一種碳化硅igbt基板骨架真空壓力滲鋁裝置及雙面覆鋁方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置及雙面覆鋁方法。為了解決現(xiàn)有的碳化硅IGBT基板骨架覆鋁存在的覆鋁不均勻，鋁合金層存在細(xì)孔影響質(zhì)量等問(wèn)題，所述碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置包括置于真空壓力浸滲爐內(nèi)的陶瓷坩堝，設(shè)置在陶瓷坩堝底部的帶孔石墨板；裝在陶瓷坩堝內(nèi)的多塊碳化硅IGBT基板骨架和多塊不銹鋼陶瓷組合板；相鄰兩塊碳化硅IGBT基板骨架之間設(shè)有一塊與之平行布置的所述不銹鋼陶瓷組合板；所述陶瓷坩堝的側(cè)壁上開(kāi)有用于固定所述碳化硅IGBT基板骨架或不銹鋼陶瓷組合板的卡槽；所述陶瓷坩堝內(nèi)裝有含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于13%的鑄造鋁合金。本發(fā)明解決了鋁碳化硅IGBT基板雙面均勻覆鋁合金的技術(shù)難題，陶瓷坩堝可重復(fù)使用，成本低，產(chǎn)量高、質(zhì)量好，適合于批量生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置及雙面覆鋁方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置及鋁碳化硅IGBT基板雙面覆鋁合金的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁碳化硅IGBT基板因其具有熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于大功率集成電路、相控陣?yán)走_(dá)天線、高速列車變流控制器的散熱。
[0003]鋁碳化硅IGBT基板上需要有安裝孔和螺孔，要求焊接面為平面，另一面需要球面。在鋁碳化硅IGBT基板上進(jìn)行機(jī)械加工是很困難的。中國(guó)專利CN201110340918.7公開(kāi)了 了鋁碳化硅復(fù)合材料IGBT基板的制備及鑲嵌鋁合金的方法，避免了在鋁碳化硅復(fù)合材料基板上打孔或攻絲，而是在鋁碳化硅復(fù)合材料基板鑲嵌的鋁合金上進(jìn)行打孔或攻絲，提高了生產(chǎn)效率。為了實(shí)現(xiàn)鋁碳化硅IGBT基板的另一面為球面，如果在鋁碳化硅IGBT基板上進(jìn)行機(jī)械加工，比打孔或攻絲還要困難。當(dāng)然，如果能實(shí)現(xiàn)在鋁碳化硅IGBT基板上雙面覆上鋁合金，然后在鋁合金上進(jìn)行球面加工，則可以避免機(jī)械加工上的困難。但是，在真空壓力滲鋁過(guò)程中，采用不銹鋼制作的滲鋁工裝，碳化硅IGBT基板骨架滲鋁后很容易變形，導(dǎo)致鋁碳化硅IGBT基板雙面覆鋁合金的厚度不均勻，在進(jìn)行球面加工時(shí)，鋁碳化硅材料很容易露出來(lái)，達(dá)不到雙面覆鋁合金的目的。中國(guó)專利CN200780014043.3公開(kāi)了 “鋁-碳化硅復(fù)合體和使用該復(fù)合體的散熱零件”，該專利是將碳化硅IGBT基板骨架的兩面先墊上氧化鋁或二氧化硅為主要成分的纖維布，在該纖維布的外面再夾脫模鋼板，交叉層疊，在最外層用兩塊厚鋼板夾住并用螺桿擰緊。該專利的關(guān)鍵在于氧化鋁或二氧化硅為主要成分的纖維布夾在碳化硅IGBT基板骨架上，通過(guò)調(diào)整纖維布的層數(shù)，達(dá)到調(diào)整鋁碳化硅IGBT基板上的鋁合金厚度的目的。本發(fā)明人對(duì)該專利進(jìn)行了驗(yàn)證，采用氧化鋁纖維夾在碳化硅IGBT基板骨架上，再用刷了脫模劑的不銹鋼板夾住，用螺桿擰緊，采用真空壓力滲鋁的方法，能實(shí)現(xiàn)鋁碳化硅IGBT基板雙面覆鋁合金，但是，在該鋁合金層上有大量的微細(xì)孔，化學(xué)鍍鎳磷合金后，仍可見(jiàn)微細(xì)孔，達(dá)不到應(yīng)用要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有的碳化硅IGBT基板骨架覆鋁存在的覆鋁不均勻，鋁合金層存在細(xì)孔影響質(zhì)量等不足，本發(fā)明旨在提供一種碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置及雙面覆鋁方法，該滲鋁裝置及雙面覆鋁方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，質(zhì)量好、適用范圍廣。