[发明专利]散热元件及其制备方法和IGBT模组

权利要求书

1.一种散热元件，其特征在于，包括铝碳化硅基板(1)和通过焊层(2)连接在所述铝碳化硅基板(1)上的铜柱(3)，所述铜柱(3)具有未与所述焊层(2)连接的第一表面和与所述焊层(2)连接的第二表面，所述第一表面上具有第一镀镍层(4)，所述铝碳化硅基板(1)的表面具有第二镀镍层(5)，以所述铜柱(3)的第二表面的表面积为基准，所述铜柱(3)与铝碳化硅基板(1)之间的结合力为9～33N/mm²，以所述铜柱(3)的总表面积为基准，所述铜柱(3)的第二表面的氧化物含量为0.05～0.18g/m²；

所述散热元件通过包括以下步骤的方法制备得到：

a、将铜柱进行镀镍处理后得到所述第一表面和所述第二表面分别具有镀镍层的铜柱，将所述第二表面上的镀镍层去除，得到所述具有第一镀镍层(4)的铜柱；

b、对步骤a得到的所述具有第一镀镍层(4)的铜柱的第二表面进行化学清洗处理和化学保护处理，得到化学处理后的铜柱；

c、将铝碳化硅基板进行镀镍处理，得到具有第二镀镍层(5)的铝碳化硅基板，通过焊片将步骤b得到的所述化学处理后的铜柱焊接于所述具有第二镀镍层(5)的铝碳化硅基板上，所述化学处理后的铜柱的第二表面贴合所述焊片；

该方法还包括：步骤c中，所述焊接包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段在保护气体的存在下进行，所述第二阶段在还原性气体的存在下进行；所述保护气体为氮气、氩气或氦气，所述还原性气体为甲酸气体或氢气；

所述第一阶段的条件包括：温度为25～60℃，时间为240～400s，压力为50～80Kpa；

所述第二阶段的条件包括：温度为280～320℃，时间为80～240s，压力为50～80Kpa。

2.根据权利要求1所述的散热元件，其中，以所述铜柱(3)的第二表面的表面积为基准，所述铜柱(3)与铝碳化硅基板(1)之间的结合力为16～24N/mm²，以所述铜柱(3)的总表面积为基准，所述铜柱(3)的第二表面的氧化物含量为0.090～0.095g/m²。

3.根据权利要求1所述的散热元件，其中，所述第一镀镍层(4)的厚度为5～8μm；所述第二镀镍层(5)的厚度为5～13μm。

4.根据权利要求1所述的散热元件，其中，所述焊层(2)为铅层、锡层、银层或锑层，或者它们中的两种或三种形成的复合金属层，所述焊层(2)的厚度为0.08～0.20mm。

5.根据权利要求1所述的散热元件，其中，步骤b中，所述化学清洗处理包括：在70～90℃下，采用碱性化学清洗剂对所述具有第一镀镍层(4)的铜柱的第二表面进行超声清洗10～20min，然后用清水冲洗，再用酸溶液对所述第二表面进行冲洗1～10min。

6.根据权利要求5所述的散热元件，其中，所述碱性化学清洗剂含有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠或十二烷基硫酸钠，或者它们中的两种或三种的组合；

所述酸溶液为硫酸溶液、盐酸溶液或柠檬酸溶液，或者它们中的两种或三种的组合。

7.根据权利要求6所述的散热元件，其中，所述碱性化学清洗剂含有氢氧化钠、碳酸钠和磷酸钠，所述氢氧化钠的浓度为14～16g/L，所述碳酸钠的浓度为18～25g/L，所述磷酸钠的浓度为8～10g/L；

所述酸溶液的浓度为5～8重量％。

8.根据权利要求1所述的散热元件，其中，步骤b中，所述化学保护处理包括：在20～30℃下，将经过化学清洗处理后的铜柱的所述第二表面与铜保护剂接触2～5min，然后用清水冲洗，再在50～60℃下烘干。

9.根据权利要求8所述的散热元件，其中，所述铜保护剂为含有苯并三氮唑的醇溶液、BCu-10保护剂或二巯基苯并噻唑保护剂；所述铜保护剂的浓度为1～10g/L。