CN112447633A - 一种散热装置及包括该散热装置的电子器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热装置及包括该散热装置的电子器件，散热装置包括基板和复合在所述基板的表面的复合膜层，所述复合膜层远离所述基板的一侧用于贴靠并固定电子元件，所述复合膜层的材质为绝缘材料，所述基板的材质为陶瓷。如此设置，陶瓷和复合膜层均为绝缘体，即使复合膜层的厚度较薄，也不会出现复合膜层被击穿、基板与引线框架之间导通的现象。陶瓷的导热性能好，能够将电子元件产生的热量及时散发出去。陶瓷耐化学腐蚀、不会被氧化，而且陶瓷材料的强度较高，不会出现基板表面刮伤的现象。陶瓷材料不存在翘曲，进而防止塑封料溢流到基板的表面而影响电子器件的外观。而且，陶瓷为无机材料，采用陶瓷做基板更符合环保的理念。

Description

一种散热装置及包括该散热装置的电子器件

技术领域

本发明涉及电子器件散热技术领域，更具体地说，涉及一种散热装置及包括该散热装置的电子器件。

背景技术

为了保证电子器件能够正常以及可靠运行，需要通过散热装置将半导体器件产生的热量散发出去。通常电子器件的散热装置包括基板和设置在基板上表面、且用于连接引线框架的绝缘层，在引线框架上连接半导体器件。

目前，使用的基板多数为铜基板或者铝基板，铜基板在高温条件下易氧化，且铜基板的强度差、易出现表面划伤；铝基板易存在翘曲度、强度低，导热率较低，不利于大功率器件的散热。铜和铝均为导电材料，铜基板或铝基板上表面的绝缘层要满足一定的厚度才能保证散热装置的绝缘特性，电子器件的安全性和可靠性不高；在将基板和引线框架的整体进行塑封时，若铜基板或铝基板存在翘曲，会使塑封料溢流到基板的底面，增加电子器件的外观失效率，铜基板表面刮伤氧化、也会导致电子器件外观不良。

因此，如何解决散热装置的基板上表面需要较厚的绝缘层才能保证电子器件的安全性，以及基板存在翘曲度、易被氧化和划伤，导致电子器件外观不良的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种散热装置及包括该散热装置的电子器件，解决散热装置的基板上表面需要较厚的绝缘层才能保证电子器件的安全性，以及基板存在翘曲度、易被氧化和划伤，导致电子器件外观不良的问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种散热装置，包括基板和复合在所述基板的表面的复合膜层，所述复合膜层远离所述基板的一侧用于贴靠并固定电子元件，所述复合膜层的材质为绝缘材料，所述基板的材质为陶瓷。

优选地，所述复合膜层包括复合在所述基板的表面的支撑层和复合在所述支撑层远离所述基板的一侧的接着层，所述接着层远离所述支撑层的一侧用于贴靠并固定电子元件，所述支撑层的硬度大于所述接着层的硬度。