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括置于真空壓力浸滲爐內(nèi)的陶瓷坩堝，設(shè)置在陶瓷坩堝底部的帶孔石墨板；裝在陶瓷坩堝內(nèi)的多塊碳化硅IGBT基板骨架和多塊不銹鋼陶瓷組合板；相鄰兩塊碳化硅IGBT基板骨架之間設(shè)有一塊與之平行布置的所述不銹鋼陶瓷組合板；所述陶瓷坩堝的側(cè)壁上開(kāi)有用于固定所述碳化硅IGBT基板骨架或不銹鋼陶瓷組合板的卡槽；所述陶瓷坩堝內(nèi)裝有含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于13%的鑄造招合金。
[0006]以下為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案:
所述碳化硅IGBT基板骨架的體積分?jǐn)?shù)為65°/-75%。
[0007]作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述不銹鋼陶瓷組合板包括陶瓷板，位于陶瓷板兩側(cè)的不銹鋼板；其中陶瓷板厚度為3mnT3.2mm,兩側(cè)的不銹鋼板厚度均為0.5mnTlmm。
[0008]為了方便脫模，所述陶瓷坩堝內(nèi)表面以及不銹鋼陶瓷組合板外表面均設(shè)有脫模劑層。所述脫模劑層的脫模劑配方為氧化鋅150g/L-200g/L，水玻璃150mL/L-200mL/L，余為去離子水。
[0009]為了保證覆鋁的均勻度，相鄰兩個(gè)卡槽之間的距離為lmnT2.5mm。
[0010]為了方便脫模，所述卡槽從其根部到齒部具有斜度。
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種利用上述的碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置對(duì)碳化硅IGBT基板骨架進(jìn)行雙面覆鋁的方法，該雙面覆鋁方法包括如下步驟:
1)在陶瓷坩堝底部放置帶孔石墨板，并將碳化硅IGBT基板骨架和不銹鋼陶瓷組合板插入陶瓷坩堝的相應(yīng)卡槽內(nèi)；
2)將含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于13%的鑄造鋁合金放入陶瓷坩堝內(nèi)；
3)關(guān)閉真空壓力浸滲爐并抽真空，直到真空度為20Pa以下；
4)加熱真空壓力浸滲爐到750°C-850°C，保溫80mirTl00min;此時(shí)，熔化的鋁合金液面比碳化硅IGBT基板骨架高出至少20mm ；
5)向真空壓力浸滲爐內(nèi)充入保護(hù)氣體至爐內(nèi)壓力為7MPa-8MPa，保壓15mirT25min；
6)排放爐內(nèi)的保護(hù)氣體，冷卻后取出鋁碳化硅IGBT基板骨架坯件。
[0012]藉由上述結(jié)構(gòu)，一種碳化硅IGBT骨架真空壓力滲鋁裝置，包括帶有卡槽的陶瓷坩堝；裝在陶瓷坩堝的底部的帶孔石墨板；體積分?jǐn)?shù)為65%的碳化硅IGBT骨架；不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合；鋁合金為含硅量大于13%的鑄造鋁合金。由此，帶有卡槽的陶瓷坩堝的底部放I塊有孔的石墨板，將碳化硅IGBT基板骨架和不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合分別交叉裝入陶瓷坩堝的卡槽內(nèi)，組成碳化硅IGBT基板骨架滲鋁裝置。
[0013]陶瓷坩堝經(jīng)等靜壓成型后燒結(jié)而成，其材質(zhì)為氧化鋁或氧化鋁與氧化硅的混合物。
[0014]陶瓷坩堝外形尺寸長(zhǎng)X寬X高為(160-210 )mmX IOOmmX (200-300 )mm，壁厚為IOmm,底部厚為20mm。
[0015]陶瓷i甘禍內(nèi)的·卡槽:卡槽的長(zhǎng)X寬為(3mm-5mm) X (5.0mm-5.2mm),間隔2mmD
