CN102234731B

CN102234731B - 一种铝合金片制备方法及其用途

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Publication number: CN102234731B
Application number: CN 201010152911
Authority: CN
Inventors: 董志诚; 李旭
Original assignee: WUXI QIANCHENG ELECTRONIC COMPONENTS CO Ltd
Current assignee: WUXI QIANCHENG ELECTRONIC COMPONENTS CO Ltd
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: CN102234731A

Abstract

本发明公开了一种制备铝合金片的方法及其用途，所述铝合金片包括以下重量百分比的组分：0.6-0.80％的镁，0.70-0.85％的硅，0.85-1.0％的铜，0.1-0.20％的锰，0.10-0.15％的铬，0.2-0.25％的铁，0.10-0.15％的锌，0.10-0.15％的钛，0.10-0.15％的锆，余量为铝，这种铝合金片被用在三极管引线框架中替换原有的铜质散热片，解决了铝材膨胀系数与铜材、塑封料和封装模具中的匹配，其基本性能和散热导电均符合产品的要求，并且结构合理，使大功率三极管封装成本大大下降，实现了重量轻，成本降低的目的。

Description

一种铝合金片制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种铝合金片和其用途，主要用于大功率三极管制造行业使用的引线框架散热片。

背景技术

半导体芯片的工作性能与温度有密切的关系，温度越高芯片性能越差，而芯片性能随温度的变化呈指数变化，因此，大功率三极管的散热问题是关键技术之一。

现有技术中，大功率三极管引线框架的散热片、引线脚连为一体构成，散热片与引线使用铜质材料，使用时将芯片装载固定在散热片上并连接引线脚，然后用塑封料将芯片封装使其密封成型，该种结构的三极管引线框架使用铜质散热片，铜的导热系数为386w/m.k，是非常好的散热片材料，所以现有技术中的散热片基本上采用铜质材料，由于铜的价格较为昂贵，随铜材的价格不断上扬，使用铜制作出的三极管引线框架成本较高，而且铜比重较高，其散热片的重量占整个引线框重量的60％左右，这样使其在运输中需要支付较高的运输费，所以需要开发一种既具有良好的导热系数又具有低廉成本的铝合金散热片。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术存在的缺陷提供了一种重量轻，成本低，导热性能好的铝合金散热片。

本发明的技术方案如下：一种制备铝合金片的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

A、配料：按重量百分比取6063铝合金88％、Al-Si中间合金6％、Al-Cu中间合金1.5％以及Al-Zr中间合金4.5％；

B、熔炼：熔融所述6063铝合金，在铝液温度达到850-950℃时分别加入所述Al-Si中间合金和Al-Cu中间合金，然后当铝液温度达到1000-1200℃时加入所述Al-Zr中间合金，熔炼铸造出改良铝合金；

C、轧制：对所述改良铝合金进行热拉得到铝带毛坯，通过冷轧机对所述铝带毛坯进行轧制，控制所述铝合金片的厚度为1.27mm，厚度公差尺寸为±0.015mm；

D、对所述改良铝合金片的外表面经过沙化处理；

其中，步骤B制备的所述改良铝合金片包括以下重量百分比的组分：0.6-0.80％的镁，0.70-0.85％的硅，0.85-1.0％的铜，0.1-0.20％的锰，0.10-0.15％的铬，0.2-0.25％的铁，0.10-0.15％的锌，0.10-0.15％的钛，0.10-0.15％的锆，余量为铝。

所述的方法，其中，将单晶硅和纯铝按照10％∶90％比例配比后熔炼制得所述Al-Si中间合金，熔炼后所得到Si的含量为10.5-13.5％。

所述的方法，其中，将电解铜和纯铝按照40％∶60％比例配比后熔炼制得所述Al-Cu中间合金，熔炼后所得到Cu的含量为45-55％。

所述的方法，其中，将氟锆酸钾和纯铝按照9.1％∶90.9％比例配比后熔炼制得所述Al-Zr中间合金，熔炼后所得到Zr的含量为3-5％。

制备出的所述改良铝合金片，用于三极管引线框架上的散热片，所述三极管引线框架包括铜制引线脚、塑封料和所述散热片。

本发明的有益效果为：由于采用了上述技术方案，将原有铜质散热片替换为特制的铝合金材料，因为铝合金比重是铜的1/3，价格也是铜的1/2以下，使大功率三极管封装成本下降6倍，由于散热片使用特制的铝合金材料，使其基本性能和散热导电均符合产品的要求。

附图说明

图1为本发明三极管引线框架主视图；

图2为本发明三极管引线框架侧视图；

图3为本发明铝合金散热片结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种铝合金散热片和其用途，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下对本发明作进一步说明。

为了解决现有技术中所存在的铜制散热片成本高的问题，本发明使用改良后的铝合金代替铜制散热片后，将原三极管引线框架由铜引线脚、铜散热片及塑封料结构变成铜引线脚、铝合金散热片和塑封料所组成的结构；见图1至3所示，其中三极管引线框架包括铝合金散热片1，塑封料2以及铜引线脚3，散热片1和引线脚3为分离制作，散热片1采用改进后铝合金材料代替原来的铜质散热片，将铜质引线脚的上端与铝合金散热片进行烧结，用塑封料2热膜封装成型，本发明设计重点在于将散热片2改用特制铝合金材料，并将改良后的铝合金散热片2表面进行特殊的化学沙化处理，使表面更加的均匀，大幅增加了微观下的散热表面积，使导热系数提高及散热面积增加，散热性能比一般铝提高了20％；由于铜、铝、塑封料三种材料的线膨胀系数分别为16×10^-6/℃、23.6×10^-6/℃、20×10^-6/℃，为了使铝合金片散热片用在三极管引线框架中满足产品的需求，本发明通过调整铝合金材料配比，使铝合金片散热片的膨胀系数从23.6×10^-6/℃降到20×10^-6/℃，导热系数从207W/mK上升到237W/mK，改良后的铝合金材料可以基本达到铜制散热片的要求，并且成本降低。

