本發明涉及噴涂設備領域，尤其涉及一種等離子熱噴涂設備。

背景技術：

高端的半導體電子器件包括led、激光器和微波大功率器件等成本的60%以上來自封裝，而封裝技術的關鍵在于散熱。散熱不僅影響成本，而且還影響半導體器件性能的發揮。對于半導體電子器件而言，需要導熱優良而又能導電的散熱片，無氧銅是首選，價格便宜，能滿足絕大部分電子器件的需求。但是，無氧銅的熱膨脹系數比半導體的熱膨脹系數要大3倍以上，在器件的使用過程中，熱膨脹系數的差異和不匹配會導致半導體電子器件芯片開裂失效。鎢銅、鉬銅、cmc、cpc合金具有可調控的熱膨脹系數，可以和芯片形成良好的熱匹配，保證芯片的長期可靠性，同時和封裝陶瓷也能形成良好的熱膨脹匹配，保證封裝管殼的密封可靠性。

目前市場中鎢銅、鉬銅產品采用燒結熔滲和熱等靜壓法生產，工序復雜，加工困難，鎢鉬耗量大，生產成本高。cpc和cmc產品采用壓延法生產，產品成品率很低，國內成品率在40%左右，國際上最好的奧地利plansee和日本住友公司成品率最高也只有60%，生產工藝決定了它的成品率。

傳統工藝采用燒結溶滲法生產鎢銅合金，工序復雜，加工困難，耗鎢量大，生產成本高，材料熱導率最高200w/m*k左右，一般僅為180-190w/m*k左右，這在一定程度上限制了ldmos等器件功率的進一步提高，但為了保證器件的可靠性，只能以犧牲器件的功率為代價。

因此，如何在保證芯片和法蘭熱匹配的前提下，盡可能的提高法蘭片的熱導率，成了本領域亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種用于將鎢銅混合粉噴涂到紫銅基材上的等離子熱噴涂設備，結構簡單、操作方便、成本低、且其制得的鎢銅法蘭散熱片熱導率高達380w/m*k、穩定可靠。

本發明所要解決的技術問題還在于，提供一種用于將鎢銅混合粉噴涂到紫銅基材上的等離子熱噴涂設備，其制得的鎢銅法蘭散熱片的成本相對傳統鎢銅法蘭散熱片降低50%。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種等離子熱噴涂設備，用于將鎢銅混合粉噴涂到紫銅基材上，包括噴槍、送粉器、氣體流量表、空氣控制器和供氣系統，所述噴槍與送粉器連接，所述空氣控制器用于控制過濾空氣，所述空氣控制器與氣體流量表連接，所述供氣系統用于通入氮氣、氧氣和/或丙烷，所述供氣系統與氣體流量表連接，所述氣體流量表與噴槍連接；

所述送粉器用于提供鎢銅混合粉，所述鎢銅混合粉為粒徑2-15um的球形粉末顆粒，所述球形粉末顆粒包括鎢顆粒以及包覆在鎢顆粒外的銅層，所述鎢顆粒為納米級，所述銅層為微米級；

所述噴槍與紫銅基材的距離為8-12mm。

作為上述方案的改進，所述鎢顆粒的粒徑為10-100nm，所述銅層的厚度為2~15um。

作為上述方案的改進，所述鎢顆粒的粒徑為20-50nm，所述銅層的厚度為4~12um。

作為上述方案的改進，所述噴槍與紫銅基材的距離為8-10mm。

作為上述方案的改進，所述噴槍的噴涂角度為30-45°。

作為上述方案的改進，所述噴槍與送粉器之間設有預融化機構，所述預融化機構包括用于通入氫氣的氫氣供給單元、用于融入氬氣的氬氣供給單元以及加熱單元。

作為上述方案的改進，所述氫氣和氬氣的比例為1-2:2-3。

作為上述方案的改進，所述加熱單元的加熱溫度為1000-1300℃。

作為上述方案的改進，所述供氣系統包括用于通入氮氣的氮氣瓶、用于通入氧氣的氧氣瓶和用于通入丙烷的丙烷瓶，所述氮氣瓶的數量為1-2個，所述氧氣瓶的數量為3-5個，所述丙烷瓶的數量為2-4個。

