双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法技术

双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法，包括：1）将双面覆铝铝碳化硅IGBT基板三维数模处理后保存为STL文件，并输送到计算机；2）将铝合金粉末烘干除湿，将铝合金粉末和碳化硅粉末混合料烘干除湿；3）将铝合金粉末放入送粉器，混合料放入另一送粉器；4）根据覆铝层和铝碳化硅层厚度要求，确定每层用哪个送粉器送粉，将这些参数送入计算机，通过计算机控制；5）设定激光成形工艺参数，开启激光熔化快速成型设备，在保护气体环境下，完成平面铝层-铝碳化硅层-球面铝层沉积。使用本发明专利技术能够直接制备出复杂形状双面覆铝铝碳化硅IGBT基板，基板组织致密，铝层与铝碳化硅层结合牢固，成型工艺简单，原材料利用率接近100%。

【技术实现步骤摘要】
双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法
本专利技术涉及铝碳化硅IGBT基板，具体涉及一种双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法。
技术介绍
铝碳化硅复合材料由于具有高导热性、低密度、与陶瓷及半导体芯片均匹配的热膨胀系数，以及高硬度和高抗弯强度等特点，成为新一代电子封装材料。由其制备的铝碳化硅IGBT基板能够有效解决高集成电子元件的散热问题，已广泛应用于大功率集成电路、高速列车变流控制器等领域。铝碳化硅IGBT基板要求一主面为平面，另一主面为球面，且为了方便球面加工和提高基板的可镀性，需要在IGBT基板上双面覆铝，一主面作为散热面接合散热片或散热单元；另一主面被焊接到陶瓷电路板上。为了使铝碳化硅IGBT基板与陶瓷电路板和散热片均接合紧密，要求基板的焊接面为平面、散热面为球面。此外，基板高热导率和低热膨胀系数的性能要求碳化硅的体积分数应控制在40%-75%范围内。目前，制备这种高体积分数铝碳化硅IGBT基板主要采用浸渗法，即先制备碳化硅多孔预制体，再通过高压或在无压状态下将铝液浸渗到碳化硅预制体中，最后通过机械加工出所需要的形状。由于铝碳化硅的材质非常硬，使得IGBT基板的机械加工困难，、成本高，、生产效率低下。为此，日本电气化学工业株式会提出了双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的设计(在 CN 200580021286.0，200780015978.3 和 200780014043.3 中均有记载)，并通过渗铝工装的改进，在铝碳化硅IGBT基板上实现了双面覆铝。覆铝层不仅使球面加工能够直接在铝层上进行，而且可以提高铝碳化硅的可镀性，对铝碳化硅IGBT基板非常必要。然而，由于在浸渗时碳化硅骨架的变形大，要在规定尺寸内加工出厚度均匀的双面铝层，同样存在加工难度大，加工周期长，成本高的难题，而且能够制备出的双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的成品率不高。此外，采用浸渗法制备铝碳化硅IGBT基板本身工序繁多、工艺复杂、对工装要求严格、原材料利用效率低，且对基板的形状尺寸都有很大限制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述不足，提供一种工艺简单，产品成品率高的双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法，包括如下步骤: 1)将双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的三维数模由切片软件处理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到激光熔化快速成型设备的计算机中； 2)将铝合金粉末烘干除湿，同时将按比例混合好的铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料亦烘干除湿； 3)将烘干除湿后的铝合金粉末放入激光熔化快速成形设备的一个送粉器中，将已按比例混合好且已烘干除湿后的铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料放入激光熔化快速成形设备的另一个送粉器中； 4)根据IGBT基板覆铝层(即平面铝层和球面铝层)和铝碳化硅层的厚度要求，确定每层向激光熔池中送进粉末的类型，即确定向激光熔池送进铝合金粉末，或是铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料；从而确定每层使用哪个送粉器送粉，然后通过计算机控制相应的送粉器送粉，实现对成型过程的实时控制； 5)设置激光成形工艺参数，开启激光熔化快速成型设备，在保护气体环境下，完成平面铝层-铝碳化硅层-球面铝层的沉积。进一步,所述步骤2)中，招合金粉末为球状粉末,粒径分布为0.02?0.1Omm,碳化娃粉末的等效粒径小于0.10mm。进一步，所述步骤2)中，铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料中碳化硅粉末的体积分数为30%?70% ； 进一步，所述步骤2)中，铝合金粉末的干燥温度，以及混合后的铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料干燥温度均为100?200°C，优选120?150°C，干燥时间为4?24h，优选6?15h。进一步，所述步骤5)中，保护气体为氩气； 进一步，所述步骤5)中，激光成型工艺参数为:激光功率100?1000W，光束直径0.1?1.0mm,扫描速度200?1000mm/s,单层沉积厚度0.03?0.1Omm,気气中氧气摩尔分数低于10'本专利技术与现有技术相比，具有以下优点: 1)本专利技术能够直接制备出双面覆铝铝碳化硅IGBT基板，制备出的基板组织致密，铝层与铝碳化硅层结合牢固； 2)本专利技术对IGBT基板的形状和尺寸没有限制，能制备出任意复杂形状和大尺寸的双面覆铝铝碳化硅IGBT基板； 3)本专利技术成型工艺简单易操作、二次加工少、原材料利用率接近100%、制备周期短、生产效率高； 4)本专利技术除适合制备双面覆铝铝碳化硅IGBT基板，还适合无覆铝层或单面覆铝铝碳化硅IGBT基板的制备。【附图说明】图1是铝碳化硅IGBT基板的激光熔化快速成型设备示意图。图2 Ca)是本专利技术一实施方式的铝碳化硅IGBT基板的结构图； 图2 (b)为图2 (a)所不招碳化娃IGBT基板的A-A不意图； 图3 (a)是本专利技术另一实施方式的铝碳化硅IGBT基板的结构图； 图3 (b)为图3 Ca)所示铝碳化硅IGBT基板的A-A示意图； 图4 Ca)是本专利技术第三种实施方式的铝碳化硅IGBT基板的结构图； 图4 (b)为图4 (a)所示招碳化娃IGBT基板的A-A示意图。标记说明 1:光纤激光器；2:激光加工头；3:激光束；4:成型件；5:数控工作台；6:粉末喷头；7-1、7-2、7-3:送粉器；8:计算机；9:激光熔池；a:铝碳化硅层；b:平面铝层；c:球面铝层。【具体实施方式】下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。实施例1: 激光熔化快速成形设备包括光纤激光器1、激光加工头2、送粉器，送粉器一端与计算机8连接,送粉器另一端接粉末喷头6,可射出激光束3的激光加工头2固定于光纤激光器I上，成型件4可固定于数控工作台上。送粉器的数量可根据用户实际需求决定，图1中示出了三个送粉器，标号分别为7-1、7-2、7-3。本实施例中实际用到两个送粉器。参照图2 (a)、图2 (b),四单元外形尺寸为140_X130_X5mm双面覆招招碳化硅IGBT基板，焊接平面铝合金厚度不大于0.15mm，散热球面铝合金厚度最低点不大于0.15mm、最高点与最低点高度差为0.27±0.075mm。IGBT基板的制备在1000W的光纤激光器上进行，具体步骤如下: (1)将四单兀外形尺寸为140mmX130mmX5mm碳化娃IGBT基板的三维数模由切片软件处理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到激光熔化快速成型设备的计算机中； (2)将铝合金粉末置于干燥箱内120°C干燥8h，同时，将铝合金与碳化硅体积比为40:60的混合粉末亦置于干燥箱内120°C干燥8h，其中铝合金粉末粒径为0.03mm，碳化硅粉末的等效粒径为0.02mm ； (3)将烘干除湿后的铝合金粉末放入激光器的送粉器7-1中，将已按比例混合好且已烘干除湿后的的铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料放入激光熔化快速成形设备的另一个送粉器7-2中； (4)根据IGBT基板的结构要求设置平面铝层厚度0.06_，铝碳化硅层厚度4.61_，球面铝层最低点厚度0.06mm、球面最高点与最低点厚度差为0.27mm，并将这些参数送入计算机8，通过确定每层向激光熔池本文档来自技高网...

