CN116013879A - 一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，根据以下步骤进行，步骤一、将引脚嵌入到基材的内部；步骤二、在基材的内部涂抹导热硅脂，且引脚的顶部同样通过硅脂与金刚石导热组件相接触；步骤三、依次安装底层金刚石散热片、中层金刚石散热片和顶层金刚石散热片；步骤四、向顶层金刚石散热片的侧边注入粘接剂，该制备方法采用三层的金刚石导热组件，从而进一步提高了功率模块传递到金刚石材料上热量的导出效率，同时也能够以多种方式与外部的散热设备对接，安装更加灵活，通过将引脚部分向上引入，按压在内凸台上，也能够同时对每个引脚部分产生的热量同时向外导出，提高了对引脚部分的散热效果。

Description

一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体为一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法。

背景技术

碳化硅功率器件是电力电子设备的关键组成部分，主要进行功率处理，具有处理高电压、大电流能力的效果，还能够实现包括变频、变压、变流、功率管理等作用。而碳化硅功率器件需要在表面设置散热结构，从而将运行时内部产生的热量及时向外导出，确保能够在低温高效的环境下运行，现有技术中通过常规的金属散热结构对碳化硅功率器件进行散热处理，该方式散热效率较低，在碳化硅功率器件的表面具有较大的热阻，从而在极端高温环境中就难以快速的实现散热效果，限制了功率器件的可正常运行极限环境范围。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题,本发明提供了新的金刚石散热方案，散热效果好，稳定性高。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，根据以下步骤进行，步骤一、将引脚嵌入到基材的内部，引脚设置有多个，且每个引脚的顶端均在基材的内侧与顶部的金刚石导热组件相接触；步骤二、在基材的内部涂抹导热硅脂，且引脚的顶部同样通过硅脂与金刚石导热组件相接触；步骤三、依次安装底层金刚石散热片、中层金刚石散热片和顶层金刚石散热片；步骤四、向顶层金刚石散热片的侧边注入粘接剂，通过粘接剂将顶层金刚石散热片进行固定。

进一步的，在步骤二中，硅脂涂装过程中，需要将硅脂依附在基材内部的侧壁上，且将底层金刚石散热片按压在硅脂的顶部后，通过外部刮除设备将从底层金刚石散热片边缘处溢出的硅脂进行去除。

进一步的，所述基材的顶部安装有支架，所述支架的内侧以及端部均设置有粘接机构，所述基材的内壁上安装有内凸台，所述金刚石导热组件放置在内凸台的表面，所述支架的侧边设置有散热孔，所述引脚从基材的侧边向内穿入。

进一步的，所述金刚石导热组件包括两个顶层金刚石散热片、一个中层金刚石散热片和两个底层金刚石散热片，所述顶层金刚石散热片通过侧边的粘接机构进行固定。

进一步的，两个所述顶层金刚石散热片之间设置有第一夹槽，两个底层金刚石散热片之间设置有第二夹槽，所述基材的内侧底部安装有功率模块，所述内凸台的中间安装有撑杆。

进一步的，所述撑杆的顶部安装有中层金刚石散热片，且中层金刚石散热片的底端和顶端分别被第二夹槽和第一夹槽所装夹固定。

进一步的，所述粘接机构包括注入口和注入管，所述支架的顶部设置有夹杆，所述注入口设置在夹杆的一端，所述夹杆的内侧开设有滑槽。

进一步的，所述注入管嵌装在夹杆的内部，所述注入管的侧边开设有多个粘接孔，所述顶层金刚石散热片的侧边插入到滑槽的内部并通过从注入口处注入粘接剂将顶层金刚石散热片进行固定。

进一步的，所述引脚的底端设置有镀锡铜片，所述镀锡铜片的表面开设有焊接孔，所述镀锡铜片的后端与引入导体连接，所述引入导体的顶部设置有贴合片。

进一步的，所述内凸台的表面开设有卡槽，每个所述贴合片均嵌入到卡槽的内部，所述贴合片的顶部与底层金刚石散热片相接触，且贴合片和内凸台的顶部均涂装有硅脂。

本发明的有益效果：本发明的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，包括制备方法本体，所述制备方法本体包括基材、引脚、支架、散热孔、金刚石导热组件、粘接机构、撑杆、功率模块、内凸台、夹杆、顶层金刚石散热片、第一夹槽、中层金刚石散热片、底层金刚石散热片、第二夹槽、硅脂、卡槽、镀锡铜片、焊接孔、引入导体、贴合片、注入口、滑槽、注入管、粘接孔。

1.该基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法通过在基材的顶部涂装上硅脂，直接将金刚石导热组件通过硅脂贴装在集采的的顶部，即可将内部的功率模块产生的热量沿着金刚石导热组件向外导出，导热面积更大，且贴合度更高，制备流程快速精准，适合大量生产。

