CN113990824A - 一种功率器件、功率器件的制备方法和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率器件、功率器件的制备方法和电子装置，解决了目前双面散热的模块与散热器间的热阻较大，导致散热效率低的问题。所述功率器件包括：至少一个散热单元，所述散热单元包括散热部和至少一个功率器件本体，以及设置在所述散热部和所述功率器件本体之间的固定层；其中，至少一个所述功率器件本体的第一面固定在所述散热部的第二面上。

Description

一种功率器件、功率器件的制备方法和电子装置

技术领域

本发明涉及功率模块制造技术领域，具体涉及一种功率器件、功率器件的制备方法和电子装置。

背景技术

随着宽禁带半导体越来越广泛的使用，功率模块封装面临着散热、电感、可靠性等一些列的问题。散热方面，双面散热是目前最为高效的散热结构方式，但在实际的安装过程中，由于引入了导热硅脂导致散热效率大大降低，所以如何消除导热硅脂这层材料，从而无法体现双面散热的优势。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种功率器件、功率器件的制备方法和电子装置，解决了目前双面散热的模块与散热器间的热阻较大，导致散热效率低的问题。

本发明一实施例提供的一种功率器件包括：至少一个散热单元，所述散热单元包括散热部和至少一个功率器件本体，以及设置在所述散热部和所述功率器件本体之间的固定层；其中，至少一个所述功率器件本体的第一面固定在所述散热部的第二面上。

在一种实施方式中，所述功率器件包括多个堆叠设置的所述散热单元，相邻的两个所述散热单元中的一个所述散热单元的所述散热部的第三面与另一个所述散热单元的所述功率器件本体的第四面固定；其中，相邻的两个所述散热单元中的一个所述散热单元的所述散热部的第三面与另一个所述散热单元的所述功率器件本体的第四面之间设置有所述固定层。

在一种实施方式中，所述功率器件本体的所述第一面的散热能力大于所述第四面的散热能力。

在一种实施方式中，所述固定层为焊接层和烧结层中的至少一种。

在一种实施方式中，所述功率器件还包括保护层，所述保护层包裹在功率器件本体的四周。

在一种实施方式中，所述保护层的热膨胀系数与所述散热部的热膨胀系数相等。

在一种实施方式中，所述保护层为环氧材料。

在一种实施方式中，在在所述功率器件本体的第一面和所述散热部的第二面之间形成固定层层，以固定连接所述功率器件本体和所述散热部的步骤之后还包括：在所述功率器件本体的四周形成保护层。

一种功率器件的制备方法，包括：

提供散热部和至少一个功率器件本体；

在所述功率器件本体的第一面和所述散热部的第二面之间形成固定层，以固定连接所述功率器件本体和所述散热部。

在一种实施方式中，在两个所述散热单元中的一个所述散热单元的所述散热部的第三面和另一个所述散热单元的所述功率器件本体的第四面之间形成所述固定层，以将两个所述散热单元堆叠设置。

一种电子装置，包括上述任意一项所述的功率器件。

本发明实施例提供的一种功率器件、功率器件的制备方法和电子装置，所述功率器件在包括至少一个散热单元，所述散热单元包括散热部和至少一个功率器件本体，以及设置在所述散热部和所述功率器件本体之间的固定层；其中，至少一个所述功率器件本体的第一面固定在所述散热部的第二面上。本发明通过设置固定层代替导热硅脂，由于固定层的热阻小于导热硅脂的热阻，因此相对现有方案能够减少双面散热的模块与散热部之间热阻，提高散热效率。

附图说明

图1所示为现有技术中的一种功率器件的结构示意图。

图2所示为本发明一实施例提供的一种功率器件的结构示意图。

图3所示为本发明一实施例提供的一种功率器件本体和散热器集成的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，功率模块在散热方面通常采用最为高效的双面散热结构方式，但是在实际安装过程中，需要在功率器件和散热器之间引入导热硅脂，以填充功率器件和散热器之间的缝隙，可参考图1所示。但是具本申请发明人的实验数据显示，导热硅脂自身热阻过大，在散热过程中导热硅脂占据整个散热回路热阻的30-40％，导致散热效率大大降低，双面散热的优势体现不出来，所以如何消除导热硅脂这层材料，能够进一步释放双面散热模块的性能成为目前亟待解决的问题。

目前的一种解决方案是将双面散热结构的两个散热面直接水冷，这种解决办法效率散热效率最高，但是存在可制造问题，目前这样的方案量产的不多。针对上述问题，本申请提出一种功率器件，将功率器件与散热器进行集成，形成一个功率散热单元，这样既消除了导热硅脂材料带来的热阻问题，也能够兼顾可制造性。具体实施方式如下述实施例所述。

本实施例提供一种功率器件，如图2所示所述功率器件包括至少一个散热单元；所述散热单元包括：散热部、至少一个功率器件本体和固定层；可选地，散热部为散热器。至少一个所述功率器件本体的第一面固定在所述散热部的第二面上，其中，固定层设置在所述散热部的第二面和所述功率器件本体的第一面之间，固定层能够将第一面和第二面固定连接，从而实现功率器件本体和散热部的可靠性的连接，同时由于固定层的存在，能够消除导热硅脂这层材料，减少功率器件本体在散热过程中的热阻，从而提高散热效率。

