陶瓷铝板陶瓷面的表面活性剂进行烘干；
步骤三：将烘干后的陶瓷铝板的陶瓷面涂覆高导热粘结层，将涂覆高导热层的陶瓷铝板与铜箔叠加，形成叠合体，将叠合体在真空热压机中进行热压，再进行冷压，制得陶瓷铝基覆铜板。
具体的，步骤一中加固温度为570℃，加固时间为10min。陶瓷瓷釉由氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物构成，质量比为3：35：18：5：35，碱金属氧化物由氧化钠、氧化钾和氧化锂构成，质量比为4:3:1，瓷釉喷涂厚度为150μm。步骤二中烘干温度为180℃，烘干时间为10 min，表面活性剂为KH-560，KH-560溶液为KH-560与丙酮的混合溶液，其配比为KH-560：丙酮=1:10。高导热粘结层为四溴双酚A环氧树脂和氮化铝的混合物，四溴双酚A环氧树脂：氮化铝=1:1.2，高导热粘结层的厚度为30μm，无机纳米氧化物包括氧化锌、氧化钛、氧化钙、氧化锑、氧化铝、氧化锆、氧化硼或氧化硅；步骤三中真空热压机的热压温度为190℃，热压时间为50min，高压30Kg/cm2,再进行冷压30 min，至温度冷却至室温，制得陶瓷铝基覆铜板。
实施例2制备得到的陶瓷铝基覆铜板导热率为4.5/m.k，耐压性为40KV/mm。
请参阅图1-5所示，烘干设备包括机架1，机架1顶部安装有丝杠4，丝杠4两侧均设置有滑轨5，且丝杠4一端连接驱动电机3的输出轴，驱动电机3通过电机固定座安装于机架1顶部，丝杠4外周面连接件固定连接安装板6下端面，安装板6下端面均固定有滑轨5上表面滑动的滑块，安装板6顶部通过固定安装有烘干筒7，烘干筒7一侧为开口状，且烘干筒7远离开口一侧壁安装有翻转气缸8，翻转气缸8输出端贯穿烘干筒7侧壁且固定连接有连接板10，连接板10固定于翻转底板11上端面一侧，翻转底板11上端面安装有两个水平设置水平杆12，水平杆12外周面滑动设置有杆套13，杆套13固定于固定板14下端面，固定板14顶部两侧对称安装有四个伸缩气缸15，伸缩气缸15活塞杆端部安装有夹持块151，翻转底板11远离连接板10一侧表面开设有凹槽111，固定罩2一侧内壁安装有端盖16，端盖16与烘干筒7一侧的开口配合卡设，端盖16内转动安装有端板17，端板17上固定安装有凸块171，凸块171与翻转底板11上的凹槽111配合卡设，端板17周围等弧度设置有六个电加热丝18，电加热丝18安装于端盖16内壁，烘干筒7顶部中间位置开设有进气口91，进气口91上设置有接管座9，接管座9上连通有伸缩气管20，伸缩气管20远离接管座9一端贯穿固定罩2上壁连接至电热风机19出风口，电热风机19安装于固定罩2上壁。
请参阅图1-5所示，本实施例的烘干设备的工作过程如下：
从烘干筒7一侧开口内拉动固定板14，固定板14带动底部的杆套13延水平杆12移动，进而带动固定板14移动出烘干筒7内腔，将陶瓷铝板放置在固定板14上表面，推动固定板14将其推入烘干筒7内腔，开启伸缩气缸15，伸缩气缸15活塞杆推动夹持块151对陶瓷铝板两侧进行夹持，驱动电机3输出轴带动丝杠4转动，丝杠4外周面的连接件带动安装板6朝向固定罩2内移动，安装板6带动两侧底部的滑块延滑轨5移动，进而安装板6带动顶部的烘干筒7朝向至固定罩2内的端盖16方向移动，烘干筒7与端盖16配合卡合，同时端板17上的凸块171与翻转底板11上开设的凹槽111配合卡合，电热风机19朝向伸缩气管20排入热空气，热空气通过接管座9进入烘干筒7内腔，电加热丝18对烘干筒7内腔进行加热，翻转气缸8输出端带动连接板10转动，连接板10带动翻转底板11翻转，翻转底板11带动端板17翻转，进而带动固定板14上的陶瓷铝板进行翻转，对陶瓷铝板陶瓷面的表面活性剂进行烘干。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：用喷枪将陶瓷瓷釉均匀的喷涂在铝板上，高温加固，形成陶瓷铝板；