2.该基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法中，采用三层的金刚石导热组件，从而进一步提高了传递到金刚石材料上热量的导出效率，同时也能够以多种方式与外部的散热设备对接，安装更加灵活。

3.该基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法通过将引脚部分向上引入，按压在内凸台上，将底层金刚石散热片安装后，通过内凸台进行支撑安装的同时，也能够同时对每个引脚部分产生的热量同时向外导出，提高了对引脚部分的散热效果。

附图说明

图1为本发明一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法的流程图；

图2为本发明一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法产品的外形图；

图3为本发明一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法产品的拆分图；

图4为本发明一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法引脚部分的结构示意图；

图5为本发明一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法粘接机构部分的结构示意图；

图中：1、基材；2、引脚；3、支架；4、散热孔；5、金刚石导热组件；6、粘接机构；7、撑杆；8、功率模块；9、内凸台；10、夹杆；11、顶层金刚石散热片；12、第一夹槽；13、中层金刚石散热片；14、底层金刚石散热片；15、第二夹槽；16、硅脂；17、卡槽；18、镀锡铜片；19、焊接孔；20、引入导体；21、贴合片；22、注入口；23、滑槽；24、注入管；25、粘接孔。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，根据以下步骤进行，步骤一、将引脚2嵌入到基材1的内部，引脚2设置有多个，且每个引脚2的顶端均在基材1的内侧与顶部的金刚石导热组件5相接触；步骤二、在基材1的内部涂抹导热硅脂16，且引脚2的顶部同样通过硅脂16与金刚石导热组件5相接触；步骤三、依次安装底层金刚石散热片14、中层金刚石散热片13和顶层金刚石散热片11；步骤四、向顶层金刚石散热片11的侧边注入粘接剂，通过粘接剂将顶层金刚石散热片11进行固定，在步骤二中，硅脂16涂装过程中，需要将硅脂16依附在基材1内部的侧壁上，且将底层金刚石散热片14按压在硅脂16的顶部后，通过外部刮除设备将从底层金刚石散热片14边缘处溢出的硅脂16进行去除，该基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法通过在基材1的顶部涂装上硅脂16，直接将金刚石导热组件5通过硅脂16贴装在集采的的顶部，即可将内部的功率模块8产生的热量沿着金刚石导热组件5向外导出，导热面积更大，且贴合度更高，制备流程快速精准，适合大量生产。

本实施例，所述基材1的顶部安装有支架3，所述支架3的内侧以及端部均设置有粘接机构6，所述基材1的内壁上安装有内凸台9，所述金刚石导热组件5放置在内凸台9的表面，所述支架3的侧边设置有散热孔4，所述引脚2从基材1的侧边向内穿入，通过该制备方式制造的碳化硅功率器件焊接在电子设备内部时，直接通过将每个引脚2的底部与电路板上的焊点进行接触，完成焊接，而顶部的金刚石导热组件5则通过风冷或者直接接触的方式进行散热。

本实施例，所述金刚石导热组件5包括两个顶层金刚石散热片11、一个中层金刚石散热片13和两个底层金刚石散热片14，所述顶层金刚石散热片11通过侧边的粘接机构6进行固定，两个所述顶层金刚石散热片11之间设置有第一夹槽12，两个底层金刚石散热片14之间设置有第二夹槽15，所述基材1的内侧底部安装有功率模块8，所述内凸台9的中间安装有撑杆7，所述撑杆7的顶部安装有中层金刚石散热片13，且中层金刚石散热片13的底端和顶端分别被第二夹槽15和第一夹槽12所装夹固定，采用三层的金刚石导热组件5，在顶层金刚石散热片11和底层金刚石散热片14之间设置有散热孔4，从而进一步提高了传递到金刚石材料上热量的导出效率，同时也能够以多种方式与外部的散热设备对接，安装更加灵活，具体的，该结构中，底层金刚石散热片14通过直接与基材1或者内部的功率模块8芯片的顶部接触后，即可将功率模块8上产生的热量进行吸取，并通过顶部的散热孔4件将该热量向外排出，同时在中间通过中层金刚石散热片13将部分热量向上传递，传递到顶层金刚石散热片11上，借助顶层金刚石散热片11同步实现导热的效果。

本实施例，所述粘接机构6包括注入口22和注入管24，所述支架3的顶部设置有夹杆10，所述注入口22设置在夹杆10的一端，所述夹杆10的内侧开设有滑槽23，所述注入管24嵌装在夹杆10的内部，所述注入管24的侧边开设有多个粘接孔25，所述顶层金刚石散热片11的侧边插入到滑槽23的内部并通过从注入口22处注入粘接剂将顶层金刚石散热片11进行固定，将顶层金刚石散热片11插入到滑槽23的内部后，通过注入口22将粘接剂注入到夹杆10的内侧，沿着注入管24流动，直至从每个粘接孔25流出，粘接孔25的外端与顶层金刚石散热片11的侧边相连通，从而将粘接剂均匀的分布在顶层金刚石散热片11的侧边，实现对该部分金刚石的固定作用。

