本发明涉及陶瓷散热基板制造技术领域,具体的说是一种抗弯强度高、导热率高,特别适用于未来功率电驱动模块的高导热氮化硅基片的制造方法。
背景技术
众所周知,环境污染问题越来越严重,为此全球一百多个国家和地区响应联合国的号召,制定出在2025年前后停止生产销售燃烧矿物质油料的机动车,而投入强有力的研发,生产销售各种电力驱动的机动车,减少排放污染。主要包括:ev(electricvehicle)电动汽车,bev(batteryelectricvehicle)电池动力汽车,hev(hybridelectricvehicle)混合动力汽车,phev(plug-inhybridelectricvehicle)插电式混合动力车,erev(extended-rangeelectricvehicle)增程式电动汽车,fcv(fuelcellvehicle)燃料电池汽车。
目前高铁、飞机、轮船也在向电驱动发展。电驱动就是控制电动机转动。而控制驱动电动机就是使用igbt(insulatedgatebipolartransistor)绝缘栅双极型晶体管复合全控型电压驱动式功率半导体器件。使用数字信号控制igbt模块对电机进行驱动,驱动功率小,饱和压降低,开关速度快。是电动设备是首选。
但是igbt模块电极电流增大时,可产生的额定损耗亦变大。开关损耗增大,器件发热加剧,必须把产生的热量尽快导出。使用陶瓷散热基板可以很好的解决散热问题。陶瓷基板在高温时保持良好的绝缘特点,但强度不高。目前常用的陶瓷基板是al2o3(氧化铝)和aln(氮化铝),al2o3基板价格低、导热率在20w/mk左右、抗弯强度<500mpa、断裂韧性<6.5mpa/m1/2;aln基板导热率在120w/mk左右、抗弯强度<300mpa、断裂韧性<7mpa/m1/2,由于这两种陶瓷基板的强度都不高,故一直在制约着igbt功率模块的可靠性,因此al2o3与aln基板不是最佳选择。
技术实现要素:
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足,提出了一种抗弯强度高、导热率高,特别适用于未来功率电驱动模块的高导热氮化硅基片的制造方法。
本发明可以通过以下措施达到:
一种高导热氮化硅基片的制造方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1:配料,将92.5%-97.5%的氮化硅陶瓷粉料与2.5%-7.5%的硝酸镁mg(no3)2在工业酒精中充分混合,其中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量>94%;
步骤2:将步骤1中获得的混合物在n2气压下进行共烧,最高温度800℃;
步骤3:将步骤2所得物料经搅拌磨24-48h研细成混合粉料;
步骤4:取步骤3中的混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合,其中混合粉料90-96%、氧化镁(mgo)2-8%、三氧化二钇(y2o3)1-3%;
步骤5:将步骤4获得的物料搅拌并研磨24h,研细成高导热氮化硅基板料;
步骤6:将步骤5中获得的物料根据产品要求注射成型,然后进行加压高温脱胶处理,经n2气压力2-4mpa、最高温度1200℃-1400℃脱胶;
步骤7:将步骤6中获得的半成品在6-7mpa氮气压力下,1850℃-1890℃烧结2-4小时;然后在5mpa氮气压力下,1810℃-1850℃退火3-4小时,获得成品。
本发明步骤1中氮化硅陶瓷粉料与硝酸镁mg(no3)2的配比优选为95%的氮化硅陶瓷粉料,以及5%的硝酸镁mg(no3)2。
本发明所述步骤3中物料研磨细度范围为0.5-0.7μm。
本发明所述步骤4中各组分配比优选为混合粉料93%、氧化镁(mgo)5%、三氧化二钇(y2o3)2%。
本发明所述步骤5中物料研磨细度范围为0.3-0.5μm。
本发明步骤1中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量优选为96.5%,β相氮化硅粉体3.5%。
本发明获得的高导热氮化硅基板抗弯强度>800mpa、导热率>110w/mk、断裂韧性7.78mpa/m1/2,是功率电驱动的首选,本发明与现有技术相比,具有操作简便,生产效率高,产品性能稳定等显著的优点。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1:
一种高导热氮化硅基片的制造方法,其中包括以下步骤:
步骤1:配料,将94%的氮化硅陶瓷粉料与6%的硝酸镁mg(no3)2在工业酒精中充分混合,其中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量>94%;
步骤2:将步骤1中获得的混合物在n2气压下进行共烧,最高温度800℃;
步骤3:将步骤2所得物料经搅拌磨24-48h研细成混合粉料;
步骤4:取步骤3中的混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合,其中混合粉料94%、氧化镁(mgo)5%、三氧化二钇(y2o3)1%;
步骤5:将步骤4获得的物料搅拌并研磨24h,研细成高导热氮化硅基板料;
步骤6:将步骤5中获得的物料根据产品要求注射成型,然后进行加压高温脱胶处理,经n2气压力2-4mpa、最高温度1200℃-1400℃脱胶;
步骤7:将步骤6中获得的半成品在6-7mpa氮气压力下,1850℃-1890℃烧结2-4小时;然后在5mpa氮气压力下,1810℃-1850℃退火3-4小时,获得成品。
实施例2:
一种高导热氮化硅基片的制造方法,其中包括以下步骤:
步骤1:配料,将95%的氮化硅陶瓷粉料与5%的硝酸镁mg(no3)2在工业酒精中充分混合,其中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量>94%;
步骤2:将步骤1中获得的混合物在n2气压下进行共烧,最高温度800℃;
步骤3:将步骤2所得物料经搅拌磨24-48h研细成混合粉料;
步骤4:取步骤3中的混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合,其中混合粉料93%、氧化镁(mgo)5%、三氧化二钇(y2o3)2%;
步骤5:将步骤4获得的物料搅拌并研磨24h,研细成高导热氮化硅基板料;
步骤6:将步骤5中获得的物料根据产品要求注射成型,然后进行加压高温脱胶处理,经n2气压力2-4mpa、最高温度1200℃-1400℃脱胶;
步骤7:将步骤6中获得的半成品在6-7mpa氮气压力下,1850℃-1890℃烧结2-4小时;然后在5mpa氮气压力下,1810℃-1850℃退火3-4小时,获得成品。
本发明获得的高导热氮化硅基板抗弯强度>800mpa、导热率>110w/mk、断裂韧性7.78mpa/m1/2,是功率电驱动的首选,本发明与现有技术相比,具有操作简便,生产效率高,产品性能稳定等显著的优点。