散热氮化铝基板及其制备方法、应用与流程

本发明涉及电动汽车电机控制器igbt功率模组散热基板
技术领域：
，具体是指一种散热氮化铝基板及其制备方法、应用。
背景技术：
：随着电动汽车产业的发展，大功率永磁同步电机配套基于igbt功率模组的逆变器成为最主要的电动汽车电驱动系统重要组成部分。igbt功率模组散热性能直接影响其使用性能及服役寿命，进而影响逆变器的性能和寿命。igbt基板具有导热、绝缘和支撑的功能，其性能、质量和成本等因素很大程度受到基板材料及其成形工艺的影响。igbt模块散热要求高，传统金属基板、玻璃基板较难满足其散热性能要求。目前，市场上主要使用的igbt基板有陶瓷基板(含陶瓷覆铜基板)，极少部分中小功率igbt使用金属基板。igbt散热要求高，传统的金属基板正逐步被新型高导热陶瓷材料取代。陶瓷基板具有优良的导热性、气密性、可加工性、耐热冲击等性能，适用于功率电子、混合微电子与多芯片模块封装等领域。igbt散热基板陶瓷材料主要为al2o3和aln，热导率分别为20w(m·k)、180w(m·k)，传统加工工艺制备的aln基板成本远高于al2o3基板，故aln陶瓷基板适用于要求高、对成本相对不敏感的中大功率器件。技术实现要素：本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种能够克服传统igbt模组aln散热加工工艺控制难度大、批量生产成品率较低、加工成本高等缺陷的散热氮化铝基板的制备方法，该制备方法基于激光表面改性制备适于igbt模组的aln散热基板，自动化控制程度高，散热基板aln陶瓷层厚度参数可调，批量生产成品率高，单件加工成本相对较低。为了实现上述目的，本发明提供了一种散热氮化铝基板的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：(1)对铝基板的表面进行喷砂预处理；(2)对预处理后的铝基板进行激光氮化处理；(3)对激光氮化处理后的铝基板释放残余应力，以获得所述的散热氮化铝基板。较佳地，在所述的步骤(1)中，所述的铝基板为2a11铝基板。较佳地，在所述的步骤(1)中，所述的喷砂预处理的喷砂材料为氧化铝颗粒，所述的氧化铝颗粒的粒径为0.02～0.05mm，所述的喷砂预处理的喷砂时间不超过10s。较佳地，在所述的步骤(1)中，喷砂预处理结束后的铝基板放置于氮气环境箱中，备用；在所述的步骤(1)中，喷砂预处理前，所述的铝基板经乙醇清洗。较佳地，在所述的步骤(2)中，所述的激光氮化处理具体为：通过激光器在铝基板的表面形成激光束斑作用区，同时，向所述的激光束斑作用区通入氮气束流。较佳地，所述的激光氮化处理的激光辐射源为二氧化碳，光束面积为8～40mm2，氮化深度为0.05～0.5mm。较佳地，在所述的步骤(3)中，所述的释放残余应力具体为：将铝基板在氮气气氛下进行热处理。较佳地，所述的热处理的温度为60～100℃，时间为1.5～2.5h。本发明提供了一种散热氮化铝基板，通过所述的制备方法制成。本发明提供了一种所述的散热氮化铝基板在igbt功率模组的应用。采用本发明的散热氮化铝基板及其制备方法、应用，基于激光表面改性制备适于igbt模组的aln散热基板，该制备方法具有自动化控制程度高、散热基板aln陶瓷层厚度参数可调、批量生产成品率高、单件加工成本相对较低等特点，所制备的aln散热基板满足大功率igbt模组使用要求。附图说明图1为本发明的散热氮化铝基板的制备方法的流程示意图。图2为本发明的散热氮化铝基板的制备方法中步骤(2)设备的结构示意图。图3为本发明的散热氮化铝基板的结构示意图。附图标记1-工作台；2-al基体；3-沿x轴移动平台；4-沿y轴移动平台；5-激光源；6-激光处理器；7-n2气体；8-激光作用区域具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，下面对本发明的具体实施方法作进一步说明。如图1所示，为本发明提供的一种散热氮化铝基板的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：(1)对铝基板的表面进行喷砂预处理；由于al元素化学性质较活泼，通常以铝合金代替纯铝，本发明优选采用2a11铝基板，作为igbt散热基板的基体材料。铝合金与空气接触表面生成一层致密al2o3氧化膜，该氧化膜会不利于激光渗氮过程中n离子与al基体的化学反应，本发明采用喷砂工艺去除该氧化膜，其中喷砂工艺的主要参数如下表1所示：表1金属al基板喷砂预处理工艺参数喷砂材料喷砂粒径/mm送气气压/mpa喷砂距离/mm喷砂时间al2o30.02～0.050.01～0.2100～200<10s在喷砂预处理前将金属al基板用无水乙醇清洗并晾干。经喷砂处理后的al基板放置在氮气环境箱中保存，待后续工序使用。(2)对预处理后的铝基板进行激光氮化处理在进行激光表面渗氮工序中，采用n2作为渗氮气氛，n2分子在激光短时高能量作用下，分解生成n离子，n离子与al基体发生化学反应，对al基板(2a11)表面进行激光表面改性，生成具有高导热率、高绝缘性能的陶瓷材料aln。将金属al基板固定于工作台，通过激光器在铝基板的表面形成激光束斑作用区，激光器采用co2激光作为辐射源，同时，向激光束斑作用区域通入n2束流，激光功率密度为(1～5)×106wmm-2，扫描速度5～15mm/s时，激光氮化处理装置原理图如图2所示，其中，激光氮化处理的参数如下表2所示，将激光器参数设置完成后进行激光氮化处理工序。表2激光氮化处理主要工艺参数激光器功率/w光束面积/mm2扫描速度mm/s氮化深度/mm40008～405～500.05～0.5(3)对激光氮化处理后的铝基板释放残余应力，以获得所述的散热氮化铝基板将激光氮化处理的陶瓷aln基板冷却至常温，放入n2气氛炉中进行热处理，去除残余应力，热处理温度范围60～100℃，时间1.5～2.5h，优选2h，所得到的氮化铝基板的结构如图3所示。实施例1按照上述步骤制备igbt模组aln散热基板，其中，co2激光器功率设置为4kw，激光器扫描速度10mm/s，n2束流压力0.15mpa。将制备完成的aln基板进行绝缘性能检测和金相检测，aln陶瓷层厚度约0.5mm，基板表面任意两点之间绝缘电阻大于20mω(1000v)，该散热基板可以作为igbt模组基板使用。采用本发明的散热氮化铝基板及其制备方法、应用，基于激光表面改性制备适于igbt模组的aln散热基板，该制备方法具有自动化控制程度高、散热基板aln陶瓷层厚度参数可调、批量生产成品率高、单件加工成本相对较低等特点，所制备的aln散热基板满足大功率igbt模组使用要求。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。当前第1页1 2 3