优选地，所述支撑层和所述接着层的材质均包括环氧树脂、填充料和固化剂，所述填充料为硅氧化物或氧化铝。

优选地，所述支撑层的环氧树脂的硬化率为δ1，δ1＞95％；所述接着层的环氧树脂的硬化率为δ2，30％＜δ2＜80％。

优选地，所述接着层远离所述支撑层的一侧设有保护膜，所述保护膜与所述接着层可分离地相连接。

优选地，所述保护膜上设有粘接层、以使所述保护膜与所述接着层相连接。

本发明还提供一种电子器件，包括上述的散热装置和电子元件，所述散热装置用于散发所述电子元件产生的热量。

优选地，所述电子元件包括引线框架和半导体器件，所述引线框架包括框架主体和与所述框架主体相连接的基岛，所述半导体器件和所述散热装置对应设置在所述基岛的两侧。

优选地，所述基岛包括与所述半导体器件的引脚相连接的连接部，所述连接部的表面设有镀层，所述镀层的材质为银。

优选地，所述引线框架的表面设有用于防止所述引线框架氧化的耐腐蚀层。

优选地，所述耐腐蚀层的材质为镍。

优选地，所述基岛与所述框架本体的连接处形成台阶结构，所述基岛所在的平面位于所述散热装置和所述框架本体所在的平面之间。

优选地，所述电子器件为IPM模块(Intelligent Power Module，智能功率模块)。

本发明提供的技术方案中，散热装置包括基板和复合在基板表面的复合膜层，复合膜层远离基板的一侧与电子元件贴靠并固定连接，复合膜层的材质为绝缘材料，基板的材质为陶瓷。陶瓷具有绝缘、导热且耐高温、耐化学腐蚀等特点，在微电子工业中广泛应用。陶瓷和复合膜层均为绝缘体，陶瓷的耐击穿电压高，能够防止任何短路造成的损坏，即使复合膜层的厚度较薄，也不会出现复合膜层被击穿、基板与引线框架之间导通的现象。陶瓷的导热性能好，能够将电子元件产生的热量及时散发出去。陶瓷耐化学腐蚀、不会被氧化，而且陶瓷材料的强度较高，不会出现基板表面刮伤的现象。陶瓷材料不存在翘曲，基板能够与塑封模具贴合、二者之间不存在间隙，防止塑封过程中封塑料流进基板与模具之间的缝隙，进而防止塑封料溢流到基板的表面而影响电子器件的外观。陶瓷为无机材料，采用陶瓷做基板更符合环保的理念。如此设置，解决了基板上表面需要较厚的绝缘层才能保证电子器件的安全性，以及基板存在翘曲度、易被氧化和划伤，导致电子器件外观不良的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中散热装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中电子器件的结构示意图

图3是本发明实施例中框架主体与基岛的连接处的结构示意图。

图中：

1-引线框架，11-框架主体，12-基岛，121-连接部，2-散热装置，21-基板，22-支撑层，23-接着层，24-保护膜，3-半导体器件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本具体实施方式的目的在于提供一种散热装置，散热装置的基板的材质选用陶瓷，提高电子器件的电气安全性，同时，陶瓷翘曲度低、化学稳定性好，降低电子器件的外观失效率。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

请参阅图1，在本实施例中，散热装置包括基板21和设置在基板21上表面的复合膜层，复合膜层与基板21复合在一起，复合膜层远离基板21的一侧用于贴靠电子元件，电子元件通过复合膜层与基板21固定连接。电子元件产生的热量传递给散热装置2，并通过散热装置2将热量散发出去。复合膜层的材质为绝缘材料，基板21的材质为陶瓷，复合膜层和基板21均为绝缘体，以保证电子器件的电气安全。

陶瓷的绝缘性好，耐击穿电压高，即使复合膜层的厚度较薄，也不会存在复合膜层被击穿、导致电子元件与基板21之间导通的情况。陶瓷耐化学腐蚀、其化学稳定性很好，不会发生被氧化等化学反应，且陶瓷的强度高、能够避免表面刮划伤等导致电子器件外观不良的问题。陶瓷导热性好且耐高温，能够及时传导电子元件产生的热量并散发出去。陶瓷表面平整度好、不存在翘曲，在散热装置2与电子元件塑封的过程中，基板21与塑封模具能够贴合、二者之间不存在间隙，能够避免塑封料渗入基板21与塑封模具之间的间隙，从而避免了塑封料溢流到基板21表面的溢胶现象出现，降低了散热装置2和电子器件的外观失效率。

如此设置，将基板21的材质选定为陶瓷，陶瓷本身具有绝缘、导热且耐高温、耐化学腐蚀、强度高、翘曲度低等特点，不需要太厚的复合膜层也能保证电子器件的电气安全和可靠性，基板21不被氧化且不易刮伤，避免了塑封过程中的溢胶现象，降低了电子器件的外观失效率。

需要说明的是，电子元件包括引线框架1和连接在引线框架1上的半导体器件3，半导体器件3可以但不限于为半导体芯片。半导体芯片产生的热量传递给散热装置2，复合膜层一方面起到绝缘和热传导的作用，另一方面起到固定引线框架1的作用。陶瓷的热膨胀系数与半导体芯片的热膨胀系数接近，将基板21的材质设置为陶瓷，还能避免半导体芯片受热应力而损坏。

在本实施例的优选方案中，复合膜层包括支撑层22和接着层23，支撑层22复合在基板21的上表面，接着层23复合在支撑层22的上表面，接着层23远离支撑层22的一侧与电子元件贴靠，并与电子元件固定连接。支撑层22的硬度大于接着层23的硬度。如此设置，将复合膜层设置为两层，接着层23的硬度较小，通过热压与引线框架1固定连接，支撑层22的硬度较大、起到支撑电子元件的作用，并且支撑层22不易破损，保证电子器件的安全性。同时，支撑层22和接着层23叠加使得复合膜层具有一定的厚度，抗击穿强度较好。

在本实施例中，支撑层22和接着层23的材质均包括环氧树脂、填充料和固化剂，固化剂使环氧树脂发生交联固化反应，形成网状立体聚合物，固化剂可以但不限于为芳香族多胺、三氟化硼等。填充料为硅氧化物或氧化铝，填充料主要用于降低复合膜层的热膨胀系数、提高其热传导性能和机械强度，使得复合膜层能够将电子元件产生的热量传递并散发出去，并且复合膜层不易损坏，确保电子器件的可靠性。环氧树脂在交联固化过程中，可以通过固化剂的添加量或者通过控制固化反应时间或者改变固化反应工艺条件等均可得到不同硬度的环氧树脂聚合物。