根据上面描述，本发明在现有的6063铝合金(成分如表1)的基础上添加调整了其它元素组分得到满足需要的铝合金片散热片(成分如表2)，当然本发明所使用6063铝合金原料所制备的铝合金片散热片只是其中一个实施例，使用一般牌号铝再添加其它原料也可得到含有表2所示配比组分的铝合金片散热片，本发明下面描述仅是其中一个实施例，其它的制备工艺只要是包含有本发明配方的组分材料制作的铝合金片散热片并用在三极管引线框架上，都属于本发明保护的范围。

下面就使用6063铝合金制备铝合金片散热片步骤为：

A、熔铸：主要过程为：(1)配料：按重量百分比进行各种材料的配比，取88％的6063铝合金、6％的Al-Si中间合金、1.5％的Al-Cu中间合金以及4.5％的Al-Zr中间合金；(2)熔炼：将配好的上述材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去，熔炼铸造出改良的铝合金，这种改良后的铝合金包括以下重量百分比的组分：

0.6-0.80％的镁，0.70-0.85％的硅，0.85-1.0％的铜，0.1-0.20％的锰，0.10-0.15％的铬，0.2-0.25％的铁，0.10-0.15％的锌，0.10-0.15％的钛，0.10-0.15％的锆，余量为铝，这种组分的铝合金材料可以得到所要求的热膨胀系数；

B、将上述改良后的铝合金进行热拉得到铝带毛坯，然后在自制的小型冷轧机上进行轧制，在轧制过程中控制铝合金片的厚度为1.27mm，厚度公差尺寸为±0.015mm，利用零件冲压模具将轧制后的铝合金片制作成符合要求的铝散热片，详见图3所示，使铝散热片外形精度及膨胀系数与铜引线脚、塑封料和封装模具更为匹配；具体如何控制散热片外形精度、厚度以及如何使铝散热片膨胀系数与铜引线脚、塑封料和封装模具更为匹配是本领域技术人员熟知技术，此处不做详述；

C、沙化处理：在有缓蚀剂保护的状态下，将铝散热片在用氟化盐和有机酸配制的工作液中对其进行化学研磨，通过对研磨时间及温度的调控，该温度可控制在40℃至60℃，使铝散热片的铝合金表面获得微观显微状态的沙化状，俗称亚光面的铝氧化表层，从而大幅增加了微观状态下的散热面积。

通过上述步骤所得到的铝散热片，其导热系数提高及散热面积增加，使散热性能比一般铝提高了20％，满足了产品质量的要求。

其中，在步骤A中，为了得到Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金以及Al-Zr中间合金，其过程为：使用单晶硅，电解铜及氟锆酸钾分别和纯铝按照重量百分比的比例进行配比后熔炼，单晶硅与纯铝的比例为：10％∶90％，电解铜与纯铝的比例为：40％∶60％，氟锆酸钾与纯铝的比例为：9.1％∶90.9％，熔炼后所得到的中间合金分别为Si的含量为10.5-13.5％的Al-Si中间合金、Cu的含量为45-55％的Al-Cu中间合金以及Zr的含量为 3-5％的Al-Zr中间合金；在熔炼AL-Zr中间合金时，为了防止AL-Zr元素在高温下挥发，需用冰晶石粉为覆盖剂盖住液面，冰晶石粉量的控制只需保证能够覆盖住液面即可；将Al-Si和AL-Cu中间合金的成品料块制成20-25毫米见方，Al-Zr中间合金制成粉状，其制作细节是业界熟知技术，此处省略；

根据上面制成的三种中间合金，加入至6063铝合金中，控制比例范围为88％的6063铝合金，6％的Al-Si中间合金，1.5％的Al-Cu中间合金，4.5％的Al-Zr中间合金，用通用的熔炼铝合金方法，首先熔融6063铝合金，在铝液温度达到850-950℃时先加入Al-Si中间合金和Al-Cu中间合金，然后当铝液温度达到1000-1200℃时加入Al-Zr中间合金；这样调整熔炼出的改良铝合金(成分如表2)，其膨胀系数降到了20×10^-6/℃，导热系数从207W/mK上升到237W/mK，试验中得出该组分下的铝合金成本性能比最好。

表1

原来	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Al
										化学成份％	0.25- 0.35	0.3- 0.35	0.10- 0.2	0.10- 0.15	0.50- 0.65	0.10- 0.15	0.10- 0.15	0.10- 0.15	余量

表2

改良	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zr	Zn	Ti	Al
											化学成份％	0.70- 0.85	0.2- 0.25	0.85 -1.0	0.1- 0.2	0.6-0 .8	0.10- 0.15	0.10- 0.15	0.10- 0.15	0.10- 0.15	余量

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种制备铝合金片的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

D、对所述改良铝合金片的外表面经过沙化处理；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将单晶硅和纯铝按照10％∶90％比例配比后熔炼制得所述Al-Si中间合金，熔炼后所得到Si的含量为10.5-13.5％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将电解铜和纯铝按照40％∶60％比例配比后熔炼制得所述Al-Cu中间合金，熔炼后所得到Cu的含量为45-55％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将氟锆酸钾和纯铝按照9.1％∶90.9％比例配比后熔炼制得所述Al-Zr中间合金，熔炼后所得到Zr的含量为3-5％。

5.如权利要求1制备出的所述改良铝合金片，用于三极管引线框架上的散热片，所述三极管引线框架包括铜制引线脚、塑封料和所述散热片。