[0016]陶瓷坩堝內(nèi)部刷氧化鋅與水玻璃脫模劑，其中脫模劑配方為氧化鋅150g/L-200g/L,水玻璃150mL/L-200mL/L，余為去離子水。
[0017]不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合:不銹鋼板厚1mm，表面刷氧化鋅與水玻璃脫模齊U，其中脫模劑配方為氧化鋅150g/L-200g/L，水玻璃150mL/L-200mL/L，余為去離子水。陶瓷板厚3.0mm-3.2_，其材質(zhì)為氧化鋁或氧化鋁與氧化硅的混合物。I件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合放入陶瓷坩堝內(nèi)的I個(gè)卡槽。
[0018]在陶瓷坩堝內(nèi)，先將I件碳化硅IGBT骨架裝入第I個(gè)卡槽，再將I件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合裝入第2個(gè)卡槽，再將I件碳化硅IGBT骨架裝入第3個(gè)卡槽，按這種交叉方法裝碳化硅IGBT骨架和不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合。將適量的含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于13%的鑄造鋁合金放在碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置內(nèi)，再將碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置放入真空壓力浸滲爐內(nèi)，關(guān)閉真空爐上塞，開(kāi)始抽真空，當(dāng)真空度為20Pa以下時(shí)，開(kāi)始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到750°C-850°C時(shí)，保溫80min-100 min,此時(shí)，鋁合金液面比碳化硅IGBT基板骨架上部高出20mm ;然后向真空壓力浸潰爐內(nèi)加入氮?dú)?，其壓力?MPa-8MPa，保壓15min-25min ;保壓結(jié)束后，放掉氮?dú)獠⒆匀焕鋮s至50°C以下時(shí)，取出碳化硅IGBT骨架滲鋁裝置，再將每件鋁碳化硅IGBT基板坯件取出。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，陶瓷坩堝可重復(fù)使用，成本比石墨樹(shù)禍低，適用范圍廣，可實(shí)現(xiàn)招碳化娃IGBT基板的工業(yè)化生廣。
[0020]在鋁碳化硅IGBT基板上所得到的鋁合金層厚為Imm-2mm，鋁碳化硅復(fù)合材料的變形量小于0.1lmm,在鋁合金層上采用機(jī)械加工的方法容易實(shí)現(xiàn)焊接平面具有鋁合金，在另一面容易加工成球面。在鋁碳化硅IGBT基板雙面覆的鋁合金具有平整、均勻、致密等特點(diǎn)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察，無(wú)細(xì)微孔和裂紋等現(xiàn)象；對(duì)該產(chǎn)品做熱震試驗(yàn):從200°C保溫I小時(shí)，取出放入室溫的自來(lái)水中，往復(fù)10次后，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察，鋁碳化硅IGBT基板與鋁合金層無(wú)剝落和裂紋等現(xiàn)象；在鋁碳化硅IGBT基板中取樣檢測(cè):20°C-25°C時(shí)，熱導(dǎo)率為185W/m.Κ ;25°C— 150°C時(shí)，熱膨脹系數(shù)為 7.1Χ10-7Κ ;20°C-25°C時(shí)，抗彎強(qiáng)度 423MPa。
[0021]本發(fā)明解決了鋁碳化硅IGBT基板雙面均勻覆鋁合金的技術(shù)難題，陶瓷坩堝可重復(fù)使用，成本低，產(chǎn)量高，質(zhì)量好，適合于批量生產(chǎn)。
[0022]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的鋁碳化硅IGBT基板骨架加工的球面等高線測(cè)量數(shù)據(jù)圖(中心點(diǎn):Z 值 0.3936mm,偏心 X 值 49.57%,偏心 Y 值 54.24%)；
