一种陶瓷覆铝铜板及其制备方法、散热元件和IGBT模组与流程

本公开涉及散热器
技术领域：
，具体地，涉及一种陶瓷覆铝铜板及其制备方法、散热元件和igbt模组。
背景技术：
：igbt(insulatedgatebipolartransistor)是一种由双极型三极管和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，广泛应用于各种电子设备上。随着变频器等高电流电子设备的发展，对于igbt芯片的性能提出了更高的要求，igbt芯片承受更高的电流，其工作时产生的热量不断增加。现有igbt芯片陶瓷覆铜导热体的制作采用真空焊接技术，真空焊接技术不仅复杂、生产周期长，焊接过程中产生气泡或者焊料层不均匀都会使焊层形成形状大小不同的空洞；焊层中的空洞会引发电流密集效应导致热电击穿、热传导不良等，使陶瓷覆铜导热体的封装良品率下降，并且使用寿命缩短。因此亟需一种新的散热装置克服现有技术中真空焊接的缺陷，得到热传导效果更好的散热装置。技术实现要素：本公开的目的是提供一种散热元件，该散热元件具有良好的热传导效果，结构简单，加工工艺难度低。为了实现上述目的，本公开提供一种陶瓷覆铝铜板，所述陶瓷覆铝铜板包括陶瓷绝缘板、第一铝层、第二铝层、第一铜层和第二铜层；所述第一铝层和所述第二铝层通过渗铝一体成型地结合在所述陶瓷绝缘板相对的两个表面上，所述陶瓷绝缘板将所述第二铝层与所述第一铝层隔离，并且所述第一铜层通过渗铝一体成型的所述第一铝层连接在所述陶瓷绝缘板上；所述第二铜层通过渗铝一体成型的所述第二铝层连接在所述陶瓷绝缘板上。通过上述技术方案，本公开所述的陶瓷覆铝铜板与真空焊接得到的陶瓷覆铜板相比金属层具有更少的空洞，本公开所述的陶瓷覆铝铜板的强度更高，良品率更高，延长了使用寿命；该陶瓷覆铝铜板具有更薄的铝层，提高了散热元件的导热效率；本公开提供的散热元件各层面之间的结合面无空隙，具有更高的连接强度和热传导效率，并且陶瓷覆铝铜板具有较软的铝层使散热装置耐冷热冲击性能更优越；同时本公开中陶瓷覆铝铜板两侧均具有渗铝层结合的铜层，对称的结构可以使陶瓷片两面应力均匀，不易弯曲毁坏。本公开还提供了一种陶瓷覆铝铜板的制备方法，该方法包括如下步骤：s1.将所述陶瓷绝缘板、第一铜层、第二铜层装入渗铝模具，并使得所述陶瓷绝缘板与所述第一铜层之间具有第一空隙且所述陶瓷绝缘板与所述第二铜层之间具有第二空隙；s2.在压力铸渗条件下，将熔融铝液加入所述渗铝模具并填充至所述第一空隙和所述第二空隙中并且进行抽真空和加压的操作，然后进行冷却脱模；s3.通过蚀刻去除所述第一空隙和所述第二空隙中的部分铝金属，以使得所述第一空隙中的剩余铝金属形成第一铝层而所述第二空隙中的剩余铝金属形成第二铝层，且所述陶瓷绝缘板将所述第二铝层与所述第一铝层隔离。通过上述技术方案，本公开提供的陶瓷覆铝铜板制备方法通过熔融的铝液或者铝合金液一体成型生产陶瓷覆铝铜板，缩短了散热元件的生产周期；同时采用一体化成型的方法增强了所述陶瓷覆铝铜板的结构强度与耐冲击性能，延长了使用寿命。本公开还提供了上述方法制备得到的陶瓷覆铝铜板。本公开还提供了一种散热元件，所述散热元件包括如上所述的陶瓷覆铝铜板。本公开还提供了一种igbt模组，所述igbt模组包括如上所述的陶瓷覆铝铜板或者如上所述的散热元件。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是陶瓷覆铝铜板结构侧视图。图2是无槽散热元件剖视图。图3是有槽散热元件剖视图。图4是渗铝模具的内部结构剖视图。附图标记说明1陶瓷绝缘板2第一铝层3第二铝层4第一铜层5第二铜层6散热本体7散热柱8槽9第一空隙10第二空隙11渗铝模具具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。