Igbt用帶s形水冷管的齒狀水冷板一體化制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，具體涉及一種IGBT用帶S形水冷管的齒狀水冷板一體化制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家節(jié)能減排的實(shí)施，IGBT的使用面不斷拓寬，IGBT也不斷向著高功率密度、小型化發(fā)展。傳統(tǒng)的銅底板+氧化鋁陶瓷基板，加上外部鋁材散熱器的方式由于熱阻值大、封裝道次多、熱膨脹匹配性差等缺點(diǎn)，其可靠性大幅度下降，在新需求下已經(jīng)很難繼續(xù)獲得應(yīng)用。
[0003]碳化硅鋁復(fù)合材料底板+氮化鋁陶瓷基板，加上外部鋁散熱器的方式近年來(lái)研制成功并獲得了一定范圍的應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)在于:碳化硅鋁復(fù)合材料基板與氮化鋁熱膨脹匹配性更好，雖然其熱導(dǎo)率(< 250ff/m.K)較銅(約為400W/m.K)有所降低，但其服役條件可靠性大幅度提高，尤其對(duì)于服役條件苛刻的使用環(huán)境下，IGBT器件的使用壽命可以延長(zhǎng)效果明顯。
[0004]但是IGBT器件目前存在的問(wèn)題為底板和外部鋁散熱器之間作為兩個(gè)分立組件連接時(shí)通常采用焊接等方式，二者界面熱阻的存在極大降低了熱量向外的傳遞能力和系統(tǒng)的可靠性。所以本領(lǐng)域迫切需要開(kāi)發(fā)一種底板+外部散熱器一體化的IGBT用產(chǎn)品，且要求冷卻效果更好的產(chǎn)品出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，其目的在于提供一種IGBT用帶S形壓埋管的齒狀水冷板一體化制備方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
[0007]一種IGBT用帶S形水冷管的齒狀水冷板的一體化制備方法，所述的制備方法包括以下步驟:
[0008](I)制備S形水冷管，然后將其埋入帶粘結(jié)劑的碳化硅顆粒中壓坯得到矩形板狀坯體，之后對(duì)矩形板狀坯體進(jìn)行脫脂形成預(yù)制件；
[0009]所述S形水冷管管為碳化硅陶瓷管；
[0010](2)制備一面帶多個(gè)齒形孔的長(zhǎng)方體模具；
[0011]所述的模具材料為金屬、石墨、陶瓷或微晶玻璃；
[0012]所述齒形孔的截面形狀為圓形、橢圓形、菱形、方形、三角形、和梯形中的一種或一種以上；
[0013](3)將預(yù)制件置于帶多個(gè)齒形孔的長(zhǎng)方體模具的上表面，并通過(guò)卡具將預(yù)制件的位置固定；
[0014]所述卡具的材料為石墨或金屬；
[0015]所述卡具的形狀為倒扣的無(wú)蓋長(zhǎng)方體空盒，卡具底部開(kāi)有4-8個(gè)Φ1ι?πι-Φ 20mm的通孔；
[0016](4)將固定有預(yù)制件的帶多個(gè)齒形孔的長(zhǎng)方體模具放入壓力溶滲模具中，并預(yù)熱至650°C-700°C;
[0017]對(duì)鋁合金進(jìn)行熔制，得到鋁合金溶液，熔制溫度為900°C-1000°C，時(shí)間為20min-40min;然后將鋁合金溶液注入壓力溶滲模具中；
[0018]待鋁合金溶液浸沒(méi)預(yù)制件時(shí)，將壓力溶滲模具加壓至8_20MPa，當(dāng)其溫度降至500°(:以下后撤掉壓力，得到IGBT用帶S形水冷管的齒狀水冷板的一體化產(chǎn)品。
[0019]步驟(I)中所述S形水冷管的截面呈圓形或橢圓形，壁厚為0.5mm-2mm,內(nèi)徑為2mm-4mm ο
[0020]所述S形水冷管的制備方法為:
[0021 ]以含90wt %_96wt %碳化娃粉末、3.2wt%-8.0wt %石墨粉和0.8wt%-2.0wt %碳化硼為主原料，向上述主原料中加入質(zhì)量為主原料質(zhì)量3-5%的粘結(jié)劑、0.5-0.8%的增塑劑、0.4-0.6 %的分散劑、8-12 %的潤(rùn)滑劑和20-22 %的去離子水，然后進(jìn)行球磨得到固相含量為68-72wt%的水基碳化硅塑性泥料；
[0022]對(duì)水基碳化硅塑性泥料反復(fù)練泥6-10次后，將其放入擠管機(jī)內(nèi)并輔之以模具擠壓得到所需的S形水冷管坯體，隨后采用直徑小于S形水冷管坯體內(nèi)徑0.3-0.8mm的S形不銹鋼繩撐住S形水冷管坯體內(nèi)壁進(jìn)行保形；
[0023]將S形水冷管坯體進(jìn)行3-10天的陰干，陰干后在溫度為60°C-90°C的條件下，干燥6-10小時(shí);然后在氬氣氣氛下保護(hù)下無(wú)壓燒結(jié)至1800°C-2100°C，并保溫0.5-1.5小時(shí)，得到S形水冷管；
[0024]所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇溶膠；
[0025]所述的增塑劑為甘油；
[0026]所述的分散劑為氨水；