在本发明一实施例中，固定层可以为焊接层和烧结层中的至少一种。将功率器件本体和散热部通过焊接、烧结的方式进行连接，由于焊接层和烧结层能够填充功率器件本体和散热器之间的缝隙，形成可靠性的连接，因此可取消导热硅脂这层材料，减少功率器件本体在散热过程中的热阻，从而提高散热效率。可以理解，本发明将功率器件本体和散热部进行焊接或烧结连接以外，在保证能够填充功率器件本体和散热器之间的缝隙，提高散热效率的前提下，功率器件本体和散热部还可以有其他的连接方式，本发明对功率器件本体和散热部之间的连接方式不做具体限定。

在本发明一实施例中，如图3所示，所述功率器件包括多个堆叠设置的所述散热单元，在相邻的两个所述散热单元中，一个所述散热单元的所述散热部的第三面与另一个所述散热单元的所述功率器件本体的第四面固定。其中，在相邻的两个所述散热单元中，一个所述散热单元的所述散热部的第三面与另一个所述散热单元的所述功率器件本体的第四面之间设置有所述固定层。可以理解，功率器件本体的两个散热面(第一面和第四面)分别固定两个散热部，实现双面散热功能，且固定层将两个功率单元固定实现多个功率器件本体和散热单元的集成，有助于进一步提高散热效果，从而释放芯片的潜力，且能够方便实现功率扩展，提升功率密度。

其中，固定层如上述实施例所述，在此不再赘述。

在本发明一实施例中，所述功率器件本体的所述第一面的散热能力大于所述第四面的散热能力。由于双面散热模块本身结构的原因，双面散热模块两面的散热能力分别是70％和30％，采用焊接或烧结的方式，将散热能力强的第一面优先进行连接，已保证这主要散热通路的散热能力，之后在散热能力相对比较弱的第四面在进行散热单元的集成。

在本发明一实施例中，所述功率器件还包括保护层，所述保护层包裹在功率器件本体的四周。由于需要考虑到热胀冷缩的影响，可以在功率器件本体的四周形成保护层，保护层能极大的降低功率器件本体与散热器间的应力。

可选地，保护层为环氧材料或其它一些具有保护功能的材料，本发明对保护层的具体材质不做限定。

在本发明一实施例中，通过调节保护层的材质配比，使保护层的热膨胀系数与所述散热部的热膨胀系数接近，以更好地降低功率器件本体与散热器间的应力，能进一步提升器件可靠性。优选地，保护层的热膨胀系数与所述散热部的热膨胀系数相等。

本实施例提供一种功率器件的制备方法，所述功率器件的制备方法包括：

步骤01:提供散热部和至少一个功率器件本体。

步骤02:在所述功率器件本体的第一面和所述散热部的第二面之间形成固定层，以固定连接所述功率器件本体和所述散热部。可选地，固定层可通过焊接或烧结的方式形成。

在本发明一实施例中，在两个所述散热单元中的一个所述散热单元的所述散热部的第三面和另一个所述散热单元的所述功率器件本体的第四面之间形成所述固定层，以将两个所述散热单元堆叠设置。所述固定层的形成方式如上述实施例所述，在此不再赘述。

在本发明一实施例中，在步骤02之后，在所述功率器件本体的四周形成保护层。可选地，可以在功率器件本体的四周灌封环氧等高分子材料以形成保护层。其中，在灌注之前，调节保护层材料的配比，以使保护层的热膨胀系数与所述散热部的热膨胀系数接近。

一种电子装置，包括上述实施例所述的功率器件。可选地，电子装置包括手机、电脑和电视等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

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权利要求的保护范围为准。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率器件，其特征在于，所述功率器件包括至少一个散热单元，所述散热单元包括散热部和至少一个功率器件本体；至少一个所述功率器件本体的第一面固定在所述散热部的第二面上；其中，所述第一面和所述第二面之间设置有固定层。

2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件包括多个堆叠设置的所述散热单元，在相邻的两个所述散热单元中，一个所述散热单元的所述散热部的第三面与另一个所述散热单元的所述功率器件本体的第四面固定；其中，一个所述散热单元的所述散热部的第三面与另一个所述散热单元的所述功率器件本体的第四面之间设置有所述固定层。

3.根据权利要求2所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件本体的所述第一面的散热能力大于所述第四面的散热能力。

4.根据权利要求1或2所述的功率器件，其特征在于，所述固定层为焊接层和烧结层中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括保护层，所述保护层包裹在功率器件本体的四周。

6.根据权利要求4所述的功率器件，其特征在于，所述保护层的热膨胀系数与所述散热部的热膨胀系数相等。

7.根据权利要求4所述的功率器件，其特征在于，所述保护层为环氧材料。

8.一种功率器件的制备方法，其特征在于，包括：

提供散热部和至少一个功率器件本体；

在所述功率器件本体的第一面和所述散热部的第二面之间形成固定层，以固定连接所述功率器件本体和所述散热部。

9.根据权利要求7所述的功率器件的制备方法，其特征在于，在在所述功率器件本体的第一面和所述散热部的第二面之间形成固定层层，以固定连接所述功率器件本体和所述散热部的步骤之后还包括：在所述功率器件本体的四周形成保护层。

10.一种电子装置，其特征在于，包括上述权利要求1-7任意一项所述的功率器件。

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