本公开第一方面提供了一种陶瓷覆铝铜板，所述陶瓷覆铝铜板包括陶瓷绝缘板1、第一铝层2、第二铝层3、第一铜层4和第二铜层5；所述第一铝层2和所述第二铝层3通过渗铝一体成型地结合在所述陶瓷绝缘板1相对的两个表面上，所述陶瓷绝缘板1将所述第二铝层3与所述第一铝层2隔离，并且所述第一铜层4通过渗铝一体成型的所述第一铝层2连接在所述陶瓷绝缘板1上；所述第二铜层5通过渗铝一体成型的所述第二铝层3连接在所述陶瓷绝缘板1上。通过上述技术方案，本公开所述的陶瓷覆铝铜板与真空焊接得到的陶瓷覆铜板相比金属层具有更少的空洞，本公开所述的陶瓷覆铝铜板的强度更高，良品率更高，延长了使用寿命；该陶瓷覆铝铜板具有更薄的铝层，提高了散热元件的导热效率；本公开提供的散热元件各层面之间的结合面无空隙，具有更高的连接强度和热传导效率，并且陶瓷覆铝铜板具有较软的铝层使散热装置耐冷热冲击性能更优越；同时本公开中陶瓷覆铝铜板两侧均具有渗铝层结合的铜层，对称的结构可以使陶瓷片两面应力均匀，不易弯曲毁坏。根据本公开第一方面，优选地，所述陶瓷绝缘板1为氧化铝陶瓷板、增韧氧化铝陶瓷板、氮化铝陶瓷板或氮化硅陶瓷板，所述第一铝层2和所述第二铝层3为纯铝层和/或铝合金层；所述第一铜层4和所述第二铜层5为无氧铜和/或铜合金层；上述材质的陶瓷板具有较低的密度和较高的硬度，有利于延长使用寿命，所述铝层和铝合金层均可以满足散热装置的导热设计，并且铝层和铝合金层硬度较低，耐冷热冲击性能更优越，所述无氧铜和铜合金的硬度与导热性能适用于制备陶瓷覆铝铜板。根据本公开第一方面，优选地，所述陶瓷绝缘板1的厚度为0.25～1.0mm，所述第一铝层2的厚度为0.02～0.15mm，所述第二铝层3的厚度为0.02～0.15mm，所述第一铜层4的厚度为0.2～0.6mm，所述第二铜层5的厚度为0.2～0.6mm；所述第一铜层4或第二铜层5上可以蚀刻形成电路，采用所述厚度的铝层、铜层与陶瓷绝缘板1可能提高陶瓷覆铝铜板的效率与结构强度，延长使用寿命。本公开第二方面提供了一种陶瓷覆铝铜板的制备方法，该方法包括如下步骤：s1.将所述陶瓷绝缘板1、第一铜层4、第二铜层5装入渗铝模具11，并使得所述陶瓷绝缘板1与所述第一铜层4之间具有第一空隙9且所述陶瓷绝缘板1与所述第二铜层5之间具有第二空隙10；s2.在压力铸渗条件下，将熔融铝液加入所述渗铝模具11并填充至所述第一空隙9和所述第二空隙10中并且进行抽真空和加压的操作，然后进行冷却脱模；s3.通过蚀刻去除所述第一空隙9和所述第二空隙10中的部分铝金属，以使得所述第一空隙9中的剩余铝金属形成第一铝层2而所述第二空隙10中的剩余铝金属形成第二铝层3，且所述陶瓷绝缘板1将所述第二铝层3与所述第一铝层2隔离。通过上述技术方案，本公开提供的陶瓷覆铝铜板制备方法通过熔融的铝液或者铝合金液一体成型生产陶瓷覆铝铜板，缩短了散热元件的生产周期；同时采用一体化成型的方法增强了所述陶瓷覆铝铜板的结构强度与耐冲击性能，延长了使用寿命。根据本公开第二方面，优选地，所述压力铸渗条件包括：预热的温度为500～700℃；熔融铝液的温度为500～700℃，抽真空的压力为50～100pa，加压的压力为4～10mpa；所述熔融铝液为纯铝或铝合金；所述条件下进行压力渗铝一体成型可以减少所述铝层中的空洞，提高生产质量与良品率。根据本公开第二方面，优选地，所述陶瓷绝缘板1为氧化铝陶瓷板、增韧氧化铝陶瓷板、氮化铝陶瓷板或氮化硅陶瓷板，所述第一铜层4和所述第二铜层5为无氧铜和/或铜合金层；上述材质的陶瓷板具有较低的密度和较高的硬度，有利于延长使用寿命，所述无氧铜和铜合金的硬度与导热性能适用于制备陶瓷覆铝铜板。根据本公开第二方面，优选地，所述陶瓷绝缘板1的厚度为0.25～1.0mm，所述第一铝层2的厚度为0.02～0.15mm，所述第二铝层3的厚度为0.02～0.15mm，所述第一铜层4的厚度为0.2～0.6mm，所述第二铜层5的厚度为0.2～0.6mm；采用所述厚度的铝层、铜层与陶瓷绝缘板1可以提高陶瓷覆铝铜板的效率与结构强度，延长使用寿命。根据本公开第二方面，优选地，蚀刻可以采用本领域技术人员常规使用的各种方法，参数可以为常规使用的参数，例如蚀刻的操作包括依次进行的贴膜、曝光、显影、腐蚀、去膜和水洗的步骤。