CN207834281U - 一种铝碳化硅复合材料制备的igbt基板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板，所述IGBT基板包括焊接面和散热面，所述焊接面为平面结构，所述散热面为拱形结构，所述焊接面和散热面均为铝合金层（2），所述焊接面和散热面之间包括AlSiC层（1），所述焊接面、AlSiC层（1）和散热面为一体结构；所述IGBT基板的两侧还包括半导体制冷片（5），所述半导体制冷片（5）的制冷端与所述IGBT基板的两侧贴合。本实用新型所述IGBT基板具有较高的热导率和与IGBT封装材料相匹配的热膨胀系数，散热速度快。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种IGBT基板，具体涉及一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由一种由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，作为一种常见的电子器件已经广泛应用在各种电子设备上。随着变频器等高电流电子设备的发展，对IGBT 芯片的性能提出了更高的要求，例如要求IGBT芯片承受更高的电流等，但是随着IGBT芯片承受的电流的增加，其工作时产生的热量也不断增加，如果不及时将IGBT芯片产生的热量散发，将严重影响IGBT芯片的工作，甚至影响电路板上其他电子器件的工作，现有的IGBT 芯片主要通过IGBT基板材料进行散热。
IGBT基板材料为铜以及铝碳化硅复合材料制成，而铜底板主要用于低功率的IGBT功率模块，无法使用在高频大功率模块上，由于IGBT功率模块工作特性，频繁的热循环导致模块结构中钎焊焊层内产生热应力，使焊层开裂DBC衬底脱落进而引起IGBT芯片温度过高而失效。因此，具有高散热能力的IGBT基板已经成为业界共同追求的目标。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT 基板，具有较高的热导率和与IGBT封装材料相匹配的热膨胀系数，散热速度快。
为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
一种铝碳化硅复合材料制备IGBT的基板，包括焊接面和散热面，所述焊接面为平面结构，所述散热面为拱形结构，所述焊接面和散热面均为铝合金层2，所述焊接面和散热面之间包括 AlSiC层1，所述AlSiC层1的底部为平面结构，顶部为拱型结构，所述AlSiC层1包括由碳化硅粉末3堆积成的均匀的多孔隙结构，且多孔隙结构的间隙填充有铝合金；所述焊接面、 AlSiC层1和散热面为一体结构。
进一步地，所述IGBT基板的两侧还包括半导体制冷片5，所述半导体制冷片5的制冷端与所述IGBT基板的两侧贴合。
进一步地，所述半导体制冷片5通过导热硅脂与所述IGBT基板的两侧贴合；所述半导体制冷片5与外部电源连接，用于IGBT基板的制冷散热。
进一步地，所述铝合金层2和所述AlSiC层1从中心向外部凸出的高度一致。
进一步地，所述铝合金层2和所述AlSiC层1从中心向外部凸出的高度为0.2mm-0.4mm。
进一步地，所述散热面与所述AlSiC层1的顶部贴合，所述焊接面与所述AlSiC层1的底部贴合；所述散热面用于结合散热器，所述散热面与散热器紧密贴合，所述散热面与散热器通过螺钉拉近的方式连接。
进一步地，所述焊接面还包括陶瓷覆铜板4，所述陶瓷覆铜板4用于焊接发热元器件。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型所述铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板以铝碳化硅复合材料为原料制作基板，由于其具有较高的热导率和与IGBT封装材料相匹配的热膨胀系数，很大程度上加快了IGBT功率模块的散热，从而有效的解决了IGBT模块热时效问题。于此同时，对IGBT基板的散热面和AlSiC层1做了拱形处理，避免了在安装IGBT芯片时造成散热面中间凹陷无法接触散热器，保证散热面与散热器能够紧密贴合的同时，能够有效的将 IGBT芯片的热量有效的传导出去，避免IGBT芯片温度过高导致的失效；除此之外，通过IGBT 基板的两侧半导体制冷片的设置，更进一步的加快了散热的过程。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的所述铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板的结构示意图；
图2为图1中A部的局部放大图；
图3为本实用新型实施例提供的所述铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板的制备过程中的陶瓷预制件的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的所述铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板的制备过程中的铸件坯料结构示意图。
