CN109950216B - 一种esd晶体管结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种ESD晶体管结构,包括ESD晶体管和承载结构,ESD晶体管嵌于承载结构中,所述承载结构包括承载槽、密封端盖、接线电极和导热板,所述承载槽为U型横截面的槽状结构,密封端盖嵌于承载槽上端面并与承载槽构成密闭腔体,承载槽内部自上而下分为定位腔和散热腔,ESD晶体管对应的密封端盖上均匀布设有透孔,接线电极嵌于透孔内,接线电极下端面与ESD晶体管接线端子电气连接,所述导热板嵌于散热腔内,散热腔内导热板对应的承载槽底部设有散热口,本申请结构简单,使用灵活方便,通用性好,运行稳定、可靠。

Description

一种ESD晶体管结构
技术领域
本发明涉及晶体管设备领域,具体涉及一种ESD晶体管结构。
背景技术
ESD晶体管是重要的电路保护设备,使用量巨大,虽然目前的ESD晶体管产品结构多样,但在实际使用中发现,当前的ESD晶体管在使用中均缺乏有效的安全保护能力,从而导致当前的ESD晶体管在实际使用中极易受到静电、复杂电磁环境干扰而影响工作状态,严重时甚至导致ESD晶体管损坏,同时ESD晶体管在运行中也极易因环境温度及自身运行时产生的温度而导致ESD晶体管温度过高,器件散热性差,从而导致ESD晶体管的运行性能下降,严重时甚至导致ESD晶体管因高温而发生损毁,从而严重影响了ESD晶体管使用的可靠性和稳定性,因此针对这一问题,迫切需要开发一种全新的ESD晶体管结构,以满足实际使用的需要。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种ESD晶体管结构。
本发明的目的采用以下技术方案来实现:
一种ESD晶体管结构,包括ESD晶体管和承载结构,ESD晶体管嵌于承载结构中,所述承载结构包括承载槽、密封端盖、接线电极和导热板,所述承载槽为U型横截面的槽状结构,密封端盖嵌于承载槽上端面并与承载槽构成密闭腔体,承载槽设若干凸台,凸台环绕承载槽轴线均匀布设,承载槽内部自上而下分为定位腔和散热腔,其中ESD晶体管嵌于定位腔内并通过凸台定位,ESD晶体管对应的密封端盖上均匀布设有透孔,接线电极嵌于透孔内,接线电极下端面与ESD晶体管接线端子电气连接,所述导热板嵌于散热腔内,散热腔内导热板对应的承载槽底部设有散热口,散热腔内导热板下端面嵌于散热口内,并与承载槽下端面平齐,所述导热板由高导热塑料制成;
优选地,所述ESD晶体管上端面与密封端盖下端面通过绝缘垫块相互连接;
优选地,所述散热腔对应的承载槽测表面均匀布设有导流孔;
优选地,所述高导热塑料包括高分子塑料基体、导热填料和导热助剂,所述高分子基体为PBT树脂(聚对苯二甲酸丁二醇酯),所述导热填料为氮化硼纳米片,所述导热助剂为纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线;
优选地,所述高导热塑料中高分子塑料基体、导热填料和导热助剂的质量比例为3-8:1:1-2;所述导热助剂中纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线的质量比例为2-5:1;
优选地,所述PBT树脂为用热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、PC、PET、ABS或PP进行共混改性的PBT树脂,共混比例在10%以下;
优选地,所述氮化硼纳米片为表面烷基功能化修饰的氮化硼纳米片;
优选地,所述氮化铝纳米线长度10μm,直径40-50nm。
本发明的有益效果为:
本申请结构简单,使用灵活方便,通用性好,一方面具有良好的承载能力,抗外力干扰及抗静电能力,另一方面可有效提高温度稳定性,从而提高ESD晶体管运行稳定性和可靠性。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本申请的结构示意图。
附图标记:1-ESD晶体管;2-透孔;3-接线电极;4-密封端盖;6-凸台;7-定位腔;8-散热腔;9-导热板;10-散热口;11-导流孔。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
电子技术的快速发展使得电子产品和器件更为小型化和轻薄化,也伴随着工作环境的高温化,高温将会对电子元器件的稳定性、可靠性和寿命产生有害的影响。因此确保发热电子元器件所产生的热量能够及时的排出,己经成为微电子产品系统组装的一个重要方面,而对于集成程度和组装密度都较高的便携式电子产品,散热甚至成为了整个产品的技术瓶颈问题。
