CN102335747A - 铝碳化硅复合材料igbt基板的制备及镶嵌铝合金的方法 - Google Patents

铝碳化硅复合材料igbt基板的制备及镶嵌铝合金的方法 Download PDF

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Abstract

铝碳化硅复合材料IGBT基板的制备及镶嵌铝合金的方法，包括（1）骨架模具的设计。（2）压模。（3）微波烧结。（4）真空压力渗铝：其骨架模具的设计:是在两对边或四边需要打孔或攻丝的部位设计成阳模；将非打孔或攻丝部位设计成阴模，使骨架模具的型腔形成凸凹形状；在凸凹连接部位用R10～R20mm的圆弧过渡；其真空压力渗铝是将碳化硅骨架有凸凹边的部位放入与开口方向垂直的渗铝模具中，将渗铝模具装入真空压力浸渍炉，开口朝下；在渗铝压力为8MPa进行渗铝，使碳化硅骨架和凹部充满铝合金。本发明使镶嵌的铝合金与碳化硅骨架中的铝合金同时冷凝结晶，连接紧密，在打孔或攻丝部位镶嵌了铝合金，提高了打孔或攻丝的效率。

Description

铝碳化硅复合材料IGBT基板的制备及镶嵌铝合金的方法
技术领域
本发明涉及一种铝碳化硅复合材料IGBT基板的制备及镶嵌铝合金的方法。
背景技术
铝碳化硅复合材料具有质量轻、热导率高、热膨胀系数低、比强度高等特点，广泛就用于电子封装和精密仪器关键部件制造。在电子封装领域，铝碳化硅复合材料是取化钨铜合金的最佳散热材料。国内目前通常采用电阻炉烧结铝碳化硅复合材料的碳化硅骨架，然后采用真空压力浸渍工艺在碳化硅骨架上渗铝合金，再机械加工成基板，在基板的规定位置上打孔或攻丝。由于铝碳化硅复合材料的硬度仅次于金刚石，属于难加工材料之一，在铝碳化硅复合材料上打孔、攻丝较为困难，加工成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种工艺简单，成本低，适用范围广的铝碳化硅复合材料IBGT基板的制备工艺。
本发明采取的技术方案是：包括如下步骤：
（1）骨架模具的设计:
（A）在两对边或四边需要打孔或攻丝的部位设计成阳模；将非打孔或攻丝部位设计成阴模，使骨架模具的型腔形成凸凹形状；在凸凹连接部位用R10～R20 mm的圆弧过渡；将模具设计成拔模斜度；
（B）模具压头的设计：将非打孔或攻丝部位设计成阳模；在凸凹连接部位采用R10～R20的圆弧过渡；模具的深度方向的拔模斜度的计算方法是对边:邻边=1:30～50；
 （2）压模：压头与型腔的配合间隙单边为0.08mm；成型压力50Mpa；
 （3）微波烧结：将碳化硅骨架码放5层为1垛，每板上放6垛，每垛四周留1 mm的间距；将码放好碳化硅骨架的耐火材料板放入微波烧结炉内，升温至800℃,保温60分钟；
（4）真空压力渗铝：，将碳化硅骨架有凸凹边的部位放入与开口方向垂直方向的渗铝模具中，使凸凹部位置于浸渗模具的两壁；然后将渗铝模具装入真空压力浸渍炉，开口朝下；在渗铝压力为8MPa 进行渗铝，使碳化硅骨架和凹部充满铝合金。
所述（1）步中拔模斜度的计算方法是对边:邻边=1:30mm；模具的压缩比为1:3。
所述（3）步中微波烧结中的升温分两段，先从室温升温到350℃，升温时间为110～125分钟，再从350℃升温到800℃；升温时间为85～95分钟。
所述（4）步中的真空压力渗铝，在当模具开口处无凸凹边时，渗铝压力为7MPa；当模具开口处有凸凹边时，渗铝压力为8MPa。
本发明的优点：（1）在成型模具上，预留出需要在铝碳化硅复合材料两对边打孔的部位,形成凸凹形状，在凸凹连接部位用R10～R20 mm的圆弧过渡，使镶嵌的铝合金与碳化硅骨架中的铝合金同时冷凝结晶，连接紧密，形成铝碳化硅复合材料；在打孔或攻丝部位镶嵌了铝合金，提高了打孔或攻丝的效率，也不影响IGBT基板的物理性能及机械强度；（2）采取微波烧结技术，微波加热时碳化硅骨架内部与外部同时受热，低温粘结剂和增塑剂容易逸出，骨架表面不容易形成如“馒头皮”样的薄膜，骨架的闭孔较少；能提高铝碳化硅复合材料的物理性能；（3）在真空压力渗铝合金时，将预留的凸凹部位置于浸渗模具的两壁，使碳化硅骨架和凹部充满铝合金；在碳化硅骨架需镶嵌铝合金的部位，其表面有大量的开孔，被镶嵌的铝合金如同从铝碳化硅基体内部长出的，镶嵌强度高；（4）本发明工艺简单、操作方便，成本低，适用面广，可实现工业化生产。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明。
实施例1
针对铝碳化硅复合材料IGBT基板，其尺寸为140×130×5mm，在140mm两长边各有3个M10的通孔螺孔均布，螺孔中心与140mm长边距离为8mm，螺孔中心与130mm长边距离为8mm。   
其步骤如下：
  （1）骨架模具设计：；即在1条140mm的长边方向有3个M10的通孔螺孔，中间螺孔中心与140mm长边距离为8mm，螺孔中心与有铝合金的部分的距离也应为8mm，相当于在碳化硅骨架上开1个8×8mm的方槽，过渡部分用圆弧边接；两边的螺孔的中心与130mm边距离也应为8mm，相当于在碳化硅骨架上缺了2个8×8mm的方角。设计模具型腔，将碳化硅骨架的开口部分和缺角部分设计成阳模（即不切割掉），在直角部分采用R5圆弧过渡，拔模斜度为对边:邻边=1:30；压头反之；压头与型腔的配合间隙单边0.08mm。
（2）成型压力为50MPa时，碳化硅骨架具有较高的强度，凸凹部位轮廓清晰，过渡部位不掉粉。
（3）将140×130×5mm的碳化硅骨架码放5层为1垛，每板上放6垛，每垛四周留1 mm的间距；将码放好碳化硅骨架的耐火材料板放入微波烧结炉内，微波加热至800℃,保温60分钟。升温分两段，室温～350℃，升温时间为120分钟；350～800℃，升温时间90分钟；升温到800℃后，保温60分钟。
（4）渗铝模具材料选δ1 mm的不锈钢，160×131×7.5mm，在160 mm长边为高度方向，1面封焊不锈钢板，另1面开口，尺寸为131×7.5mm。将碳化硅骨架有2个方形缺角的那一面沿高度方向摆放。
（5）将装有碳化硅骨架的渗铝模具装入真空压力浸渍炉，开口朝下。渗铝压力为8MPa。
本实施例所制备的碳化硅骨架的体积分数为70%，铝碳化硅复合材料IGBT基板物理性能为180W/m.K,热膨胀系数为7.12×10-6/K；铝碳化硅复合材料与镶嵌的铝合金的结合强度经400℃保温60分钟后，淬室温自来水，即热震试验，往反10次后，未发现脱开现象。