在本实施例的优选方案中，支撑层22的环氧树脂的硬化率为δ₁，δ₁大于95％，接着层23的环氧树脂的硬化率为δ₂，δ₂大于30％且小于80％。如此设置，硬化率较高的支撑层22，受热只会轻微变软，电子元件的压力不会对其造成破坏；接着层23的硬化率较低，加热后会变软、且具有一定的黏性，能够与电子元件固定连接在一起。

需要说明的是，支撑层22通过将环氧树脂脱泡处理后涂覆在基板21上，再通过真空热压工艺将支撑层22与基板21复合在一起。真空热压过程是将设备内部抽真空，通过对基板21和基板21上涂覆的环氧树脂施加压力并加热，使得支撑层22和基板21复合在一起。采用真空热压，能够防止空气中的气体或水分进入支撑层22中，进而避免支撑层22内的水分或气体脱离出来而在支撑层22表面形成气泡，影响产品的绝缘效果。接着层23和支撑层22之间依靠环氧树脂的粘结性并经过热压结合在一起。

在本实施例中，接着层23远离支撑层22的一侧设有保护膜24，保护膜24与接着层23之间可分离地相连接。如此设置，保护膜24能够防止外界空气中的杂质或异物掉落在接着层23的表面，若杂质或异物导电，便会影响电子器件的可靠性。当电子元件与散热装置2连接时，将保护膜24与接着层23分离，电子元件与接着层23的表面连接。

具体地，保护膜24靠近接着层23的一侧设有粘接层，使得保护膜24粘接在接着层23的表面。粘接层的材质为胶粘剂，保护膜24可以但不限于为塑料薄膜。当保护膜24与接着层23脱离连接时，粘接层与保护膜24一起脱离接着层23。

下面内容结合上述各个实施例对本散热装置进行具体说明，在本实施例中，散热装置2包括基板21，依次设置在基板21的上表面的支撑层22、接着层23和保护膜24，支撑层22和接着层23的材质均包括环氧树脂、固化剂和填充料，填充料为硅氧化物或氧化铝，固化剂与环氧树脂发生交联反应，通过使用不等量的固化剂得到硬化率不同的支撑层22和接着层23，支撑层22的环氧树脂的硬化率大于95％，接着层23的环氧树脂的硬化率大于30％且小于80％。基板21的材质为陶瓷，基板21与支撑层22之间通过真空热压连接在一起，支撑层22与接着层23之间通过环氧树脂的粘性并采用热压方式连接，保护膜24通过粘接层连接在接着层23表面。

如此设置，将保护膜24从接着层23表面撕掉，便可将电子元件连接在接着层23的表面，通过散热装置2将电子元件产生的热量散发出去。散热装置2的基板21由陶瓷材料制成，陶瓷具有绝缘性好，导热且耐高温，耐化学腐蚀，强度高等特点，且表面平整度较好，保证电子器件的可靠性，降低电子器件的外观失效率。

本发明还提供一种电子器件，请参考图2，包括上述实施例中的散热装置2和电子元件，散热装置2用于散发电子元件产生的热量。如此设置，散热装置2的基板21选用陶瓷材质，陶瓷的绝缘性和热传导性好，耐化学腐蚀，且具有较高的强度，确保电子器件的电气安全性能，陶瓷不发生氧化反应且不易被刮伤，翘曲度低，在封装过程中能够避免塑封料溢流到基板21表面，散热装置2将热量散发掉，使电子器件能够正常可靠运行，提高电子器件的安全系数，降低电子器件的外观失效率。该有益效果的推导过程与散热装置2所带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

在本实施例中，电子元件包括引线框架1和半导体器件3，引线框架1包括框架主体11和基岛12，框架主体11围绕在基岛12的外周，且基岛12与框架主体11相连接。电子元件和散热装置2对应设置在基岛12的两侧。如此设置，电子元件产生的热量能够较快地传递给散热装置2，以使散热装置2将热量散发出去。

需要说明的是，在本实施例中，电子器件为IPM模块，IPM模块包括散热装置2、引线框架1和设置在引线框架1上的半导体芯片，引线框架1通过热压工艺与散热装置2的接着层23相连接，半导体芯片为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)芯片，IGBT芯片在工作时产生大量的热量，通过散热装置2散发出去。