现有的导热塑料中,是利用导热填料对高分子基体材料进行填充,以提高其导热性能,其主要成分包括基体材料和填料,基体材料包括PPS、PA6/PA66、LCP、TPE、PC、PP、PPA、PEEK等;填料包括AlN、SiC、Al2O3、石墨、纤维状/鳞片状高导热碳粉等。将导热填料填充到基体中制备的复合材料,由于复合相容性差、界面热阻大等缺点。
本申请的实施例涉及一种新型高性能ESD晶体管结构,包括ESD晶体管和承载结构,ESD晶体管嵌于承载结构中,所述承载结构包括承载槽、密封端盖、接线电极和导热板,所述承载槽为U型横截面的槽状结构,密封端盖嵌于承载槽上端面并与承载槽构成密闭腔体,承载槽设若干凸台,凸台环绕承载槽轴线均匀布设,承载槽内部自上而下分为定位腔和散热腔,其中ESD晶体管嵌于定位腔内并通过凸台定位,ESD晶体管对应的密封端盖上均匀布设有透孔,接线电极嵌于透孔内,接线电极下端面与ESD晶体管接线端子电气连接,所述导热板嵌于散热腔内,散热腔内导热板对应的承载槽底部设有散热口,散热腔内导热板下端面嵌于散热口内,并与承载槽下端面平齐;
优选地,所述ESD晶体管上端面与密封端盖下端面通过绝缘垫块相互连接;
优选地,所述散热腔对应的承载槽测表面均匀布设有导流孔;
优选地,所述导热板由高导热塑料制成,所述高导热塑料包括高分子塑料基体、导热填料和导热助剂,所述高分子基体为PBT树脂(聚对苯二甲酸丁二醇酯),所述导热填料为氮化硼纳米片,所述导热助剂为纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线;
一维的纳米纤维素纤维与氮化铝纳米线组成的导热助剂,其在树脂基体中形成交错的导热网络,提高填料与填料之间、填料与树脂之间的接触和热传导,可与导热填料相互作用,降低热阻,提高传热效率
优选地,所述高导热塑料中高分子塑料基体、导热填料和导热助剂的质量比例为3-8:1:1-2;所述导热助剂中纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线的质量比例为2-5:1;
优选地,所述PBT树脂为用热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、PC、PET、ABS或PP进行共混改性的PBT树脂;
PBT树脂为线性饱和树脂,本身易结晶,强度高、耐疲劳,高温条件下蠕变小,绝缘性能优良,成型加工性好,但耐冲击强度和耐冲击性、耐热性不足,通过热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、PC、PET、ABS或PP与PBT树脂进行共混改性,共混比例在10%以下,进一步提高树脂性能;
优选地,所述氮化硼纳米片为表面烷基功能化修饰的氮化硼纳米片;
六方氮化硼纳米片(BNNS)由于具有超高导热性,宽带隙(约5.9eV)和高纵横比2D形态,是最有前途的导热填料,将其作为导热填料填充到基体中制备的复合材料,由于复合相容性差、界面热阻大等缺点,其导热性能往往不如人意。本申请通过萘钠溶液对剥离的六方氮化硼纳米片进行富电子化,通过溴代烷进行取代改性功能化,增强了六方氮化硼纳米片的表面活性,促进其与基体树脂的相容性和界面作用力,降低界面热阻,强化导热;
优选地,所述氮化铝纳米线长度10μm,直径40-50nm。
实施例1
一种新型高性能ESD晶体管结构,包括ESD晶体管和承载结构,ESD晶体管嵌于承载结构中,所述承载结构包括承载槽、密封端盖、接线电极和导热板,所述承载槽为U型横截面的槽状结构,密封端盖嵌于承载槽上端面并与承载槽构成密闭腔体,承载槽设若干凸台,凸台环绕承载槽轴线均匀布设,承载槽内部自上而下分为定位腔和散热腔,其中ESD晶体管嵌于定位腔内并通过凸台定位,ESD晶体管对应的密封端盖上均匀布设有透孔,接线电极嵌于透孔内,接线电极下端面与ESD晶体管接线端子电气连接,所述导热板嵌于散热腔内,散热腔内导热板对应的承载槽底部设有散热口,散热腔内导热板下端面嵌于散热口内,并与承载槽下端面平齐,所述导热板由高导热塑料制成;ESD晶体管上端面与密封端盖下端面通过绝缘垫块相互连接;所述散热腔对应的承载槽测表面均匀布设有导流孔;所述高导热塑料包括质量比例分别为5:1:2的高分子塑料基体、导热填料和导热助剂,所述高分子基体为热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物进行共混改性的PBT树脂,共混比例6%,所述导热填料为表面烷基功能化修饰的氮化硼纳米片,所述导热助剂为质量比例分别为4:1的纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线;