本公开第三方面提供了上述方法制备得到的陶瓷覆铝铜板。本公开第四方面提供了一种散热元件，所述散热元件包括如上所述的陶瓷覆铝铜板。本公开第五方面提供了一种igbt模组，所述igbt模组包括如上所述的陶瓷覆铝铜板或者如上所述的散热元件。下面通过实施例进一步说明本公开，但是本公开并不因此受到任何限制。实施例1本实施例用于说明所述陶瓷覆铝铜板的制备方法。将厚度为0.38mm、长为67mm、宽为61mm氧化铝陶瓷绝缘板1、厚度为0.3mm、长为67mm、宽为61mm第一铜层4、厚度为0.3mm、长为67mm、宽为61mm第二铜层5装入渗铝模具11；所述第一铜层4、第二铜层5与陶瓷绝缘板1的中心在一条直线上，并使得所述陶瓷绝缘板1与所述第一铜层4之间具有0.05mm的第一空隙9且所述陶瓷绝缘板1与所述第二铜层5之间具有0.05mm的第二空隙10。预热所述渗铝模具11使其温度为600℃，向所述渗铝模具11中加入700℃的熔融铝液，抽真空至渗铝模具11内压力为80pa，然后加压至压力为7mpa，待所述铝液冷却至室温定型后脱模。贴膜后蚀刻去除所述第一空隙9和所述第二空隙10中的部分铝金属，以使得所述第一空隙9中的剩余铝金属形成厚度为0.05mm的第一铝层2而所述第二空隙10中的剩余铝金属形成厚度为0.05mm的第二铝层3，且所述陶瓷绝缘板1将所述第二铝层3与所述第一铝层2隔离。蚀刻完成后得到本实施例所述的陶瓷覆铝铜板。实施例2本实施例用于说明所述包含有陶瓷覆铝铜板的散热元件制备方法。将厚度为0.32mm、长为67mm、宽为61mm增韧氧化铝陶瓷绝缘板1、厚度为0.3mm、长为67mm、宽为61mm第一铜层4、厚度为0.3mm、长为67mm、宽为61mm第二铜层5装入渗铝模具11；所述第一铜层4、第二铜层5与陶瓷绝缘板1的中心在一条直线上，并使得所述陶瓷绝缘板1与所述第一铜层4之间具有0.05mm的第一空隙9且所述陶瓷绝缘板1与所述第二铜层5之间具有0.05mm的第二空隙10。预热所述渗铝模具11使其温度为600℃，向所述渗铝模具11中加入700℃的熔融铝液，抽真空至渗铝模具11内压力为80pa，然后加压至压力为7mpa，待所述铝液冷却至室温定型后脱模。贴膜后蚀刻去除所述第一空隙9和所述第二空隙10中的部分铝金属，以使得所述第一空隙9中的剩余铝金属形成厚度为0.05mm的第一铝层2而所述第二空隙10中的剩余铝金属形成厚度为0.05mm的第二铝层3，且所述陶瓷绝缘板1将所述第二铝层3与所述第一铝层2隔离。蚀刻完成后得到本实施例所述的陶瓷覆铝铜板。将3个所述陶瓷覆铝铜板焊接于散热本体6上制备得到本实施例所述的散热元件。所述散热本体6为厚度为4.5mm、长为215mm、宽为110mm的铝硅碳散热本体，所述散热本体6与陶瓷覆铝铜板连接的表面为平整表面；所述散热本体6在与所述陶瓷覆铝铜板连接表面的相对表面还设置有长为8mm的散热柱7。实施例3本实施例用于说明所述包含有陶瓷覆铝铜板的散热元件的制备方法。将厚度为0.63mm、长为67mm、宽为61mm氮化铝陶瓷绝缘板1、厚度为0.3mm、长为67mm、宽为61mm第一铜层4、厚度为0.3mm、长为67mm、宽为61mm第二铜层5装入渗铝模具11；所述第一铜层4、第二铜层5与陶瓷绝缘板1的中心在一条直线上，并使得所述陶瓷绝缘板1与所述第一铜层4之间具有0.05mm的第一空隙9且所述陶瓷绝缘板1与所述第二铜层5之间具有0.05mm的第二空隙10。预热所述渗铝模具11使其温度为600℃，向所述渗铝模具11中加入700℃的熔融铝液，抽真空至渗铝模具11内压力为80pa，然后加压至压力为7mpa，待所述铝液冷却至室温定型后脱模。贴膜后蚀刻去除所述第一空隙9和所述第二空隙10中的部分铝金属，以使得所述第一空隙9中的剩余铝金属形成厚度为0.05mm的第一铝层2而所述第二空隙10中的剩余铝金属形成厚度为0.05mm的第二铝层3，且所述陶瓷绝缘板1将所述第二铝层3与所述第一铝层2隔离。