CN111519059A - 一种制备高性能铝基碳化硅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备高性能铝基碳化硅的方法，涉及铝基碳化硅生产技术领域，包括如下步骤：粉碎研磨、制浆、铝粉溶解、搅拌混合、注浆、化学镀镍以及清洗烘干，在铝基碳化硅生产的过程中，涉及改性碳化硅浆液和铝液混合的操作时，采用真空搅拌机来替代现有技术中所采用的普通机械式搅拌机，可以有效避免搅拌机混合腔室中，因存在气体而导致物料混合不均匀的问题，并且在传统工艺中所执行的注浆操作之后，新增设有化学电镀处理工艺，即在已经成型的铝基碳化硅的表面电镀一层镍金属离子，从而可以让铝基碳化硅的表面更加的平滑和光亮，而且降低了铝基碳化硅内部结构的应力，增强铝金属与碳化硅陶瓷金属化层的结合力。

Description

一种制备高性能铝基碳化硅的方法
技术领域
本发明涉及铝基碳化硅生产技术领域，具体为一种制备高性能铝基碳化硅的方法。
背景技术
随着LED制造技术的飞跃以及器件更高性能的要求，对封装材料提出了更新、更高的要求，传统材料不再适用于高功率密度器件的封装，过去大量使用的铝、铜、可伐或半导体材料等不能达到良好的导热指标和轻便的要求，而且成本较高，已不能满足这种高功率密度的需要。这使得电子器件热管理问题成为瓶颈。
电子器件热管理问题得不到很好的解决，会导致电子器件的热失效，从而造成封装体与芯片因受热膨胀而开裂，芯片散热性不佳而停止工作，当两种接触材料的热膨胀系数差异达到12ppm/K时，仅100次热循环就会出现热疲劳失效，在大功率LED应用中，高亮度产品的电流量提高(电流由早期0.3A发展到目前约1A)或因其高功率(由早期1W发展到目前约可达5W)致使单位面积高热量产生。目前光电转换效率，每100％的能源只有约20％产生光，而有80％的能源变为热能损耗，因此热量是能源最大的消耗。但同时若不移除多余的热能，则LED使用寿命及效能将折损，因此，为了保证此类设备的可靠性，就需要解决热管理这个问题，解决这一瓶颈最好的方法就是通过改变提高封装材料的性能。
铝基碳化硅作为目前主流的LED封装材料，在解决大功率LED芯片封装散热问题上具有其他材料无法比拟的优势，是目前最为理想的热管理解决方案，能够充分保证大功率LED的效率和可靠性，铝基碳化硅作为微电子理想的封装材料，适用于大功率LED芯片封装散热。
但是，目前在LED封装技术中所使用的铝基碳化硅材料，因该材料在生产过程中存在技术缺陷，进而导致在实际使用的过程中，存在如下问题：
1、现有技术所生产的铝基碳化硅，是将碳化硅颗粒增强物添加至盛放有处于熔融状态铝合金的搅拌容器中，该搅拌容器为普通设备，且通过一定方式的搅拌使得颗粒分散在铝合金的基体溶液中，再注入对应形状的模具中，通过高速压制，得到成品铝基碳化硅，上述方式由于在搅拌过程中，碳化硅颗粒增强物与铝合金基液未能在真空环境下完成混合处理，使得后期得到的成品铝基碳化硅在密度方面出现不均匀的问题，进而影响LED芯片的封装效果；
2、铝基碳化硅的上述生产工艺中，在得到成品铝基碳化硅后，因缺少化学镀镍操作，使得铝基碳化硅的表面灰暗且粗糙，影响产品美观性，而且其内部结构的内应力较大，铝金属与碳化硅陶瓷金属化层的结合力较弱。
综上所述，本领域的技术人员提出了一种制备高性能铝基碳化硅的方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种制备高性能铝基碳化硅的方法，解决了背景技术中所提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种制备高性能铝基碳化硅的方法，包括如下步骤：
S1、粉碎研磨：取碳化硅固定材料和金属铝，并分别依次对所述碳化硅和金属铝进行粉碎和研磨处理，获得粉末状的碳化硅和金属铝颗粒；
S2、制浆：取步骤S1所获取的碳化硅粉末，添加至偶联剂和去离子水的混合溶液中，机械搅拌，直至碳化硅粉末完全在所述混合溶液中溶解，得到改性碳化硅浆液；
S3、铝粉溶解：取步骤S1所获取的金属铝颗粒，添加至熔炉内，直至颗粒状的金属铝完全溶解，得到熔融状态的铝液；
S4、搅拌混合：将步骤S2中所获取的改性碳化硅浆液以及步骤S3所获取的铝液依次添加至真空搅拌机的搅拌腔室内，直至改性碳化硅浆液完全分散在铝液中，得到铝基碳化硅的熔融液；
S5、注浆：将步骤S4所获取的铝基碳化硅熔融液注入成型模具中，降温冷却后得到固态铝基碳化硅；
S6、化学镀镍：将步骤S5冷却至室温的固态铝基碳化硅放入盛有电镀液的电镀槽中，通入电流，获得表面包含一层金属镍的铝基碳化硅；
S7、清洗烘干：将步骤S6所获取的铝基碳化硅转移至流动水中，进行冲洗，除去表面电镀液后，转移至烘干设备中，进行干燥，即可。
优选的，所述步骤S1中，碳化硅和金属铝的颗粒度同为300目。
优选的，所述偶联剂至少为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷以及辛基三乙氨基硅烷中的一种或多种混合而成。
优选的，所述偶联剂与去离子水的体积比为1:8，碳化硅粉末与所述混合溶液的质量比为1:2。
优选的，所述步骤S2中，机械搅拌的转速至少为300r/min，且搅拌时间不低于45min。