所述高导热塑料的制备包括以下步骤:
S1、氮化硼纳米片的表面烷基功能化
称取0.1g的h-BN,加入N-甲基吡咯烷酮50ml,在冰浴条件下超声粉碎剥离处理,超声功率270W,空占比为1s:1s,处理时间24h,离心干燥制得h-BN纳米片;在反应容器中加入新蒸四氢呋喃200ml,并苯7.2g,钠1.25g,在氮气保护气氛下搅拌至溶解完全,得到墨绿色溶液,加入氮化硼纳米片135mg,在氮气保护气氛下磁力搅拌30h,使其富电子化,加入7.0ml的溴代十二烷,在氮气保护气氛下磁力搅拌36h,通入氧气终止反应,将反应体系离心,沉淀分别以四氢呋喃、无水乙醇、去离子水洗涤后,100℃真空干燥48h,制得表面烷基功能化的六方氮化硼纳米片;
S2、氮化铝纳米线制备
将铝块作为阳极置于石墨坩埚,通高纯氮气为反应原料,以直径为8mm,长30cm的钨杆为阴极,开始前调整阳极与钨杆间的距离,密封腔体后,以氩气对反应室洗气两次,再次充入氩气,气压10kPa,驱动系统调节阴阳两极的距离,使其接触起弧,放电电流100A,放电电压20V,放电时间15min,结束后静置1h,使反应室充分冷却,通入氩气钝化5h,收集冷凝壁上的白色氮化铝纳米线;
S3、氮化铝纳米线与纳米纤维素纤维混合
氮化铝纳米线与纳米纤维素纤维以重量比1:4-8比例混合,超声分散在水中,离心干燥,制得导热助剂;
S4、塑料基体、填料和助剂混合成型
PBT树脂为用热塑性弹性体共混,加入表面烷基功能化的六方氮化硼纳米片和导热助剂,搅拌共混,模压成型。
测试:制备直径为50mm,厚度10mm的圆形试样,使其具有光滑平整的表面,在EKO导热系数测量仪上用稳态法对试样进行导热系数测量,试样置于设置一定温度差的两平板间,传感器测量经过试样的热流,导热系数为10.13W/(m·K)。
实施例2
所述导热板由高导热塑料制成;ESD晶体管上端面与密封端盖下端面通过绝缘垫块相互连接;所述散热腔对应的承载槽测表面均匀布设有导流孔;所述高导热塑料包括质量比例分别为5:1:2的高分子塑料基体、导热填料和导热助剂,所述高分子基体为热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物进行共混改性的PBT树脂,共混比例6%,所述导热填料为氮化硼纳米片,所述导热助剂为质量比例分别为4:1的纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线。
测试:制备直径为50mm,厚度10mm的圆形试样,使其具有光滑平整的表面,在EKO导热系数测量仪上用稳态法对试样进行导热系数测量,试样置于设置一定温度差的两平板间,传感器测量经过试样的热流,导热系数为9.10W/(m·K)。
实施例3
所述导热板由高导热塑料制成;ESD晶体管上端面与密封端盖下端面通过绝缘垫块相互连接;所述散热腔对应的承载槽测表面均匀布设有导流孔;所述高导热塑料包括质量比例分别为3:1:1的高分子塑料基体、导热填料和导热助剂,所述高分子基体为热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物进行共混改性的PBT树脂,共混比例6%,所述导热填料为表面烷基功能化修饰的氮化硼纳米片,所述导热助剂为质量比例分别为3:1的纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线;
测试:制备直径为50mm,厚度10mm的圆形试样,使其具有光滑平整的表面,在EKO导热系数测量仪上用稳态法对试样进行导热系数测量,试样置于设置一定温度差的两平板间,传感器测量经过试样的热流,导热系数为9.69W/(m·K)。
实施例4
所述导热板由高导热塑料制成;ESD晶体管上端面与密封端盖下端面通过绝缘垫块相互连接;所述散热腔对应的承载槽测表面均匀布设有导流孔;所述高导热塑料包括质量比例分别为5:1:1的高分子塑料基体、导热填料和导热助剂,所述高分子基体为热塑性聚碳酸酯进行共混改性的PBT树脂,共混比例7%,所述导热填料为表面烷基功能化修饰的氮化硼纳米片,所述导热助剂为质量比例分别为2:1的纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线;
