[发明专利]大功率模块用铝碳化硅高导热基板材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，尤其是一种供大功率模块用于散热的铝碳化硅高导热基板材料的制备方法。 

背景技术

随着半导体技术的发展，大功率模块芯片集成度不断提高（例如IGBT功率模块）、芯片功率不断增大，IGBT芯片的工作温度也随之不断上升，相应的对其封装材料尤其是散热基板的要求也越来越高，不仅要求散热基板具有与电子芯片相匹配的较低的热膨胀系数，要求满足轻量化的需要，要求材料的密度尽可能的低、弹性模量尽可能的高，而且还要求有较高的热导率。现有技术中，IGBT功率模块散热基板材料通常采用金属铝、铜、可伐合金、钨铜、钼铜等，虽然具有合适的热膨胀系数（CTE），但其热导率低，电阻率高，密度也较大，其应用受到了很大的限制，较难满足IGBT不断发展对封装和基板材料的需要。而铝碳化硅（AlSiC）材料的低膨胀系数和高热导率的特性使其成为大功率模块的理想基板材料，它的应用能极大提高IGBT功率器件的可靠性。 

现有技术中，如日本专利JP2008-42011公开了一种《铝、碳化硅复合体及其制造方法》，以硅溶胶做粘胶剂，将按比例配好的碳化硅粉末与硅溶胶混合，通过预制块法制备的铝碳化硅材料的导热率为180～210W/m·K，热膨胀系数为7.2～9×10-6/℃。虽然通过该方法可以制备出具有良好性能的铝碳化硅基板，但是还存在导热率低，不能满足大功率芯片对铝碳化硅基板材料更高的要求。 

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中导热率低，无法满足大功率芯片对铝碳化硅基板材料要求的缺点，提供一种大功率模块用铝碳化硅高导热基板材料的制备方法，其能够提高导热率，尤其能够满足大功率模块用铝碳化硅高导热基板材料的使用要求。 

本发明所采用的技术方案如下： 

一种大功率模块用铝碳化硅高导热基板材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将不同颗粒度的碳化硅粉末按比例混合均匀；

第二步：将混合均匀的碳化硅粉末装入模具内，并通过振动紧实；

第三步：将第二步所述装有紧实碳化硅粉末的模具预热后，往所述模具中浇注入熔炼好的铝合金熔体，施加压力使铝合金熔体充满碳化硅粉末之间的孔隙，并在压力下凝固，冷却后即得大功率模块用铝碳化硅高导热基板材料； 

第一步中，采用80～300目碳化硅粉末与500～1500目碳化硅粉末混合，所述80～300目碳化硅粉末与500～1500目碳化硅粉末的重量比例为2：1～5：1，混合方法为机械混合。

作为上述技术方案的进一步改进： 

第二步中，振动紧实为机械振动或超声振动;

第三步中，模具预热温度为400～800℃;

第三步中，施加压力的方式为液压或者气压，施加的压力值为5MPa～40MPa，加压时间为1～10min。

本发明的有益效果如下： 

本发明采用粉末装填紧实法制备铝碳化硅高导热基板材料，通过优化碳化硅粉末配比，利用机械振动、超声振动提高碳化硅粉末的紧实度，制备出具有更高导热率、低膨胀的大功率IGBT模块用铝碳化硅高导热基板材料，其导热率为240～280W/m·K。

具体实施方式

说明本发明的具体实施方式。 

本实施例的大功率模块用铝碳化硅高导热基板材料的制备方法，包括以下步骤： 

第一步：将不同颗粒度的碳化硅粉末按比例混合均匀；采用80～300目碳化硅粉末与500～1500目碳化硅粉末混合，80～300目碳化硅粉末与500～1500目碳化硅粉末的重量比例为2：1～5：1，混合方法为机械混合。 

第二步：将混合均匀的碳化硅粉末装入模具内，并通过振动紧实；振动紧实为机械振动或超声振动。 

第三步：将第二步装有紧实碳化硅粉末的模具预热后，往模具中浇注入熔炼好的铝合金熔体，施加压力使铝合金熔体充满碳化硅粉末之间的孔隙，并在压力下凝固，冷却后即得大功率模块用铝碳化硅高导热基板材料；模具预热温度为400～800℃；施加压力的方式为液压或者气压，施加的压力值为5MPa～40MPa，加压时间为1～10min。 

实施例一： 

将1000克80目的碳化硅粉末与500克1500目的碳化硅粉末通过机械方式混合均匀，随后装入模具内利用机械振动的方法使其紧实，并预热至800℃后，浇入铝合金并使其在液压作用下充填并凝固，施加的压力值为5MPa，加压时间为10min，脱模后即得铝碳化硅高导热基板材料。将所制备的铝碳化硅高导热材料进行导热率测试，导热率为240W/m·K。

实施例二：