CN107695321A - 一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺，将经过钢丝轴毛化处理后的铝箔覆盖在碳化硅粉料外面，在压铸过程中使其牢固地与铝碳化硅材料连接在一起；将一表面经过毛化处理的铝箔先装入铝碳化硅复合材料压铸成形模具中，铝箔毛化处理的表面具有交叉的、开口朝向不同的倒齿状凹痕，该表面朝向模具的内侧，然后将碳化硅粉料灌入两铝箔之间的空腔中，经过毛化处理的铝箔表面朝向碳化硅粉料，振动压实碳化硅粉料，使其嵌入铝箔的凹痕内，装入碳化硅粉料和铝箔的压铸成形模具，在渗铝压铸前必须进行预热处理，预热后的成形模具须放入压铸套模，并进行渗铝压铸。

Description

一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺
技术领域
本发明涉及散热器件加工工艺技术领域，尤其是一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺,所得的是表面覆盖铝合金层的铝碳化硅复合材料所制备的大功率IGBT的散热器件。
背景技术
铝碳化硅材料具有热导率高、热膨胀系数可调、质量轻、刚度大、机械强度适中等优点，已成为各类多芯片组件和大电流功率模块理想的基底材料。
大功率IGBT器件是动力机车、输变电系统等的核心部件，目前大功率IGBT器件普遍采用铝碳化硅复合材料作散热基板。铝碳化硅复合材料制成的散热基板，需要与芯片材料进行焊接封装工作，故对其表面有较高的平整度加工要求和实施镀镍等涂镀加工的要求，而碳化硅是一种高硬的陶瓷材料，对其进行切削加工非常困难，目前在铝碳化硅复合材料表面也很难直接实现镀镍等涂镀加工，因此需要在铝碳化硅表面牢固地形成一层即可进行切削加工又能实现涂镀加工的金属。大功率IGBT器件由于要经受30万次以上零下30度至零上150度冷热的循环实验，对它散热基板有极高的可靠性要求，因此与铝碳化硅材料所连接的金属层必须与基体复合材料牢固结合在一起，而且能在多次的冷热循环中，不发生连接失效，不出现分离剥落、出现鼓包等现象。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺，从而对在压铸过程中覆盖铝碳化硅表面的铝箔进行事先的刻痕处理，然后把它包裹在碳化硅粉料外侧，使其在碳化硅粉料高压压铸渗铝的过程中，很好地与压铸铝产生熔融现象并与复合材料之间形成牢固的连接，实现了对IGBT散散热基板表面可进行机械加工和涂镀处理铝层的覆盖。
本发明所采用的技术方案如下：
一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺，包括如下操作步骤：
第一步：将厚度为0.1-0.5mm的待加工的铝箔放置在工作台上，压板将铝箔牢牢地固定在工作台上，并通过螺钉锁紧；
第二步：在铝箔的上方装有两把旋转轴平行于铝箔平面的钢丝轴，钢丝轴的钢丝在其头部设置有折弯结构，两把钢丝轴相对放置，且其轴线方向与工作台行进的方向之间成一定角度；
第三步：钢丝轴的钢丝在铝箔表面切入一定的深度，使其在旋转过程中钢丝的尖端能在铝箔表面上形成0.05-0.2mm深的第一划痕；
第四步：两把钢丝轴作旋转运动，铝箔被工作台带动沿着X方向做直线移动，在此过程中钢丝轴在铝箔表面划出深浅不同、形状不一、朝向不同、的凹痕；
第五步：钢丝轴划过整块铝箔后，工作台作90度旋转，工作台沿着X方向作后退运动，这时旋转钢丝轴在铝箔表面划出与前一次的第一划痕呈90度夹角的交叉、深浅不同的第二划痕，当整块铝箔划痕结束，将铝箔取下；