步骤二：在陶瓷铝板陶瓷面涂覆一层表面活性剂，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，驱动电机输出轴带动丝杠转动，丝杠外周面的连接件带动安装板朝向固定罩内移动，安装板带动两侧底部的滑块延滑轨移动，进而安装板带动顶部的烘干筒朝向至固定罩内的端盖方向移动，烘干筒与端盖配合卡合，同时端板上的凸块与翻转底板上开设的凹槽配合卡合，电热风机朝向伸缩气管排入热空气，热空气通过接管座进入烘干筒内腔，电加热丝对烘干筒内腔进行加热，翻转气缸输出端带动连接板转动，连接板带动翻转底板翻转，翻转底板带动端板翻转，进而带动固定板上的陶瓷铝板进行翻转，对陶瓷铝板陶瓷面的表面活性剂进行烘干；
步骤三：将烘干后的陶瓷铝板的陶瓷面涂覆高导热粘结层，将涂覆高导热层的陶瓷铝板与铜箔叠加，形成叠合体，将叠合体在真空热压机中进行热压，再进行冷压，制得陶瓷铝基覆铜板。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法,其特征在于，步骤一中加固温度为450℃-570℃，加固时间为3-10 min。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法,其特征在于，所述陶瓷瓷釉由氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化硼和碱金属氧化物构成，各成分的质量比为（1-5）：（25-35）：（15-25）：（2-10）：（20-40），所述碱金属氧化物由氧化钠、氧化钾和氧化锂构成，各成分的质量比为4:3:1，所述瓷釉喷涂厚度为10-200μm。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法,其特征在于，步骤二中烘干温度为140℃-200℃，烘干时间为5-30 min，表面活性剂为OP-10、OP-30、OP-40或KH-560。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法,其特征在于，所述高导热粘结层由环氧树脂和无机纳米氧化物混合组成，高导热粘结层的厚度为10-30μm，所述无机纳米氧化物包括氧化锌、氧化钛、氧化钙、氧化锑、氧化铝、氧化锆、氧化硼或氧化硅；所述无机纳米氧化物的粒径为1-150nm。
6.根据权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法,其特征在于，步骤三中真空热压机的热压温度为140℃-220℃，热压时间为20-60min。
7.根据权利要求1所述的一种陶瓷铝基覆铜板的制备方法,其特征在于，烘干设备的工作步骤为：从烘干筒一侧开口内拉动固定板，固定板带动底部的杆套延水平杆移动，进而带动固定板移动出烘干筒内腔，将陶瓷铝板放置在固定板上表面，推动固定板将其推入烘干筒内腔，开启伸缩气缸，伸缩气缸活塞杆推动夹持块对陶瓷铝板两侧进行夹持，驱动电机输出轴带动丝杠转动，丝杠外周面的连接件带动安装板朝向固定罩内移动，安装板带动两侧底部的滑块延滑轨移动，进而安装板带动顶部的烘干筒朝向至固定罩内的端盖方向移动，烘干筒与端盖配合卡合，同时端板上的凸块与翻转底板上开设的凹槽配合卡合，电热风机朝向伸缩气管排入热空气，热空气通过接管座进入烘干筒内腔，电加热丝对烘干筒内腔进行加热，翻转气缸输出端带动连接板转动，连接板带动翻转底板翻转，翻转底板带动端板翻转，进而带动固定板上的陶瓷铝板进行翻转，对陶瓷铝板陶瓷面的表面活性剂进行烘干。
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