圖2是本發(fā)明所述的陶瓷坩堝結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明所述不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板的組合示意圖。
[0024]在圖中
1-陶瓷樹(shù)禍；2，3，4，5-卡槽；6，8-不銹鋼板；7-陶瓷板。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
四單元鋁碳化硅IGBT基板外形尺寸為127mmX137mmX5mm，雙面覆鋁合金，焊接平面鋁合金厚度0.03mm,另一面為球面，鋁合金厚度最低為0.03mm,最高點(diǎn)為0.390mm。其步驟如下:
1、陶瓷坩堝設(shè)計(jì)
(I)如圖2所示，陶瓷坩堝I經(jīng)等靜壓成型后燒結(jié)而成，其材質(zhì)為氧化鋁或氧化鋁與氧化硅的混合物。
[0026](2)陶瓷坩堝外形尺寸長(zhǎng)X寬X高為160_X100_X200mm，壁厚為10_，底部厚為20mm,。
[0027](3)陶瓷坩堝內(nèi)的卡槽，如圖2所示，卡槽2為長(zhǎng)X寬為5mmX5.2mm，間隔2 mm,該卡槽從其根部到齒部有一定的斜度，便于脫模。
[0028]2、刷脫模劑
(1)將陶瓷坩堝加熱至200°C，保溫30min后取出，在其內(nèi)部刷氧化鋅與水玻璃脫模劑；
(2)將該坩堝再加熱200°C，保溫30min后再取出，再在其內(nèi)部刷氧化鋅與水玻璃脫模
劑；
(3)將該坩堝再加熱200°C，保溫30min后，自然冷卻。
[0029]其中脫模劑配方為氧化鋅150g/L，水玻璃150mL/L，余為去離子水。
[0030]3、不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合
(I)不銹鋼板131mmX 141mmX Imm,其中不銹鋼板厚為Imm,按上述方法在不銹鋼板表面刷氧化鋅與水玻璃脫模劑，其中脫模劑配方為氧化鋅150g/L，水玻璃150mL/L，余為去離子水。
[0031](2)陶瓷板131mmX 141mmX 1mm,其中陶瓷板厚3.0mm,其材質(zhì)為氧化招或氧化招
與氧化硅的混合物。
[0032](3)1件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合如圖3所示。
[0033]4、磨削碳化硅IGBT骨架平面
選用體積分?jǐn)?shù)為65%的碳化娃IGBT骨架,其外形尺寸為131_X 141mmX 5.5mm,磨成外形尺寸為131mmX 141mmX4.8mm,清洗干凈,再加熱200°C,保溫30min后自然冷卻。
[0034]5、組成碳化硅IGBT骨架真空壓力滲鋁裝置
如圖2所示，在陶瓷坩堝I內(nèi)，將有孔有石墨板平放入坩堝I底部與卡槽緊配合；將第I件碳化硅IGBT骨架裝入圖2中的卡槽2 (第I個(gè)卡槽)，再將第I件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合裝入圖2中的卡槽3 (第2個(gè)卡槽)，再將第2件碳化硅IGBT骨架裝入第3個(gè)卡槽，按這種交叉方法裝碳化硅IGBT骨架和不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合，直到第5件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合裝入圖2中的卡槽4，將第6件碳化硅IGBT骨架裝入圖2中卡槽5。本裝置共有6件碳化硅IGBT骨架和5件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合。