蚀刻完成后得到本实施例所述的陶瓷覆铝铜板。将所述得到的陶瓷覆铝铜板通过第一铜层4焊接于所述散热本体6上制备得到本实施例所述的散热元件。所述散热本体6为厚度为4.5mm、长为215mm、宽为110mm的铝硅碳散热本体，并且所述散热本体6上通过数控机床(cnc)上开设有三个深度为1.33mm、长为67mm、宽为61mm的槽8；所述陶瓷覆铝铜板位于所述槽8内并且所述第二铜层5与所述散热本体槽8以外的表面形成平整表面；所述散热本体6在与所述陶瓷覆铝铜板连接表面的相对表面还设置有长为8mm的散热柱7。实施例4本实施例用于说明所述包含有陶瓷覆铝铜板的散热元件的制备方法。将厚度为0.32mm、长为67mm、宽为61mm氮化硅陶瓷绝缘板1、厚度为0.3mm、长为67mm、宽为61mm第一铜层4、厚度为0.3mm、长为67mm、宽为61mm第二铜层5装入渗铝模具11；所述第一铜层4、第二铜层5与陶瓷绝缘板1的中心在一条直线上，并使得所述陶瓷绝缘板1与所述第一铜层4之间具有0.05mm的第一空隙9且所述陶瓷绝缘板1与所述第二铜层5之间具有0.05mm的第二空隙10。预热所述渗铝模具11使其温度为600℃，向所述渗铝模具11中加入700℃的熔融铝液，抽真空至渗铝模具11内压力为80pa，然后加压至压力为7mpa，待所述铝液冷却至室温定型后脱模。贴膜后蚀刻去除所述第一空隙9和所述第二空隙10中的部分铝金属，以使得所述第一空隙9中的剩余铝金属形成厚度为0.05mm的第一铝层2而所述第二空隙10中的剩余铝金属形成厚度为0.05mm的第二铝层3，且所述陶瓷绝缘板1将所述第二铝层3与所述第一铝层2隔离。蚀刻完成后得到本实施例所述的陶瓷覆铝铜板。将所述得到的陶瓷覆铝铜板通过第一铜层4焊接于所述散热本体6上制备得到本实施例所述的散热元件。所述散热本体6为厚度为4.5mm、长为215mm、宽为110mm的铝硅碳散热本体，并且所述散热本体6上通过数控机床(cnc)开设有三个深度为1.02mm、长为67mm、宽为61mm的槽8；所述陶瓷覆铝铜板位于所述槽8内并且所述第二铜层5与所述散热本体槽8以外的表面形成平整表面；所述散热本体在与所述陶瓷覆铝铜板连接表面的相对表面还设置有长为8mm的散热柱7。对比例1将碳化硅颗粒与铝粉混合后经过冷压成型、热压、退火和保温制备得到铝硅碳散热本体。将陶瓷覆铜导热体采用snpbag焊料于氢气气氛下185℃预热，265℃焊接至所述铝硅碳散热本体；所述陶瓷覆铜导热体包括厚度为0.32的氧化铝陶瓷绝缘板和厚度为0.3mm的第一铜片、第二铜片，所述第一铜片和第二铜片氧化焊接于所述陶瓷绝缘板的相对的两个表面上；制备得到本对比例散热元件。测试实施例1对实施例1-4与对比例1中得到的陶瓷覆铝铜板或散热元件进行冷热循环试验。将获得的散热元件放入冰水混合物中，30分钟后将所述散热元件从冰水混合物(持续添加冰块，保持0℃环境)中拿出，在室温下放置10分钟后将所述散热元件放入150℃烘箱中，在150℃中保持30分钟后将所述散热元件从烘箱中取出，在室温下放置10分钟后将所述散热元件再次放入冰水混合物(持续添加冰块，保持0℃环境)中，上述过程为一个循环。对每组中的20个散热元件分别进行上述的耐冷耐热抗冲击性能测定，每20个所述循环观察一次待测定样品的铝层情况(外观检测，例如裂纹和脱落情况)，当待测定样品铝层出现明显裂纹有脱落倾向时停止对该待测定样品停止试验，记录其之前所经历的上述循环的次数，并且对每组中的20个待测定散热元件在试验中所经历的所述循环的次数求平均数，上述的各组散热元件的测定结果如表1所示。表1100次循环后外观耐冷热冲击次数实施例1良好200实施例2良好500实施例3良好1000实施例4良好1000对比例1线路槽出现裂纹100经表1中实施例1-4与对比例1比较可以看出，本公开制备得到的散热元件具有更优越的耐冷热冲击性能，具有更高的连接强度。以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。当前第1页12