测试:制备直径为50mm,厚度10mm的圆形试样,使其具有光滑平整的表面,在EKO导热系数测量仪上用稳态法对试样进行导热系数测量,试样置于设置一定温度差的两平板间,传感器测量经过试样的热流,导热系数为9.77W/(m·K)。
对比例
高导热塑料包括质量比例分别为5:1的高分子塑料基体和导热填料,所述高分子基体为热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物进行共混改性的PBT树脂,共混比例6%,所述导热填料为表面烷基功能化修饰的氮化硼纳米片;
测试:制备直径为50mm,厚度10mm的圆形试样,使其具有光滑平整的表面,在EKO导热系数测量仪上用稳态法对试样进行导热系数测量,试样置于设置一定温度差的两平板间,传感器测量经过试样的热流,导热系数为6.87W/(m·K)。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种ESD晶体管结构,其特征在于,包括ESD晶体管和承载结构,ESD晶体管嵌于承载结构中,所述承载结构包括承载槽、密封端盖、接线电极和导热板,所述承载槽为U型横截面的槽状结构,密封端盖嵌于承载槽上端面并与承载槽构成密闭腔体,承载槽设若干凸台,凸台环绕承载槽轴线均匀布设,承载槽内部自上而下分为定位腔和散热腔,其中ESD晶体管嵌于定位腔内并通过凸台定位,ESD晶体管对应的密封端盖上均匀布设有透孔,接线电极嵌于透孔内,接线电极下端面与ESD晶体管接线端子电气连接,所述导热板嵌于散热腔内,散热腔内导热板对应的承载槽底部设有散热口,散热腔内导热板下端面嵌于散热口内,并与承载槽下端面平齐,所述导热板由导热塑料制成,所述导热塑料包括高分子塑料基体、导热填料和导热助剂,所述高分子塑料基体为PBT树脂,所述导热填料为氮化硼纳米片,所述导热助剂为纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线,所述氮化硼纳米片为表面烷基功能化修饰的氮化硼纳米片;所述导热塑料中高分子塑料基体、导热填料和导热助剂的质量比例为3-8:1:1-2;所述导热助剂中纳米纤维素纤维和氮化铝纳米线的质量比例为2-5:1;所述PBT树脂为用热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、PC、PET、ABS或PP进行共混改性的PBT树脂,共混比例在10%以下;
所述导热塑料的制备包括以下步骤:
S1、氮化硼纳米片的表面烷基功能化
称取0.1g的h-BN,加入N-甲基吡咯烷酮50ml,在冰浴条件下超声粉碎剥离处理,超声功率270W,空占比为1s:1s,处理时间24h,离心干燥制得h-BN纳米片;在反应容器中加入新蒸四氢呋喃200ml,并苯7.2g,钠1.25g,在氮气保护气氛下搅拌至溶解完全,得到墨绿色溶液,加入氮化硼纳米片135mg,在氮气保护气氛下磁力搅拌30h,使其富电子化,加入7.0ml的溴代十二烷,在氮气保护气氛下磁力搅拌36h,通入氧气终止反应,将反应体系离心,沉淀分别以四氢呋喃、无水乙醇、去离子水洗涤后,100℃真空干燥48h,制得表面烷基功能化的六方氮化硼纳米片;
S2、氮化铝纳米线制备
将铝块作为阳极置于石墨坩埚,通高纯氮气为反应原料,以直径为8mm,长30cm的钨杆为阴极,开始前调整阳极与钨杆间的距离,密封腔体后,以氩气对反应室洗气两次,再次充入氩气,气压10kPa,驱动系统调节阴阳两极的距离,使其接触起弧,放电电流100A,放电电压20V,放电时间15min,结束后静置1h,使反应室充分冷却,通入氩气钝化5h,收集冷凝壁上的白色氮化铝纳米线;
S3、氮化铝纳米线与纳米纤维素纤维混合
氮化铝纳米线与纳米纤维素纤维以重量比1:4-8比例混合,超声分散在水中,离心干燥,制得导热助剂;
S4、塑料基体、填料和助剂混合成型
PBT树脂为用热塑性弹性体共混,加入表面烷基功能化的六方氮化硼纳米片和导热助剂,搅拌共混,模压成型。
2.根据权利要求1所述的一种ESD晶体管结构,其特征在于,所述ESD晶体管上端面与密封端盖下端面通过绝缘垫块相互连接。
3.根据权利要求1所述的一种ESD晶体管结构,其特征在于,所述散热腔对应的承载槽侧表面均匀布设有导流孔。
4.根据权利要求1所述的一种ESD晶体管结构,其特征在于,所述氮化铝纳米线长度10μm,直径40-50nm。
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