[0035]6、將適量的含硅量為13%的鑄造鋁合金放在碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置內(nèi)，再將碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置放入真空壓力浸滲爐內(nèi)，關(guān)閉真空爐上塞，開(kāi)始抽真空，當(dāng)真空度為19Pa時(shí)，開(kāi)始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到750°C時(shí)，保溫80min，此時(shí)，鋁合金液面比碳化硅IGBT基板骨架上部高出20mm ;然后向真空壓力浸潰爐內(nèi)加入氮?dú)猓鋲毫?.5MPa,保壓15min ;保壓結(jié)束后，放掉氮?dú)獠⒆匀焕鋮s至50°C以下時(shí)，取出碳化硅IGBT骨架滲鋁裝置，再將每件鋁碳化硅IGBT基板坯件取出。
[0036]7、用銑床將單件鋁碳化硅IGBT基板坯件表面不規(guī)則的鋁合金加工平整。
[0037]8、用線切割機(jī)將外形尺寸為131mmX 141mm的還件線切割成127mmX 137mm。
[0038]9、采用平面磨床將經(jīng)過(guò)8處理的坯件磨焊接平面，直到鋁合金層為0.03mm為止。
[0039]10、采用數(shù)控車床將經(jīng)過(guò)9處理的坯件加工球面，鋁合金層最低點(diǎn)為0.03mm,最高點(diǎn)為 0.390mm。
[0040]在鋁碳化硅IGBT基板的鋁合金層上加工的球面等高線測(cè)量數(shù)據(jù)如圖1所示(中心點(diǎn):Z 值 0.3936mm,偏心 X 值 49.57%，偏心 Y 值 54.24%)。[0041]本實(shí)施例在鋁碳化硅IGBT基板上所得到的鋁合金層有效厚度為1.5mm，鋁碳化硅復(fù)合材料的變形量小于0.1lmm,在鋁合金層上采用機(jī)械加工的方法實(shí)現(xiàn)了焊接平面具有0.03mm的鋁合金層，在另一面加工成了球面，球面最低點(diǎn)有0.03mm的鋁合金層，最高點(diǎn)
0.390_。在鋁碳化硅IGBT基板雙面覆的鋁合金層具有平整、均勻、致密等特點(diǎn)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察，無(wú)細(xì)微孔和裂紋等現(xiàn)象；對(duì)該產(chǎn)品做熱震試驗(yàn):從200°C保溫I小時(shí)，取出放入室溫的自來(lái)水中，往復(fù)10次后，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察，鋁碳化硅IGBT基板與鋁合金層無(wú)剝落和裂紋等現(xiàn)象；在鋁碳化硅IGBT基板中取樣檢測(cè):20°C?25°C時(shí)，熱導(dǎo)率為185W/m.K ；250C- 150°C時(shí)，熱膨脹系數(shù)為7.1X10_6/K ;20°C?25°C時(shí)，抗彎強(qiáng)度423MPa。在鋁碳化硅IGBT基板的鋁合金層上加工的球面等高線測(cè)量數(shù)據(jù)如圖1所示(中心點(diǎn):Z值0.3936mm，偏心 X 值 49.57%,偏心 Y 值 54.24%)。
[0042]實(shí)施例2
六單元招碳化娃IGBT基板外形尺寸為187mmX 137mmX5mm,雙面覆招合金,焊接平面鋁合金厚度0.03mm,另一面為球面，鋁合金厚度最低為0.03mm，最高點(diǎn)為0.390mm。其步驟如下:
1、陶瓷坩堝設(shè)計(jì)
(I)如圖2所示，陶瓷坩堝I經(jīng)等靜壓成型后燒結(jié)而成，其材質(zhì)為氧化鋁或氧化鋁與氧化硅的混合物。
[0043](2)陶瓷坩堝外形尺寸長(zhǎng)X寬X高為210_X100_X300mm，壁厚為10_，底部厚為20mm,。
[0044](3)陶瓷坩堝內(nèi)的卡槽，如圖2所示，卡槽2為長(zhǎng)X寬為5mmX5.2mm，間隔2 mm,該卡槽從根部到齒部有一定的斜度，便于脫模。
[0045]2、刷脫模劑
(1)將陶瓷坩堝加熱至200°C，保溫30min后取出，在其內(nèi)部刷氧化鋅與水玻璃脫模劑；
(2)將該坩堝再加熱200°C，保溫30min后再取出，再在其內(nèi)部刷氧化鋅與水玻璃脫模
劑；
(3)將該坩堝再加熱200°C，保溫30min后，自然冷卻。
[0046]其中脫模劑配方為氧化鋅200g/L，水玻璃200mL/L，余為去離子水。
[0047]3、不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合
