[发明专利]一种碳化硅IGBT基板骨架真空压力渗铝装置及双面覆铝方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅IGBT基板骨架真空压力渗铝装置及铝碳化硅IGBT基板双面覆铝合金的工艺方法。

背景技术

铝碳化硅IGBT基板因其具有热导率高，热膨胀系数低等特点，已广泛应用于大功率集成电路、相控阵雷达天线、高速列车变流控制器的散热。

铝碳化硅IGBT基板上需要有安装孔和螺孔，要求焊接面为平面，另一面需要球面。在铝碳化硅IGBT基板上进行机械加工是很困难的。中国专利CN201110340918.7公开了了铝碳化硅复合材料IGBT基板的制备及镶嵌铝合金的方法，避免了在铝碳化硅复合材料基板上打孔或攻丝，而是在铝碳化硅复合材料基板镶嵌的铝合金上进行打孔或攻丝，提高了生产效率。为了实现铝碳化硅IGBT基板的另一面为球面，如果在铝碳化硅IGBT基板上进行机械加工，比打孔或攻丝还要困难。当然，如果能实现在铝碳化硅IGBT基板上双面覆上铝合金，然后在铝合金上进行球面加工，则可以避免机械加工上的困难。但是，在真空压力渗铝过程中，采用不锈钢制作的渗铝工装，碳化硅IGBT基板骨架渗铝后很容易变形，导致铝碳化硅IGBT基板双面覆铝合金的厚度不均匀，在进行球面加工时，铝碳化硅材料很容易露出来，达不到双面覆铝合金的目的。中国专利CN200780014043.3公开了“铝-碳化硅复合体和使用该复合体的散热零件”，该专利是将碳化硅IGBT基板骨架的两面先垫上氧化铝或二氧化硅为主要成分的纤维布，在该纤维布的外面再夹脱模钢板，交叉层叠，在最外层用两块厚钢板夹住并用螺杆拧紧。该专利的关键在于氧化铝或二氧化硅为主要成分的纤维布夹在碳化硅IGBT基板骨架上，通过调整纤维布的层数，达到调整铝碳化硅IGBT基板上的铝合金厚度的目的。本发明人对该专利进行了验证，采用氧化铝纤维夹在碳化硅IGBT基板骨架上，再用刷了脱模剂的不锈钢板夹住，用螺杆拧紧，采用真空压力渗铝的方法，能实现铝碳化硅IGBT基板双面覆铝合金，但是，在该铝合金层上有大量的微细孔，化学镀镍磷合金后，仍可见微细孔，达不到应用要求。

发明内容

为了克服现有的碳化硅IGBT基板骨架覆铝存在的覆铝不均匀，铝合金层存在细孔影响质量等不足，本发明旨在提供一种碳化硅IGBT基板骨架真空压力渗铝装置及双面覆铝方法，该渗铝装置及双面覆铝方法工艺简单，成本低，质量好、适用范围广。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种碳化硅IGBT基板骨架真空压力渗铝装置；其结构特点是，包括置于真空压力浸渗炉内的陶瓷坩埚，设置在陶瓷坩埚底部的带孔石墨板；装在陶瓷坩埚内的多块碳化硅IGBT基板骨架和多块不锈钢陶瓷组合板；相邻两块碳化硅IGBT基板骨架之间设有一块与之平行布置的所述不锈钢陶瓷组合板；所述陶瓷坩埚的侧壁上开有用于固定所述碳化硅IGBT基板骨架或不锈钢陶瓷组合板的卡槽；所述陶瓷坩埚内装有含硅质量分数大于13%的铸造铝合金。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

所述碳化硅IGBT基板骨架的体积分数为65%~75%。

作为一种具体的结构形式，所述不锈钢陶瓷组合板包括陶瓷板，位于陶瓷板两侧的不锈钢板；其中陶瓷板厚度为3mm~3.2mm，两侧的不锈钢板厚度均为0.5mm~1mm。

为了方便脱模，所述陶瓷坩埚内表面以及不锈钢陶瓷组合板外表面均设有脱模剂层。所述脱模剂层的脱模剂配方为氧化锌150g/L～200g/L,水玻璃150mL/L～200mL/L,余为去离子水。

为了保证覆铝的均匀度，相邻两个卡槽之间的距离为1mm~2.5mm。

为了方便脱模，所述卡槽从其根部到齿部具有斜度。

进一步地，本发明还提供了一种利用上述的碳化硅IGBT基板骨架真空压力渗铝装置对碳化硅IGBT基板骨架进行双面覆铝的方法，该双面覆铝方法包括如下步骤：

1）在陶瓷坩埚底部放置带孔石墨板，并将碳化硅IGBT基板骨架和不锈钢陶瓷组合板插入陶瓷坩埚的相应卡槽内；

2）将含硅质量分数大于13%的铸造铝合金放入陶瓷坩埚内；

3）关闭真空压力浸渗炉并抽真空，直到真空度为20Pa以下；

4）加热真空压力浸渗炉到750℃~850℃，保温80min~100min；此时，熔化的铝合金液面比碳化硅IGBT基板骨架高出至少20mm；

5）向真空压力浸渗炉内充入保护气体至炉内压力为7MPa~8MPa，保压15min~25min；

6）排放炉内的保护气体，冷却后取出铝碳化硅IGBT基板骨架坯件。