第六步：根据压铸基板的尺寸要求，裁剪一个表面已经被划痕过的铝箔；
第七步：将两片经过划痕的，并经折弯的铝箔装入压铸IGBT基板的成形模具中，铝箔的未划痕面朝向模具外侧，碳化硅粉料装入两铝箔间的空腔内，毛化处理过的铝箔面朝向碳化硅粉料，振动压实碳化硅粉料，使碳化硅粉料嵌入铝箔的划痕内；装好粉料的成形模具放到预热炉中加热，预热炉的温度设定为低于铝箔熔点10-100度；
第八步：当装有粉料的成形模具预热好后，将模具放入压铸套模，将熔化的铝液注入套模，压头挤压铝液，使铝溶液渗透入碳化硅粉料的间隙中，同时也渗入铝箔划痕处凹槽中；当铝液凝固以后，铝箔表面与压铸铝就形成了犬牙交错的咬合状态，铝碳化硅复合基体材料的表面就形成了一层连接牢固的纯铝合金层。
其进一步技术方案在于：
第二步中，两根钢丝轴与工作台X方向之间的夹角分别为A和B。
第八步中，铝箔的外部为成型模，成型模的外部设置有套模，还包括压头，所述压头压向铝液。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过采用经过刻痕处理的铝箔包裹在碳化硅粉料外侧，在压铸过程中铝箔与铝碳化硅复合材料基体产生融合，实现牢固的连接。
附图说明
图1为本发明铝箔准备工作的结构示意图。
图2为本发明钢丝轴与铝箔的结构示意图。
图3为本发明钢丝轴在铝箔上划痕的结构示意图。
图4位本发明第三步刻痕完毕后的结构示意图。
图5为本发明第五步刻痕完毕后的结构示意图。
图6位本发明第六步刻痕完毕后的结构示意图
图7为本发明第七步的操作示意图。
图8为本发明第八步的操作示意图。
其中：1、钢丝轴；2、铝箔；3、第一划痕；4、第二划痕；5、碳化硅粉料；6、成型模；7、压头；8、铝液；9、套模；10、工作台；11、螺钉；12、压板。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺，包括如下操作步骤：
第一步：将厚度为0.1-0.5mm的待加工的铝箔2放置在工作台10上，压板12将铝箔2牢牢地固定在工作台10上，并通过螺钉11锁紧；
第二步：在铝箔2的上方装有两把旋转轴平行于铝箔2平面的钢丝轴1，钢丝轴1的钢丝在其头部设置有折弯结构，两把钢丝轴1相对放置，且其轴线方向与工作台行进的方向之间成一定角度；
第三步：钢丝轴1的钢丝在铝箔2表面切入一定的深度，使其在旋转过程中钢丝的尖端能在铝箔2表面上形成0.05-0.2mm深的第一划痕3；
第四步：两把钢丝轴1作旋转运动，铝箔2被工作台10带动沿着X方向做直线移动，在此过程中钢丝轴1在铝箔2表面划出深浅不同、形状不一、朝向不同、的凹痕；
第五步：钢丝轴1划过整块铝箔2后，工作台10作90度旋转，工作台10沿着X方向作后退运动，这时旋转钢丝轴1在铝箔2表面划出与前一次的第一划痕3呈90度夹角的交叉、深浅不同的第二划痕4，当整块铝箔2划痕结束，将铝箔2取下；
第六步：根据压铸基板的尺寸要求，裁剪一个表面已经被划痕过的铝箔2；
第七步：将两片经过划痕的，并经折弯的铝箔2装入压铸IGBT基板的成形模具中，铝箔2的未划痕面朝向模具外侧，碳化硅粉料5装入两铝箔2间的空腔内，毛化处理过的铝箔2面朝向碳化硅粉料5，振动压实碳化硅粉料5，使碳化硅粉料5嵌入铝箔2的划痕内；装好粉料的成形模具放到预热炉中加热，预热炉的温度设定为低于铝箔2熔点10-100度；
第八步：当装有粉料的成形模具预热好后，将模具放入压铸套模9，将熔化的铝液8注入套模9，压头7挤压铝液8，使铝液8渗透入碳化硅粉料5的间隙中，同时也渗入铝箔2划痕处凹槽中；当铝液8凝固以后，铝箔2表面与压铸铝就形成了犬牙交错的咬合状态，铝碳化硅复合基体材料的表面就形成了一层连接牢固的纯铝合金层。