(I)不銹鋼板191mmX 141mmX Imm,其中不銹鋼板厚為Imm,按上述方法在不銹鋼板表面刷氧化鋅與水玻璃脫模劑，其中脫模劑配方為氧化鋅200g/L，水玻璃200mL/L，余為去離子水。
[0048](2)陶瓷板191mmX 141mmX Imm,其中陶瓷板厚3.2mm,其材質(zhì)為氧化招或氧化招
與氧化硅的混合物。
[0049](3)1件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合如圖3所示。
[0050]4、磨削碳化硅IGBT骨架平面
選用體積分?jǐn)?shù)為75%的碳化娃IGBT骨架,其外形尺寸為191_X 141mmX 5.5mm,磨成外形尺寸為191mmX 141mmX4.8mm,清洗干凈,再加熱200°C,保溫30min后自然冷卻。
[0051]5、組成碳化硅IGBT骨架真空壓力滲鋁裝置
如圖2所示，在陶瓷坩堝I內(nèi)，將有孔有石墨板平放入坩堝I底部與卡槽緊配合；將第I件碳化硅IGBT骨架裝入圖2中的卡槽2 (第I個(gè)卡槽)，再將第I件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合裝入圖2中的卡槽3 (第2個(gè)卡槽)，再將第2件碳化硅IGBT骨架裝入第3個(gè)卡槽，按這種交叉方法裝碳化硅IGBT骨架和不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合，直到第5件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組合裝入圖2中的卡槽4，將第6件碳化硅IGBT骨架裝入圖2中的卡槽5。本裝置共有6件碳化硅IGBT骨架和5件不銹鋼板/陶瓷板/不銹鋼板組入口 。
[0052]6、將適量的含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.5%的鑄造鋁合金放在碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置內(nèi)，再將碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置放入真空壓力浸滲爐內(nèi)，關(guān)閉真空爐上塞，開(kāi)始抽真空，當(dāng)真空度為17Pa時(shí)，開(kāi)始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到850°C時(shí)，保溫100min，此時(shí)，鋁合金液面比碳化硅IGBT基板骨架上部高出20mm ;然后向真空壓力浸潰爐內(nèi)加入氮?dú)?，其壓力?.0MPa,保壓25min ;保壓結(jié)束后，放掉氮?dú)獠⒆匀焕鋮s至50°C以下時(shí)，取出碳化硅IGBT骨架滲鋁裝置，再將每件鋁碳化硅IGBT基板坯件取出。
[0053]7、用銑床將單件鋁碳化硅IGBT基板坯件表面不規(guī)則的鋁合金加工平整。
[0054]8、用線切割機(jī)將外形尺寸為191mmX 141mm的還件線切割成187mmX 137mm。
[0055]9、采用平面磨床將經(jīng)過(guò)8處理的坯件磨焊接平面，直到鋁合金層為0.03mm為止。
[0056]10、采用數(shù)控車床將經(jīng)過(guò)9處理的坯件加工球面，鋁合金層最低點(diǎn)為0.03mm,最高點(diǎn)為 0.390mm。
[0057]本實(shí)施例在鋁碳化硅IGBT基板上所得到的鋁合金層有效厚度為1.6mm，鋁碳化硅復(fù)合材料的變形量小于0.13mm,在鋁合金層上采用機(jī)械加工的方法實(shí)現(xiàn)了焊接平面具有0.03mm的鋁合金層，在另一面加工成了球面，球面最低點(diǎn)有0.03mm的鋁合金層，最高點(diǎn)0.390-。在鋁碳化硅IGBT基板雙面覆的鋁合金層具有平整、均勻、致密等特點(diǎn)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察，無(wú)細(xì)微孔和裂紋等現(xiàn)象；對(duì)該產(chǎn)品做熱震試驗(yàn):從200°C保溫I小時(shí)，取出放入室溫的自來(lái)水中，往復(fù)10次后，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察，鋁碳化硅IGBT基板與鋁合金層無(wú)剝落和裂紋等現(xiàn)象；在鋁碳化硅IGBT基板中取樣檢測(cè):20°C-25°C時(shí)，熱導(dǎo)率為180W/m.K ；25°C— 150°C時(shí)，熱膨脹系數(shù)為7.0Χ10-6/Κ ;20°C-25°C時(shí)，抗彎強(qiáng)度395MPa。