优选的，所述步骤S4中改性碳化硅浆液与铝液的体积比为3:1。
优选的，所述步骤S6中，电镀液为Ni-P溶液。
有益效果
本发明提供了一种制备高性能铝基碳化硅的方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
1、该制备高性能铝基碳化硅的方法，在铝基碳化硅生产的过程中，涉及改性碳化硅浆液和铝液混合的操作时，采用真空搅拌机来替代现有技术中所采用的普通机械式搅拌机，真空搅拌机在混合上述物质时，可以有效避免搅拌机混合腔室中，因存在气体而导致物料混合不均匀，进而会影响后期生产的铝基碳化硅使用效果不理想的问题。
2、该制备高性能铝基碳化硅的方法，通过在传统工艺中所执行的注浆操作之后，新增设有化学电镀处理工艺，即在已经成型的铝基碳化硅的表面电镀一层镍金属离子，从而可以让铝基碳化硅的表面更加的平滑和光亮，而且降低了铝基碳化硅内部结构的应力，增强铝金属与碳化硅陶瓷金属化层的结合力。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种制备高性能铝基碳化硅的方法，包括如下步骤：
S1、粉碎研磨：取碳化硅固定材料和金属铝，并分别依次对所述碳化硅和金属铝进行粉碎和研磨处理，获得粉末状的碳化硅和金属铝颗粒；
S2、制浆：取步骤S1所获取的碳化硅粉末，添加至偶联剂和去离子水的混合溶液中，机械搅拌，直至碳化硅粉末完全在所述混合溶液中溶解，得到改性碳化硅浆液；
S3、铝粉溶解：取步骤S1所获取的金属铝颗粒，添加至熔炉内，直至颗粒状的金属铝完全溶解，得到熔融状态的铝液；
S4、搅拌混合：将步骤S2中所获取的改性碳化硅浆液以及步骤S3所获取的铝液依次添加至真空搅拌机的搅拌腔室内，直至改性碳化硅浆液完全分散在铝液中，得到铝基碳化硅的熔融液；
S5、注浆：将步骤S4所获取的铝基碳化硅熔融液注入成型模具中，降温冷却后得到固态铝基碳化硅；
S6、化学镀镍：将步骤S5冷却至室温的固态铝基碳化硅放入盛有电镀液的电镀槽中，通入电流，获得表面包含一层金属镍的铝基碳化硅；
S7、清洗烘干：将步骤S6所获取的铝基碳化硅转移至流动水中，进行冲洗，除去表面电镀液后，转移至烘干设备中，进行干燥，即可。
优选的，步骤S1中，碳化硅和金属铝的颗粒度同为300目。
优选的，偶联剂为甲基三甲氧基硅烷。
优选的，偶联剂与去离子水的体积比为1:8，碳化硅粉末与所述混合溶液的质量比为1:2。
优选的，步骤S2中，机械搅拌的转速至少为300r/min，且搅拌时间不低于45min。
优选的，步骤S4中改性碳化硅浆液与铝液的体积比为3:1。
优选的，步骤S6中，电镀液为Ni-P溶液。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种制备高性能铝基碳化硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、粉碎研磨：取碳化硅固定材料和金属铝，并分别依次对所述碳化硅和金属铝进行粉碎和研磨处理，获得粉末状的碳化硅和金属铝颗粒；
S2、制浆：取步骤S1所获取的碳化硅粉末，添加至偶联剂和去离子水的混合溶液中，机械搅拌，直至碳化硅粉末完全在所述混合溶液中溶解，得到改性碳化硅浆液；
S3、铝粉溶解：取步骤S1所获取的金属铝颗粒，添加至熔炉内，直至颗粒状的金属铝完全溶解，得到熔融状态的铝液；
S4、搅拌混合：将步骤S2中所获取的改性碳化硅浆液以及步骤S3所获取的铝液依次添加至真空搅拌机的搅拌腔室内，直至改性碳化硅浆液完全分散在铝液中，得到铝基碳化硅的熔融液；
S5、注浆：将步骤S4所获取的铝基碳化硅熔融液注入成型模具中，降温冷却后得到固态铝基碳化硅；
S6、化学镀镍：将步骤S5冷却至室温的固态铝基碳化硅放入盛有电镀液的电镀槽中，通入电流，获得表面包含一层金属镍的铝基碳化硅；
S7、清洗烘干：将步骤S6所获取的铝基碳化硅转移至流动水中，进行冲洗，除去表面电镀液后，转移至烘干设备中，进行干燥，即可。
2.根据权利要求1所述的一种制备高性能铝基碳化硅的方法，其特征在于，所述步骤S1中，碳化硅和金属铝的颗粒度同为300目。
3.根据权利要求1所述的一种制备高性能铝基碳化硅的方法，其特征在于，所述偶联剂至少为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷以及辛基三乙氨基硅烷中的一种或多种混合而成。
4.根据权利要求3所述的一种制备高性能铝基碳化硅的方法，其特征在于，所述偶联剂与去离子水的体积比为1:8，碳化硅粉末与所述混合溶液的质量比为1:2。
5.根据权利要求1所述的一种制备高性能铝基碳化硅的方法，其特征在于，所述步骤S2中，机械搅拌的转速至少为300r/min，且搅拌时间不低于45min。
6.根据权利要求1所述的一种制备高性能铝基碳化硅的方法，其特征在于，所述步骤S4中改性碳化硅浆液与铝液的体积比为3:1。
7.根据权利要求1所述的一种制备高性能铝基碳化硅的方法，其特征在于，所述步骤S6中，电镀液为Ni-P溶液。
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