Igbt用帶s形水冷管的齒狀水冷板一體化制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體器件制造領域，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】
[0002]隨著國家節能減排的實施，IGBT的使用面不斷拓寬，IGBT也不斷向著高功率密度、小型化發展。傳統的銅底板+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，其可靠性大幅度下降，在新需求下已經很難繼續獲得應用。
[0003]碳化硅鋁復合材料底板+氮化鋁陶瓷基板，加上外部鋁散熱器的方式近年來研制成功并獲得了一定范圍的應用，其優勢在于:碳化硅鋁復合材料基板與氮化鋁熱膨脹匹配性更好，雖然其熱導率(< 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，尤其對于服役條件苛刻的使用環境下，IGBT器件的使用壽命可以延長效果明顯。
[0004]但是IGBT器件目前存在的問題為底板和外部鋁散熱器之間作為兩個分立組件連接時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的可靠性。所以本領域迫切需要開發一種底板+外部散熱器一體化的IGBT用產品，且要求冷卻效果更好的產品出現。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有現有技術中存在的缺點，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]為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下:
[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劑的碳化硅顆粒中壓坯得到矩形板狀坯體，之后對矩形板狀坯體進行脫脂形成預制件；
[0009]所述S形水冷管管為碳化硅陶瓷管；
[0010](2)制備一面帶多個齒形孔的長方體模具；
[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)將預制件置于帶多個齒形孔的長方體模具的上表面，并通過卡具將預制件的位置固定；
[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蓋長方體空盒，卡具底部開有4-8個Φ1ι?πι-Φ 20mm的通孔；
[0016](4)將固定有預制件的帶多個齒形孔的長方體模具放入壓力溶滲模具中，并預熱至650°C-700°C;
[0017]對鋁合金進行熔制，得到鋁合金溶液，熔制溫度為900°C-1000°C，時間為20min-40min;然后將鋁合金溶液注入壓力溶滲模具中；
[0018]待鋁合金溶液浸沒預制件時，將壓力溶滲模具加壓至8_20MPa，當其溫度降至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量為主原料質量3-5%的粘結劑、0.5-0.8%的增塑劑、0.4-0.6 %的分散劑、8-12 %的潤滑劑和20-22 %的去離子水，然后進行球磨得到固相含量為68-72wt%的水基碳化硅塑性泥料；
[0022]對水基碳化硅塑性泥料反復練泥6-10次后，將其放入擠管機內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形水冷管坯體內徑0.3-0.8mm的S形不銹鋼繩撐住S形水冷管坯體內壁進行保形；
[0023]將S形水冷管坯體進行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;然后在氬氣氣氛下保護下無壓燒結至1800°C-2100°C，并保溫0.5-1.5小時，得到S形水冷管；
[0024]所述的粘結劑為聚乙烯醇溶膠；
[0025]所述的增塑劑為甘油；
[0026]所述的分散劑為氨水；
[0027]所述的潤滑劑為乳化的液體石蠟。
[0028]步驟(I)中所述的粘結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，且其進出水口位于矩形板狀坯體同一側邊，進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，待粘結劑中揮發組分揮發完全后，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;卡具通過金屬或石墨螺栓與帶多個齒形孔的長方體模具連接，使卡具底部和四周內壁與預制件之間留有0.的空隙。
[0034]步驟(4)中所述的鋁合金中含有5_10wt%的硅。
[0035]本發明的有益效果為:由本發明所述制備方法獲得的產物為一體化的IGBT用帶S形水冷管的齒狀水冷板，且制備方法簡單，原料便宜易得，工藝簡單易于控制，制得產品能夠為IGBT提供最佳的冷卻效果，特別適用于高功率密度IGBT產品使用。
【具體實施方式】
[0036]本發明提供了一種IGBT用帶S形水冷管的齒狀水冷板一體化制備方法，下面結合實施例對本發明作進一步說明。以下實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件操作。所使用的原料均可從市場上購買。
[0037]實施例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量為主原料質量5%的聚乙烯醇粘結劑、0.8%的甘油增塑劑、0.6%的氨水分散劑、12%乳化液體石蠟潤滑劑和22%的去離子水，然后進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上反復練泥6次后，將其放入擠管機內并輔之以模具，在I5MPa壓力下擠壓得到基礎密度為2.0Og/cm3的S形水冷管坯體;隨后用直徑小于S形水冷管坯體內徑0.5mm的S形不銹鋼繩撐住管材坯體內壁進行保形；
[0040]隨后對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，然后在氬氣氣氛的保護下無壓燒結至1800°C，并保溫1.5小時，得到壁厚0.5mm，內徑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，并添加質量為碳化娃質量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、出水口在矩形板狀坯體的同一側邊。將矩形板狀坯體升溫至200°C后，在空氣條件下脫脂2小時后，再在氮氣保護下升至1200°C并保溫60min，得到預制件。
[0042](3)在一塊尺寸為230mm*180mm*20mm的石墨板加工中心區域150mm*100mm上均勾加工出Φ 的緊密排布的深孔，孔的截面為圓形，制成帶多個齒形孔石墨板模具。
[0043](4)將預制體置于帶多個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_，卡具與帶多個齒形孔的石墨板模具通過石墨螺栓連接，確保卡具底部和四周內壁與預制件之間留有0.2mm的均勾空隙；卡具底部開6個Φ lmm-Φ 20mm的通孔，保證后續鋁合金溶液澆注時作為鋁合金溶液進入的通道。
[0044](5)將固定有預制件的帶多個齒形孔的長方體模具放入壓力溶滲模具中，并預熱至650°C;
[0045]將硅含量為6wt%的鋁