[0027]所述的潤(rùn)滑劑為乳化的液體石蠟。
[0028]步驟(I)中所述的粘結(jié)劑為磷酸二氫鋁溶膠、水玻璃溶膠、氫氧化鋁溶膠、聚乙烯醇溶膠和糊精中的一種或一種以上。
[0029]步驟(I)中所述的碳化娃顆粒為粒徑在Ιμπι-1ΟΟμπι的兩種以上的碳化娃顆粒的混合物，壓坯后矩形板狀坯體內(nèi)碳化硅顆粒的固相含量為65-75vol %。
[0030]步驟(I)中所述的壓坯壓力為60MPa_200Mpa，壓坯后S形水冷管位于矩形板狀坯體中心位置，且其進(jìn)出水口位于矩形板狀坯體同一側(cè)邊，進(jìn)水口位置稍高于出水口。
[0031]步驟(I)所述脫脂的方式為將板狀坯體放入管式脫脂爐中，待粘結(jié)劑中揮發(fā)組分揮發(fā)完全后，將脫脂爐溫度升至800°C-120(TC，保溫40-80min后隨脫脂爐冷卻，從而獲得預(yù)制件。
[0032]步驟(2)中所述的微晶玻璃中含有石霄成分，其含量占微晶玻璃總質(zhì)量的5wt%-15wt% ο
[0033]步驟(3)中所述卡具的底部厚度為2mm-4mm，四周的壁厚為2mm-20mm;卡具通過(guò)金屬或石墨螺栓與帶多個(gè)齒形孔的長(zhǎng)方體模具連接，使卡具底部和四周內(nèi)壁與預(yù)制件之間留有0.的空隙。
[0034]步驟(4)中所述的鋁合金中含有5_10wt%的硅。
[0035]本發(fā)明的有益效果為:由本發(fā)明所述制備方法獲得的產(chǎn)物為一體化的IGBT用帶S形水冷管的齒狀水冷板，且制備方法簡(jiǎn)單，原料便宜易得，工藝簡(jiǎn)單易于控制，制得產(chǎn)品能夠?yàn)镮GBT提供最佳的冷卻效果，特別適用于高功率密度IGBT產(chǎn)品使用。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明提供了一種IGBT用帶S形水冷管的齒狀水冷板一體化制備方法，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件操作。所使用的原料均可從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)。
[0037]實(shí)施例1
[0038](I) S形水冷管的制備:以含90wt %的碳化硅粉末、8.0wt %石墨粉末和2.0wt %碳化硼為主原料，向上述主原料中加入質(zhì)量為主原料質(zhì)量5%的聚乙烯醇粘結(jié)劑、0.8%的甘油增塑劑、0.6%的氨水分散劑、12%乳化液體石蠟潤(rùn)滑劑和22%的去離子水，然后進(jìn)行球磨并配制成固相含量為68wt%的水基碳化硅塑性泥料；
[0039]將水基碳化硅塑性泥料在真空練泥機(jī)上反復(fù)練泥6次后，將其放入擠管機(jī)內(nèi)并輔之以模具，在I5MPa壓力下擠壓得到基礎(chǔ)密度為2.0Og/cm3的S形水冷管坯體;隨后用直徑小于S形水冷管坯體內(nèi)徑0.5mm的S形不銹鋼繩撐住管材坯體內(nèi)壁進(jìn)行保形；
[0040]隨后對(duì)S形水冷管坯體陰干3天，陰干后在溫度60°C的條件下下干燥10小時(shí)，然后在氬氣氣氛的保護(hù)下無(wú)壓燒結(jié)至1800°C，并保溫1.5小時(shí)，得到壁厚0.5mm，內(nèi)徑3mm，致密度為3.14g/cm3超薄壁碳化硅陶瓷S形水冷管。
[0041 ] (2)取碳化娃顆粒，粒度ΙΟΟμπι: 10μηι=7:3，并添加質(zhì)量為碳化娃質(zhì)量5%的磷酸二氫鋁溶膠，混合40min，得到碳化硅混合物。之后將碳化硅混合物鋪入壓坯模具中，確保其壓實(shí)后的厚度為0.5_，再將S形水冷管放入其中間位置，最后將壓實(shí)后厚度為5_的碳化硅混合物加入后，在SOMPa下壓制成碳化硅固相含量為65vol %的矩形板狀坯體，確保S形水冷管位于矩形板狀還體的中心位置。板狀還體尺寸為190mm*140mm*5mm，S形水冷管的進(jìn)、出水口在矩形板狀坯體的同一側(cè)邊。將矩形板狀坯體升溫至200°C后，在空氣條件下脫脂2小時(shí)后，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升至1200°C并保溫60min，得到預(yù)制件。
[0042](3)在一塊尺寸為230mm*180mm*20mm的石墨板加工中心區(qū)域150mm*100mm上均勾加工出Φ 的緊密排布的深孔，孔的截面為圓形，制成帶多個(gè)齒形孔石墨板模具。
[0043](4)將預(yù)制體置于帶多個(gè)齒形孔石墨板模具表面，其上覆蓋卡具，卡具底部的厚度為2_，四周壁厚為2_，卡具與帶多個(gè)齒形孔的石墨板模具通過(guò)石墨螺栓連接，確保卡具底部和四周內(nèi)壁與預(yù)制件之間留有0.2mm的均勾空隙；卡具底部開(kāi)6個(gè)Φ lmm-Φ 20mm的通孔，保證后續(xù)鋁合金溶液澆注時(shí)作為鋁合金溶液進(jìn)入的通道。
[0044](5)將固定有預(yù)制件的帶多個(gè)齒形孔的長(zhǎng)方體模具放入壓力溶滲模具中，并預(yù)熱至650°C;
[0045]將硅含量為6wt%的鋁