在本实施例的优选方案中，基岛12包括与半导体器件3的引脚相连接的连接部121，连接部121的表面设有镀层，镀层的材质为银。半导体器件3设置在基岛12上，半导体器件3的引脚通过焊接金线与连接部121连接，由于金与银的结合性好，在连接部121的表面镀银，能够将半导体器件3牢固焊接在引线框架1上，同时，银的导电性好，能够增加半导体芯片与引线框架1之间的导电性。

为了防止铜质的引线框架1被氧化，在引线框架1的表面设有耐腐蚀层。优选地，耐腐蚀层的材质为镍，镍通常被镀在其它金属表面用来防止金属生锈。而且，在引线框架1表面镀镍，还便于将半导体芯片通过焊锡焊接在基岛12上。

在本实施例的优选方案中，基岛12与框架主体11的连接处形成台阶结构，基岛12所在的平面位于散热装置2和框架主体11所在的平面之间。具体地，如图3所示，基岛12的高度低于框架主体11的高度，散热装置2设置在基岛12的下表面，半导体器件3通过银胶或焊锡连接在基岛12的上表面，基岛12和散热装置2均处在框架主体11所在的平面的下方。在引线框架1的基岛12位置设置上述的段差结构，增加了半导体器件3的引脚到散热装置2之间的爬电距离，具有更高的安全性。

下面内容结合上述各个实施例对本电子器件进行具体说明，在本实施例中，电子器件包括散热装置2、引线框架1和半导体芯片，引线框架1包括框架主体11和基岛12，散热装置2和半导体芯片对应设置在基岛12的两侧，基岛12包括与半导体芯片的引脚相连接的连接部121，连接部121的表面设有镀层，镀层的材质为银。引线框架1除了连接部121之外的部分的表面设有耐腐蚀层，耐腐蚀层的材质为镍。框架主体11与基岛12的连接处形成台阶结构，基岛12所在的平面位于散热装置2和框架主体11所在的平面之间。散热装置2由基板21和依次设置在基板21上表面的支撑层22、接着层23和保护膜24组成，基板21的材质为陶瓷。

如此设置，散热装置2的散热效果好，且陶瓷具有较好的绝缘性，散热装置2使得电子器件的可靠性较高，并且散热装置2的基板21化学性质稳定、强度高，表面平整度高，能够降低电子器件的外观失效率。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本发明提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种散热装置，其特征在于，包括基板(21)和复合在所述基板(21)的表面的复合膜层，所述复合膜层远离所述基板(21)的一侧用于贴靠并固定电子元件，所述复合膜层的材质为绝缘材料，所述基板(21)的材质为陶瓷。

2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述复合膜层包括复合在所述基板(21)的表面的支撑层(22)和复合在所述支撑层(22)远离所述基板(21)的一侧的接着层(23)，所述接着层(23)远离所述支撑层(22)的一侧用于贴靠并固定电子元件，所述支撑层(22)的硬度大于所述接着层(23)的硬度。

3.如权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述支撑层(22)和所述接着层(23)的材质均包括环氧树脂、填充料和固化剂，所述填充料为硅氧化物或氧化铝。

4.如权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述支撑层(22)的环氧树脂的硬化率为δ₁，δ₁＞95％；所述接着层(23)的环氧树脂的硬化率为δ₂，30％＜δ₂＜80％。

5.如权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述接着层(23)远离所述支撑层(22)的一侧设有保护膜(24)，所述保护膜(24)与所述接着层(23)可分离地相连接。

6.如权利要求5所述的散热装置，其特征在于，所述保护膜(24)上设有粘接层、以使所述保护膜(24)与所述接着层(23)相连接。

7.一种电子器件，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的散热装置(2)和电子元件，所述散热装置(2)用于散发所述电子元件产生的热量。

8.如权利要求7所述的电子器件，其特征在于，所述电子元件包括引线框架(1)和半导体器件(3)，所述引线框架(1)包括框架主体(11)和与所述框架主体(11)相连接的基岛(12)，所述半导体器件(3)和所述散热装置(2)对应设置在所述基岛(12)的两侧。

9.如权利要求8所述的电子器件，其特征在于，所述基岛(12)包括与所述半导体器件(3)的引脚相连接的连接部(121)，所述连接部(121)的表面设有镀层，所述镀层的材质为银。

10.如权利要求8所述的电子器件，其特征在于，所述引线框架(1)的表面设有用于防止所述引线框架(1)氧化的耐腐蚀层。

11.如权利要求10所述的电子器件，其特征在于，所述耐腐蚀层的材质为镍。

12.如权利要求8所述的电子器件，其特征在于，所述基岛(12)与所述框架主体(11)的连接处形成台阶结构，所述基岛(12)所在的平面位于所述散热装置(2)和所述框架主体(11)所在的平面之间。

13.如权利要求7所述的电子器件，其特征在于，所述电子器件为IPM模块。

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