Igbt用带s形水冷管的齿状水冷板一体化制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件制造领域，具体涉及一种IGBT用带S形水冷管的齿状水冷板一体化制备方法。
【背景技术】
[0002]随着国家节能减排的实施，IGBT的使用面不断拓宽，IGBT也不断向着高功率密度、小型化发展。传统的铜底板+氧化铝陶瓷基板，加上外部铝材散热器的方式由于热阻值大、封装道次多、热膨胀匹配性差等缺点，其可靠性大幅度下降，在新需求下已经很难继续获得应用。
[0003]碳化硅铝复合材料底板+氮化铝陶瓷基板，加上外部铝散热器的方式近年来研制成功并获得了一定范围的应用，其优势在于:碳化硅铝复合材料基板与氮化铝热膨胀匹配性更好，虽然其热导率(< 250ff/m.K)较铜(约为400W/m.K)有所降低，但其服役条件可靠性大幅度提高，尤其对于服役条件苛刻的使用环境下，IGBT器件的使用寿命可以延长效果明显。
[0004]但是IGBT器件目前存在的问题为底板和外部铝散热器之间作为两个分立组件连接时通常采用焊接等方式，二者界面热阻的存在极大降低了热量向外的传递能力和系统的可靠性。所以本领域迫切需要开发一种底板+外部散热器一体化的IGBT用产品，且要求冷却效果更好的产品出现。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有现有技术中存在的缺点，其目的在于提供一种IGBT用带S形压埋管的齿状水冷板一体化制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
[0007]一种IGBT用带S形水冷管的齿状水冷板的一体化制备方法，所述的制备方法包括以下步骤:
[0008](I)制备S形水冷管，然后将其埋入带粘结剂的碳化硅颗粒中压坯得到矩形板状坯体，之后对矩形板状坯体进行脱脂形成预制件；
[0009]所述S形水冷管管为碳化硅陶瓷管；
[0010](2)制备一面带多个齿形孔的长方体模具；
[0011]所述的模具材料为金属、石墨、陶瓷或微晶玻璃；
[0012]所述齿形孔的截面形状为圆形、椭圆形、菱形、方形、三角形、和梯形中的一种或一种以上；
[0013](3)将预制件置于带多个齿形孔的长方体模具的上表面，并通过卡具将预制件的位置固定；
[0014]所述卡具的材料为石墨或金属；
[0015]所述卡具的形状为倒扣的无盖长方体空盒，卡具底部开有4-8个Φ1ι?πι-Φ 20mm的通孔；
[0016](4)将固定有预制件的带多个齿形孔的长方体模具放入压力溶渗模具中，并预热至650°C-700°C;
[0017]对铝合金进行熔制，得到铝合金溶液，熔制温度为900°C-1000°C，时间为20min-40min;然后将铝合金溶液注入压力溶渗模具中；
[0018]待铝合金溶液浸没预制件时，将压力溶渗模具加压至8_20MPa，当其温度降至500°(:以下后撤掉压力，得到IGBT用带S形水冷管的齿状水冷板的一体化产品。
[0019]步骤(I)中所述S形水冷管的截面呈圆形或椭圆形，壁厚为0.5mm-2mm,内径为2mm-4mm ο
[0020]所述S形水冷管的制备方法为:
[0021 ]以含90wt %_96wt %碳化娃粉末、3.2wt%-8.0wt %石墨粉和0.8wt%-2.0wt %碳化硼为主原料，向上述主原料中加入质量为主原料质量3-5%的粘结剂、0.5-0.8%的增塑剂、0.4-0.6 %的分散剂、8-12 %的润滑剂和20-22 %的去离子水，然后进行球磨得到固相含量为68-72wt%的水基碳化硅塑性泥料；
[0022]对水基碳化硅塑性泥料反复练泥6-10次后，将其放入挤管机内并辅之以模具挤压得到所需的S形水冷管坯体，随后采用直径小于S形水冷管坯体内径0.3-0.8mm的S形不锈钢绳撑住S形水冷管坯体内壁进行保形；
[0023]将S形水冷管坯体进行3-10天的阴干，阴干后在温度为60°C-90°C的条件下，干燥6-10小时;然后在氩气气氛下保护下无压烧结至1800°C-2100°C，并保温0.5-1.5小时，得到S形水冷管；
[0024]所述的粘结剂为聚乙烯醇溶胶；
[0025]所述的增塑剂为甘油；
[0026]所述的分散剂为氨水；