作為上述方案的改進，所述氮氣、氧氣、丙烷的通入比例為1-2：3-5：2-4。

實施本發明的有益效果在于：

本發明提供一種用于將鎢銅混合粉噴涂到紫銅基材上的等離子熱噴涂設備，包括噴槍、送粉器、氣體流量表、空氣控制器和供氣系統，所述送粉器用于提供鎢銅混合粉，所述鎢銅混合粉為粒徑2-15um的球形粉末顆粒，所述球形粉末顆粒包括鎢顆粒以及包覆在鎢顆粒外的銅層。本發明選用納米級別的無顆粒和微米級別的銅層，可以使得鎢銅混合粉的表面更加致密，孔隙率低至0.6%。

本發明采用了等離子表面淀積技術生產鎢銅法蘭散熱片，制得的鎢銅法蘭散熱片的熱導率高達380w/m*k，相對傳統鎢銅法蘭片熱導率提高100%，應用了所述鎢銅法蘭散熱片的器件的功率可以提高50%以上。而且，采用等離子表面淀積技術生產鎢銅法蘭散熱片，在熱噴涂的過程中，可以調節涂層的厚度，進而改進鎢銅法蘭的熱膨脹系數，能夠與其他各種半導體和陶瓷等材料相匹配，增加了鎢銅法蘭的使用范圍。

所述噴槍與紫銅基材的距離為8-12mm，可以保證鎢銅混合粉可以均勻地噴涂在紫銅基材上，且結合力達70mpa。制得鎢銅法蘭散熱片非常可靠，鎢銅法蘭散熱片貼在芯片后，芯片在高低溫變化工作時不會開裂，能夠給予高功率工作芯片較好的散熱處理，進而使芯片能夠高效、穩定的工作。

進一步，所述噴槍與送粉器之間設有預融化機構，所述預融化機構包括用于通入氫氣的氫氣供給單元、用于融入氬氣的氬氣供給單元以及加熱單元。因此，本發明在熱噴涂之前，對粉末進行預先的團聚燒結，這樣生產成本相對傳統鎢銅法蘭片降低50%，產品具有明顯的性價比優勢，在現在鎢銅散熱片市場上有強大的競爭力。

綜上，本發明結構簡單、操作方便、成本低、且其制得的鎢銅法蘭散熱片熱導率高達380w/m*k、成本相對傳統鎢銅法蘭散熱片降低50%、穩定可靠。

附圖說明

圖1是本發明等離子熱噴涂設備的示意圖；

圖2是鎢銅混合粉的剖視圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。僅此聲明，本發明在文中出現或即將出現的上、下、左、右、前、后、內、外等方位用詞，僅以本發明的附圖為基準，其并不是對本發明的具體限定。

參見圖1，圖1顯示了用于將鎢銅混合粉噴涂到紫銅基材7上的等離子熱噴涂設備，包括噴槍1、送粉器2、氣體流量表3、空氣控制器4和供氣系統5，所述噴槍1與送粉器2連接，所述空氣控制器4用于控制過濾空氣，所述空氣控制器4與氣體流量表3連接，所述供氣系統5用于通入氮氣、氧氣和/或丙烷，所述供氣系統5與氣體流量表3連接，所述氣體流量表3與噴槍1連接。本發明以丙烷為燃氣,將送粉器2提供的粉料通過噴槍1進行燃燒，再在紫銅基材7上實現噴涂處理。其中，氣體流量表3和空氣控制器4用于控制噴涂過程中的氣體的流量和過濾空氣的流量，保證噴涂過程的穩定順利進行。需要說明的是，所述噴槍可以選用型號為qt-e-7/h，qt-e2000-7h，cp-3000的噴槍。