【技术保护点】
双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的三维数模由切片软件处理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到激光熔化快速成型设备的计算机中；2）将铝合金粉末烘干除湿，同时将按比例混合好的铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料亦烘干除湿；3）将烘干除湿后的铝合金粉末放入激光熔化快速成形设备的一个送粉器中，将已按比例混合好且已烘干除湿后的铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料放入激光熔化快速成形设备的另一个送粉器中；4）根据IGBT基板覆铝层和铝碳化硅层的厚度要求，确定每层向激光熔池中送进粉末的类型，即确定向激光熔池送进铝合金粉末，或是铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料；从而确定每层使用哪个送粉器送粉，然后通过计算机控制相应的送粉器送粉，实现对成型过程的实时控制；?5）设置激光成形工艺参数，开启激光熔化快速成型设备，在保护气体环境下，完成平面铝层?铝碳化硅层?球面铝层的沉积。

【技术特征摘要】
1.双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的三维数模由切片软件处理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到激光熔化快速成型设备的计算机中； 2)将铝合金粉末烘干除湿，同时将按比例混合好的铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料亦烘干除湿； 3)将烘干除湿后的铝合金粉末放入激光熔化快速成形设备的一个送粉器中，将已按比例混合好且已烘干除湿后的铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料放入激光熔化快速成形设备的另一个送粉器中； 4)根据IGBT基板覆铝层和铝碳化硅层的厚度要求，确定每层向激光熔池中送进粉末的类型，即确定向激光熔池送进铝合金粉末，或是铝合金粉末和碳化硅粉末的混合料；从而确定每层使用哪个送粉器送粉，然后通过计算机控制相应的送粉器送粉，实现对成型过程的实时控制； 5)设置激光成形工艺参数，开启激光熔化快速成型设备，在保护气体环境下，完成平面铝层-铝碳化硅层-球面铝层的沉积。2.根据权利要求1所述的双面覆铝铝碳化硅IGBT基板的近净成形方法，其特征在于:所述步骤2)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯淑容，舒阳会，海春英，何芳，蔡菲菲，宋满新，
申请(专利权)人：湖南航天诚远精密机械有限公司，
类型：发明
国别省市：