[0027]所述的润滑剂为乳化的液体石蜡。
[0028]步骤(I)中所述的粘结剂为磷酸二氢铝溶胶、水玻璃溶胶、氢氧化铝溶胶、聚乙烯醇溶胶和糊精中的一种或一种以上。
[0029]步骤(I)中所述的碳化娃颗粒为粒径在Ιμπι-1ΟΟμπι的两种以上的碳化娃颗粒的混合物，压坯后矩形板状坯体内碳化硅颗粒的固相含量为65-75vol %。
[0030]步骤(I)中所述的压坯压力为60MPa_200Mpa，压坯后S形水冷管位于矩形板状坯体中心位置，且其进出水口位于矩形板状坯体同一侧边，进水口位置稍高于出水口。
[0031]步骤(I)所述脱脂的方式为将板状坯体放入管式脱脂炉中，待粘结剂中挥发组分挥发完全后，将脱脂炉温度升至800°C-120(TC，保温40-80min后随脱脂炉冷却，从而获得预制件。
[0032]步骤(2)中所述的微晶玻璃中含有石霄成分，其含量占微晶玻璃总质量的5wt%-15wt% ο
[0033]步骤(3)中所述卡具的底部厚度为2mm-4mm，四周的壁厚为2mm-20mm;卡具通过金属或石墨螺栓与带多个齿形孔的长方体模具连接，使卡具底部和四周内壁与预制件之间留有0.的空隙。
[0034]步骤(4)中所述的铝合金中含有5_10wt%的硅。
[0035]本发明的有益效果为:由本发明所述制备方法获得的产物为一体化的IGBT用带S形水冷管的齿状水冷板，且制备方法简单，原料便宜易得，工艺简单易于控制，制得产品能够为IGBT提供最佳的冷却效果，特别适用于高功率密度IGBT产品使用。
【具体实施方式】
[0036]本发明提供了一种IGBT用带S形水冷管的齿状水冷板一体化制备方法，下面结合实施例对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件操作。所使用的原料均可从市场上购买。
[0037]实施例1
[0038](I) S形水冷管的制备:以含90wt %的碳化硅粉末、8.0wt %石墨粉末和2.0wt %碳化硼为主原料，向上述主原料中加入质量为主原料质量5%的聚乙烯醇粘结剂、0.8%的甘油增塑剂、0.6%的氨水分散剂、12%乳化液体石蜡润滑剂和22%的去离子水，然后进行球磨并配制成固相含量为68wt%的水基碳化硅塑性泥料；
[0039]将水基碳化硅塑性泥料在真空练泥机上反复练泥6次后，将其放入挤管机内并辅之以模具，在I5MPa压力下挤压得到基础密度为2.0Og/cm3的S形水冷管坯体;随后用直径小于S形水冷管坯体内径0.5mm的S形不锈钢绳撑住管材坯体内壁进行保形；
[0040]随后对S形水冷管坯体阴干3天，阴干后在温度60°C的条件下下干燥10小时，然后在氩气气氛的保护下无压烧结至1800°C，并保温1.5小时，得到壁厚0.5mm，内径3mm，致密度为3.14g/cm3超薄壁碳化硅陶瓷S形水冷管。
[0041 ] (2)取碳化娃颗粒，粒度ΙΟΟμπι: 10μηι=7:3，并添加质量为碳化娃质量5%的磷酸二氢铝溶胶，混合40min，得到碳化硅混合物。之后将碳化硅混合物铺入压坯模具中，确保其压实后的厚度为0.5_，再将S形水冷管放入其中间位置，最后将压实后厚度为5_的碳化硅混合物加入后，在SOMPa下压制成碳化硅固相含量为65vol %的矩形板状坯体，确保S形水冷管位于矩形板状还体的中心位置。板状还体尺寸为190mm*140mm*5mm，S形水冷管的进、出水口在矩形板状坯体的同一侧边。将矩形板状坯体升温至200°C后，在空气条件下脱脂2小时后，再在氮气保护下升至1200°C并保温60min，得到预制件。
[0042](3)在一块尺寸为230mm*180mm*20mm的石墨板加工中心区域150mm*100mm上均勾加工出Φ 的紧密排布的深孔，孔的截面为圆形，制成带多个齿形孔石墨板模具。
[0043](4)将预制体置于带多个齿形孔石墨板模具表面，其上覆盖卡具，卡具底部的厚度为2_，四周壁厚为2_，卡具与带多个齿形孔的石墨板模具通过石墨螺栓连接，确保卡具底部和四周内壁与预制件之间留有0.2mm的均勾空隙；卡具底部开6个Φ lmm-Φ 20mm的通孔，保证后续铝合金溶液浇注时作为铝合金溶液进入的通道。
[0044](5)将固定有预制件的带多个齿形孔的长方体模具放入压力溶渗模具中，并预热至650°C;
[0045]将硅含量为6wt%的铝