具體的，參見圖2，所述送粉器2用于提供鎢銅混合粉，所述鎢銅混合粉為粒徑2-15um的球形粉末顆粒，所述球形粉末顆粒包括鎢顆粒21以及包覆在鎢顆粒外的銅層22，所述鎢顆粒21為納米級，所述銅層22為微米級。優選的，所述鎢顆粒21的粒徑為10-100nm，所述銅層22的厚度為2~15um。更佳的，所述鎢顆粒21的粒徑為20-50nm，所述銅層22的厚度為4~12um。本發明選用納米級別的無顆粒和微米級別的銅層，可以使得鎢銅混合粉的表面更加致密，孔隙率低至0.6%，保證產品表面的光潔度和平整度。

所述供氣系統5包括用于通入氮氣的氮氣瓶51、用于通入氧氣的氧氣瓶52和用于通入丙烷的丙烷瓶53，所述氮氣瓶51的數量優選為1-2個，所述氧氣瓶52的數量優選為3-5個，所述丙烷瓶53的數量優選為2-4個。更佳的，所述氮氣瓶51的數量為1個，所述氧氣瓶52的數量為4個，所述丙烷瓶53的數量為3個。

所述氮氣、氧氣、丙烷的通入比例優選為1-2：3-5：2-4。更佳的，所述氮氣、氧氣、丙烷的通入比例優選為1：4：3。

本發明采用了等離子表面淀積技術生產鎢銅法蘭散熱片，制得的鎢銅法蘭散熱片的熱導率高達380w/m*k，相對傳統鎢銅法蘭片熱導率提高100%，應用了所述鎢銅法蘭散熱片的器件的功率可以提高50%以上。而且，采用等離子表面淀積技術生產鎢銅法蘭散熱片，在熱噴涂的過程中，可以調節涂層的厚度，進而改進鎢銅法蘭的熱膨脹系數，能夠與其他各種半導體和陶瓷等材料相匹配，增加了鎢銅法蘭的使用范圍。

現有的等離子噴涂設備一般選用粒徑為45μm的普通粉料，就達到可以等離子淀積的要求粒徑，但是，采用上述粉料的孔隙率高，無法大幅提升產品的性能。

所述噴槍1與紫銅基材7的距離為8-12mm。優選的，所述噴槍1與紫銅基材7的距離為8-10mm。噴槍1與紫銅7基材保持特定距離，可以保證鎢銅混合粉均勻地噴涂在紫銅基材上，產品結構對稱涂層容差在10um以內。而且結合力達70mpa，同時產品能夠經受800℃高溫10分鐘。

本發明制得鎢銅法蘭散熱片非常可靠，鎢銅法蘭散熱片貼在芯片后，芯片在高低溫變化工作時不會開裂，能夠給予高功率工作芯片較好的散熱處理，進而使芯片能夠高效、穩定的工作。經測試，本發明可以在200度高溫下熱循環1000次，芯片不開裂。

現有的噴槍與基材的一般距離為100-250mm，然而本發明為了配合上述鎢銅混合粉，需要將噴槍與紫銅基材的距離設為8-12mm，否則，鎢銅混合粉不能均勻地噴涂在紫銅基材上，噴涂涂層出現部分厚部分薄的情況。

所述噴槍1的噴涂角度為30-45°，可以保證鎢銅混合粉均勻地噴涂在紫銅基材上。

進一步，所述噴槍1與送粉器2之間設有預融化機構6，所述預融化機構6包括用于通入氫氣的氫氣供給單元61、用于融入氬氣的氬氣供給單元62以及加熱單元63。所述氫氣和氬氣的比例為1-2:2-3。所述加熱單元63的加熱溫度為1000-1300℃。本發明在熱噴涂之前，對粉末進行預先的團聚燒結，這樣生產成本相對傳統鎢銅法蘭片降低50%，產品具有明顯的性價比優勢，在現在鎢銅散熱片市場上有強大的競爭力。

綜上，本發明結構簡單、操作方便、成本低、且其制得的鎢銅法蘭散熱片熱導率高達380w/m*k、成本相對傳統鎢銅法蘭散熱片降低50%、穩定可靠。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。