Claims (4)

1. 一种铝碳化硅复合材料IGBT基板的制备及镶嵌铝合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）骨架模具的设计:
（A）在两对边或四边需要打孔或攻丝的部位设计成阳模；将非打孔或攻丝部位设计成阴模，使骨架模具的型腔形成凸凹形状；在凸凹连接部位用R10～R20 mm的圆弧过渡, 将模具设计成拔模斜度；
（B）模具压头的设计：将非打孔或攻丝部位设计成阳模；在凸凹连接部位采用R10～R20的圆弧过渡；；模具深度方向的拔模斜度的计算方法是对边:邻边=1:30～50；
（2）压模：压头与型腔的配合间隙单边为0.08mm；成型压力50Mpa；
（3）微波烧结：将碳化硅骨架码放5层为1垛，每板上放6垛，每垛四周留1 mm的间距；将码放好碳化硅骨架的耐火材料板放入微波烧结炉内，升温至800℃,保温60分钟；
（4）真空压力渗铝：将碳化硅骨架有凸凹边的部位放入与开口方向垂直方向的渗铝模具中，使凸凹部位置于浸渗模具的两壁；然后将渗铝模具装入真空压力浸渍炉，开口朝下；在渗铝压力为8MPa 进行渗铝，使碳化硅骨架和凹部充满铝合金。
2.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料IGBT基板的制备及镶嵌铝合金的方法，其特征在于，所述（1）步中拔模斜度的计算方法是对边:邻边=1:30mm；模具的压缩比为1:3。
3.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料IGBT基板的制备及镶嵌铝合金的方法，其特征在于，所述（3）步中微波烧结中的升温分两段，先从室温升温到350℃，升温时间为110～125分钟，再从350℃升温到800℃；升温时间为85～95分钟。
4.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料IGBT基板的制备及镶嵌铝合金的方法，其特征在于，所述（4）步中的真空压力渗铝，在当模具开口处无凸凹边时，渗铝压力为7MPa；当模具开口处有凸凹边时，渗铝压力为8MPa。
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