第二步中，两根钢丝轴1与工作台10的X方向之间的夹角分别为A和B。
第八步中，铝箔2的外部为成型模6，成型模6的外部设置有套模9，还包括压头7，压头7压向铝液8。
由于铝箔2表面具有交叉的和不同方向的刀具刻出来的凹痕，当碳化硅粉料5镶嵌入凹痕内，并在熔化的铝液8压铸渗透到凹痕处，融化的铝液8会在铝箔2凸起部分产生微溶现象，并深入凹痕与铝箔2形成互相咬合的状态，使铝箔2、熔铝和碳化硅粉料5牢牢地融为一体，在铝碳化硅表面形成可以加工的均匀的铝层。如图8所示。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺，其特征在于：包括如下操作步骤：
第一步：将厚度为0.1-0.5mm的待加工的铝箔(2)放置在工作台(10)上，压板(12)将铝箔(2)牢牢地固定在工作台(10)上，并通过螺钉(11)锁紧；
第二步：在铝箔(2)的上方装有两把旋转轴平行于铝箔(2)平面的钢丝轴(1)，钢丝轴(1)的钢丝在其头部设置有折弯结构，两把钢丝轴(1)相对放置，且其轴线方向与工作台行进的方向之间成一定角度；
第三步：钢丝轴(1)的钢丝在铝箔(2)表面切入一定的深度，使其在旋转过程中钢丝的尖端能在铝箔(2)表面上形成0.05-0.2mm深的第一划痕(3)；
第四步：两把钢丝轴(1)作旋转运动，铝箔(2)被工作台(10)带动沿着X方向做直线移动，在此过程中钢丝轴(1)在铝箔(2)表面划出深浅不同、形状不一、朝向不同、的凹痕；
第五步：钢丝轴(1)划过整块铝箔(2)后，工作台(10)作90度旋转，工作台(10)沿着X方向作后退运动，这时旋转钢丝轴(1)在铝箔(2)表面划出与前一次的第一划痕(3)呈90度夹角的交叉、深浅不同的第二划痕(4)，当整块铝箔划痕结束，将铝箔(2)取下；
第六步：根据压铸基板的尺寸要求，裁剪一个表面已经被划痕过的铝箔(2)；
第七步：将两片经过划痕的，并经折弯的铝箔(2)装入压铸IGBT基板的成形模具中，铝箔(2)的未划痕面朝向模具外侧，碳化硅粉料(5)装入两铝箔(2)间的空腔内，毛化处理过的铝箔(2)面朝向碳化硅粉料(5)，振动压实碳化硅粉料(5)，使碳化硅粉料(5)嵌入铝箔(2)的划痕内；装好粉料的成形模具放到预热炉中加热，预热炉的温度设定为低于铝箔(2)熔点10-100度；
第八步：当装有粉料的成形模具预热好后，将模具放入压铸套模(9)，将熔化的铝液(8)注入套模(9)，压头(7)挤压铝液(8)，使铝溶液(8)渗透入碳化硅粉料(5)的间隙中，同时也渗入铝箔(2)划痕处凹槽中；当铝液(8)凝固以后，铝箔(2)表面与压铸铝就形成了犬牙交错的咬合状态，铝碳化硅复合基体材料的表面就形成了一层连接牢固的纯铝合金层。
2.如权利要求1所述的一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺，其特征在于：第二步中，两根钢丝轴(1)与工作台(10)X方向之间的夹角分别为A和B。
3.如权利要求1所述的一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺，其特征在于：第八步中，铝箔(2)的外部为成型模(6)，成型模(6)的外部设置有压铸套模(9)，还包括压头(7)，所述压头(7)压向铝液(8)。
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