[0058]上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，而不于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置；其特征在于，包括置于真空壓力浸滲爐內(nèi)的陶瓷坩堝(1)，設(shè)置在陶瓷坩堝(I)底部的帶孔石墨板；裝在陶瓷坩堝(I)內(nèi)的多塊碳化硅IGBT基板骨架和多塊不銹鋼陶瓷組合板；相鄰兩塊碳化硅IGBT基板骨架之間設(shè)有一塊與之平行布置的所述不銹鋼陶瓷組合板；所述陶瓷坩堝(I)的側(cè)壁上開(kāi)有用于固定所述碳化硅IGBT基板骨架或不銹鋼陶瓷組合板的卡槽(2，3,4,5);所述陶瓷坩堝(I)內(nèi)裝有含娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于13%的鑄造招合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置，其特征在于，所述碳化硅IGBT基板骨架的體積分?jǐn)?shù)為65°/75%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置，其特征在于，所述不銹鋼陶瓷組合板包括陶瓷板(7)，位于陶瓷板(7)兩側(cè)的不銹鋼板(6，8);其中陶瓷板(7)厚度為3mnT3.2mm,兩側(cè)的不銹鋼板(6，8)厚度均為0.5mnTlmm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置，其特征在于，所述陶瓷坩堝(I)內(nèi)表面以及不銹鋼陶瓷組合板外表面均設(shè)有脫模劑層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置，其特征在于，相鄰兩個(gè)卡槽(2，3，4，5)之間的距離為lmnT2.5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置，其特征在于，所述脫模劑層的脫模劑配方為氧化鋅150g/L-200g/L，水玻璃150mL/L-200mL/L，余為去離子水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置，其特征在于，所述(2，3，4，5)卡槽從其根部到齒部具有斜度。
8.一種利用權(quán)利要求f 7之一所述的碳化硅IGBT基板骨架真空壓力滲鋁裝置對(duì)碳化硅IGBT基板骨架進(jìn)行雙面覆鋁的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)在陶瓷坩堝(I)底部放置帶孔石墨板，并將碳化硅IGBT基板骨架和不銹鋼陶瓷組合板插入陶瓷坩堝的相應(yīng)卡槽(2，3，4，5)內(nèi)； 2)將含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于13%的鑄造鋁合金放入陶瓷坩堝(I)內(nèi)； 3)關(guān)閉真空壓力浸滲爐并抽真空，直到真空度為20Pa以下； 4)加熱真空壓力浸滲爐到750°C-850°C，保溫80mirTl00min，此時(shí)，熔化的鋁合金液面比碳化硅IGBT基板骨架高出至少20mm ； 5)向真空壓力浸滲爐內(nèi)充入保護(hù)氣體至爐內(nèi)壓力為7MPa-8MPa，保壓15mirT25min； 6)排放爐內(nèi)的保護(hù)氣體，冷卻后取出鋁碳化硅IGBT基板骨架坯件。
【文檔編號(hào)】C23C10/22GK103433491SQ201310426982
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】舒陽(yáng)會(huì), 胡娟 申請(qǐng)人:湖南航天工業(yè)總公司