图中：1-AlSiC层、2-铝合金层、3-碳化硅粉末、4-陶瓷覆铜板、5-半导体制冷片。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述。
实施例
参考图1-4，一种铝碳化硅复合材料制备IGBT的基板，包括焊接面和散热面，所述焊接面为平面结构，所述散热面为拱形结构，所述焊接面和散热面均为铝合金层2，所述焊接面和散热面之间包括AlSiC层1，所述AlSiC层1的底部为平面结构，顶部为拱型结构，所述AlSiC层 1包括由碳化硅粉末3堆积成的均匀的多孔隙结构，且多孔隙结构的间隙填充有铝合金；所述焊接面、AlSiC层1和散热面为一体结构；所述IGBT基板的两侧还包括半导体制冷片5，所述半导体制冷片5的制冷端与所述IGBT基板的两侧贴合。
进一步地，参考图1-2，所述半导体制冷片5通过导热硅脂(在图中未标出)与所述IGBT 基板的两侧贴合；所述半导体制冷片5与外部电源连接，通过导热硅脂加快半导体制冷片5与 IGBT基板之间的制冷散热。
需要说明的是，参考图1-4，本实施例对IGBT基板的散热面和AlSiC层1做了拱形处理，避免了在安装IGBT芯片时造成散热面中间凹陷无法接触散热器，保证散热面与散热器能够紧密贴合的同时，能够有效的将IGBT芯片的热量有效的传导出去，避免IGBT芯片温度过高导致的失效。
进一步地，参考图1，所述铝合金层2和所述AlSiC层1从中心向外部凸出的高度一致。
进一步地，所述铝合金层2和所述AlSiC层1从中心向外部凸出的高度为0.2mm-0.4mm。
进一步地，参考图1-2，所述散热面与所述AlSiC层1的顶部贴合，所述焊接面与所述 AlSiC层1的底部贴合；所述散热面用于结合散热器，所述散热面与散热器紧密贴合，所述散热面与散热器通过螺钉拉近的方式连接，使得所述散热面与散热器的贴合更为紧密，加快热传导的过程，避免IGBT芯片温度过高导致的失效。
进一步地，所述焊接面还包括陶瓷覆铜板4，所述陶瓷覆铜板4用于焊接发热元器件。
参考图3-4，本实施例所述AlSiC层1通过抽真空压力浸渗法制备，首先由SiC粉末堆积成均匀的多孔隙结构的陶瓷预制件，然后将液态铝合金浸渗到陶瓷预制件中，形成AlSiC层。参考图4，在AlSiC层的基础上通过继续注入液态铝合金，在AlSiC层的表面形成一层铝合金层2；再通过后期的加工打磨处理得到本实施例IGBT基板。需要说明的是，本实施例所述SiC 粉末在制备AlSiC层之前需要进行表面预处理加工。熔融铝合金在700℃下保温30min，预热模具温度设定600℃。参考图4，抽真空压力浸渗后脱模成型的铝碳化硅基板铸件坯料，再通过后期的加工得到本实施例IGBT基板。此时，本实施例所述IGBT基板的散热面为一层较薄的铝合金层2，保证了本实施例所述IGBT基板的热阻更小，热传导过程更快。
以上是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板，包括焊接面和散热面，其特征在于：所述焊接面为平面结构，所述散热面为拱形结构，所述焊接面和散热面均为铝合金层(2)，所述焊接面和散热面之间包括AlSiC层(1)，所述AlSiC层(1)的底部为平面结构，顶部为拱型结构，所述AlSiC层(1)包括由碳化硅粉末(3)堆积成的均匀的多孔隙结构，且多孔隙结构的间隙填充有铝合金；所述焊接面、AlSiC层(1)和散热面为一体结构。
2.根据权利要求1所述的一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板，其特征在于：所述IGBT基板的两侧还包括半导体制冷片(5)，所述半导体制冷片(5)的制冷端与所述IGBT基板的两侧贴合。
3.根据权利要求2所述的一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板，其特征在于：所述半导体制冷片(5)通过导热硅脂与所述IGBT基板的两侧贴合；所述半导体制冷片(5)与外部电源连接，用于IGBT基板的制冷散热。
4.根据权利要求1所述的一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板，其特征在于：所述铝合金层(2)和所述AlSiC层(1)从中心向外部凸出的高度一致。
5.根据权利要求1或4所述的一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板，其特征在于：所述铝合金层(2)和所述AlSiC层(1)从中心向外部凸出的高度为0.2mm-0.4mm。
6.根据权利要求1所述的一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板，其特征在于：所述散热面与所述AlSiC层(1)的顶部贴合，所述焊接面与所述AlSiC层(1)的底部贴合；所述散热面用于结合散热器，所述散热面与散热器紧密贴合，所述散热面与散热器通过螺钉拉近的方式连接。
7.根据权利要求1所述的一种铝碳化硅复合材料制备的IGBT基板，其特征在于：所述焊接面还包括陶瓷覆铜板(4)，所述陶瓷覆铜板(4)用于焊接发热元器件。
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