本实施例，所述引脚2的底端设置有镀锡铜片18，所述镀锡铜片18的表面开设有焊接孔19，所述镀锡铜片18的后端与引入导体20连接，所述引入导体20的顶部设置有贴合片21，所述内凸台9的表面开设有卡槽17，每个所述贴合片21均嵌入到卡槽17的内部，所述贴合片21的顶部与底层金刚石散热片14相接触，且贴合片21和内凸台9的顶部均涂装有硅脂16，通过将引脚2部分向上引入，按压在内凸台9上，将底层金刚石散热片14安装后，通过内凸台9进行支撑安装的同时，也能够同时对每个引脚2部分产生的热量同时向外导出，提高了对引脚2部分的散热效果，且通过金刚石的绝缘性质也不会影响电流的传输，引脚2焊接在电路板上后，电流从引脚2处流动，即可在引脚2上产生热量，通过顶部的贴合片21直接与底层金刚石散热片14接触，即可跳过基材1部分直接对引脚2上产生的热量进行传导，进而实现对引脚2部分的高效散热功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：根据以下步骤进行，步骤一、将引脚(2)嵌入到基材(1)的内部，引脚(2)设置有多个，且每个引脚(2)的顶端均在基材(1)的内侧与顶部的金刚石导热组件(5)相接触；步骤二、在基材(1)的内部涂抹导热硅脂(16)，且引脚(2)的顶部同样通过硅脂(16)与金刚石导热组件(5)相接触；步骤三、依次安装底层金刚石散热片(14)、中层金刚石散热片(13)和顶层金刚石散热片(11)；步骤四、向顶层金刚石散热片(11)的侧边注入粘接剂，通过粘接剂将顶层金刚石散热片(11)进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：在步骤二中，所述硅脂(16)涂装过程中，需要将硅脂(16)依附在基材(1)内部的侧壁上，且将底层金刚石散热片(14)按压在硅脂(16)的顶部后，通过外部刮除设备将从底层金刚石散热片(14)边缘处溢出的硅脂(16)进行去除。

3.根据权利要求1所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：所述基材(1)的顶部安装有支架(3)，所述支架(3)的内侧以及端部均设置有粘接机构(6)，所述基材(1)的内壁上安装有内凸台(9)，所述金刚石导热组件(5)放置在内凸台(9)的表面，所述支架(3)的侧边设置有散热孔(4)，所述引脚(2)从基材(1)的侧边向内穿入。

4.根据权利要求3所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：所述金刚石导热组件(5)包括两个顶层金刚石散热片(11)、一个中层金刚石散热片(13)和两个底层金刚石散热片(14)，所述顶层金刚石散热片(11)通过侧边的粘接机构(6)进行固定。

5.根据权利要求4所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：两个所述顶层金刚石散热片(11)之间设置有第一夹槽(12)，两个底层金刚石散热片(14)之间设置有第二夹槽(15)，所述基材(1)的内侧底部安装有功率模块(8)，所述内凸台(9)的中间安装有撑杆(7)。

6.根据权利要求5所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：所述撑杆(7)的顶部安装有中层金刚石散热片(13)，且中层金刚石散热片(13)的底端和顶端分别被第二夹槽(15)和第一夹槽(12)所装夹固定。

7.根据权利要求4所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：所述粘接机构(6)包括注入口(22)和注入管(24)，所述支架(3)的顶部设置有夹杆(10)，所述注入口(22)设置在夹杆(10)的一端，所述夹杆(10)的内侧开设有滑槽(23)。

8.根据权利要求7所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：所述注入管(24)嵌装在夹杆(10)的内部，所述注入管(24)的侧边开设有多个粘接孔(25)，所述顶层金刚石散热片(11)的侧边插入到滑槽(23)的内部并通过从注入口(22)处注入粘接剂将顶层金刚石散热片(11)进行固定。

9.根据权利要求3所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：所述引脚(2)的底端设置有镀锡铜片(18)，所述镀锡铜片(18)的表面开设有焊接孔(19)，所述镀锡铜片(18)的后端与引入导体(20)连接，所述引入导体(20)的顶部设置有贴合片(21)。

10.根据权利要求9所述的一种基于金刚石散热的碳化硅功率器件制备方法，其特征在于：所述内凸台(9)的表面开设有卡槽(17)，每个所述贴合片(21)均嵌入到卡槽(17)的内部，所述贴合片(21)的顶部与底层金刚石散热片(14)相接触，且贴合片(21)和内凸台(9)的顶部均涂装有硅脂(16)。

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