CN117613013A - 一种igbt器件及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供的IGBT器件及其加工工艺，通过设置基于温度变化而发生弹性形变的多个散热单元，在IGBT器件内部发热且热量分布不均匀时，多个散热单元能够基于热量的分布自发性地调整散热单元的疏密程度，使得温度较高处的散热单元较为稀疏，散热介质对散热单元的冷却效果较好，可以应对各种热量分布不均的工况。
Description
技术领域
本发明涉及半导体元器件技术领域，特别是涉及一种IGBT器件及其加工工艺。
背景技术
绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）综合了电力晶体管（Giant Transistor—GTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。 IGBT是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器（逆变器）、照相机的频闪观测器、感应加热（Induction Heating）电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO－3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD （Flee Wheel Diode）成对地（2或6组）封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。
IGBT器件在工作时会产生热量，现有技术中通常需要在IGBT器件底部设置固定式散热结构将热量带走。但是，由于不同型号的IGBT器件的工作后温度分布不同，甚至同一种IGBT器件的不同工作状态下的温度分布也不同，这时散热结构设定成固定的分布方式就难以达到预期的散热效果。
公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
基于此，有必要针对目前的IGBT器件所存在的散热效果差的问题，提供一种IGBT器件及其加工工艺。
上述目的通过下述技术方案实现：
本发明第一方面实施例提供了一种IGBT器件，其包括：
芯片；
基板，所述芯片固定安装于所述基板上；
散热器，所述散热器设置于所述基板下方，所述散热器内形成有散热器腔室，所述散热腔室内容纳有散热介质；
针翅模组，所述针翅模组设置于所述散热腔室内，所述针翅模组包括多个互相紧密接合的散热单元，所述散热单元于温度变化时可发生弹性形变并改变相邻两个所述散热单元之间的距离；所述散热单元的分布密度与温度呈负相关关系。
在其中一个实施例中，所述散热单元包括：
框架结构，所述框架结构外形近似于正棱柱，所述框架结构内部形成有容纳区域；
散热部，所述散热部包括主体部和针翅部，所述主体部位于所述容纳区域内，所述主体部与所述散热器顶板接触并进行热量交换，所述针翅部凸出于所述容纳区域，所述针翅部与所述散热介质进行热量交互；所述主体部内部中空并形成蒸发腔室，所述蒸发腔室内容纳有蒸发介质。
在其中一个实施例中，所述框架结构包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件包括弹性柱，两个相邻所述弹性柱之间形成卡接槽，所述第二连接件包括弹性板，所述弹性板插装于所述卡接槽内，所述弹性板和所述卡接槽拼接后包围形成所述容纳区域。
在其中一个实施例中，所述框架结构包括第三连接件，所述第三连接件能够发生弹性形变，所述第三连接件位于所述框架结构底部，所述第三连接件上设置有供所述针翅部穿过的通过孔。
在其中一个实施例中，所述主体部包括连接段，所述针翅部连接于所述连接段，所述连接段发生弹性形变时使得所述针翅部向凸出于所述容纳区域的方向或反向移动。
在其中一个实施例中，所述散热部内表面设置有纤维束层。
在其中一个实施例中，所述散热腔室与外部环境连通并交换所述散热介质，所述散热介质沿第一方向流动。
在其中一个实施例中，所述针翅部沿所述第一方向的尺寸大于所述针翅部沿其他方向的尺寸。
在其中一个实施例中，所述主体部和所述框架结构形成散热槽，所述散热器顶板上设置有散热凸起，所述散热凸起卡接于所述散热槽内。
本发明第二方面实施例提供了一种IGBT器件加工工艺，其用以加工如本发明第一方面实施例中任一项所述的IGBT器件，并包括以下步骤：
通过注塑工艺制作框架结构和散热部；
将散热部放置于框架结构内，并向散热部内注入蒸发介质；
散热器包括顶板和底板，将散热单元放置于散热器底板和顶板之间，再将散热器底板和顶板固定连接并密封。
本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的IGBT器件及其加工工艺，通过设置基于温度变化而发生弹性形变的多个散热单元，在IGBT器件内部发热且热量分布不均匀时，多个散热单元能够基于热量的分布自发性地调整散热单元的疏密程度，使得温度较高处的散热单元较为稀疏，散热介质对散热单元的冷却效果较好，可以应对各种热量分布不均的工况。
附图说明
图1为本发明第一方面实施例提供的IGBT器件的结构示意图；
图2为本发明第一方面实施例提供的IGBT器件中针翅模组的结构示意图；
图3为图2中针翅模组的剖视图；
图4为图2中针翅模组沿另一视向的结构示意图；
图5为本发明第一方面实施例提供的IGBT器件中第一连接件和第三连接件处的结构示意图；
图6为图5中第一连接件和第三连接件处的剖视图；
图7为本发明第一方面实施例提供的IGBT器件中散热部的剖视图；
图8为本发明第一方面实施例提供的IGBT器件中第二连接件处的结构示意图；
图9为图8中第二连接件处的剖视图；
图10为本发明第一方面实施例提供的IGBT器件中针翅部的结构示意图；
图11为本发明第一方面实施例提供的IGBT器件中散热器顶板的结构示意图。
其中：
100、芯片；200、基板；300、散热器；310、散热凸起；400、针翅模组；410、散热单元；420、框架结构；422、第一连接件；423、弹性柱；424、第二连接件；425、弹性板；426、第三连接件；427、通过孔；430、散热部；432、主体部；433、连接段；434、蒸发腔室；436、针翅部；440、散热槽。
实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-图11所示，本发明第一方面实施例提供了一种IGBT器件，其包括芯片100、基板200、散热器300和针翅模组400。
其中，芯片100作为主要计算器件，其固定安装于基板200上。一般的，在芯片100与基板200间通常包括铜板、衬板、焊层等结构，在芯片100外部通常有树脂等材质制成的封装外壳，在芯片100和外壳间还设置有引线等。芯片100的数量可以是一个或任意多个，芯片100在工作时产生热量，热量直接或间接传递至基板200。
基板200下方设置有散热器300，一般散热器300直接接触于基板200，或是通过导热胶等导热结构间接连接于基板200，芯片100工作时产生的热量经过基板200传递至散热器300，并由散热器300将热量带至外部环境。散热器300内部形成有散热腔室，散热腔室内充满有散热介质，散热器300包括主动散热和被动散热，被动散热是在散热器300周围设置散热鳍片、散热板等固定散热结构，散热介质仅在散热腔室内流动，热量自芯片100处依次流经基板200、散热器300壳体、散热介质、固定散热结构，最终流向外部环境；主动散热是将散热腔室与外部冷却设备连通，使得散热介质不断在散热器300和外部冷却设备间循环，热量自芯片100处依次流经基板200、散热器300壳体、散热介质、外部散热设备，最终流向外部环境。
针翅模组400设置于散热腔室内，针翅模组400至少一部分与散热介质直接接触，针翅模组400至少一部分与散热器300壳体直接接触，基板200传递至散热器300壳体的热量，经过针翅模组400传递至散热介质。针翅模组400包括多个互相紧密连接的散热单元410，散热单元410全部或至少部分由弹性材料制成，并能够在散热单元410发生温度变化时进行弹性形变，进而改变相邻两个散热单元410间的距离。一般的，弹性形变量与温度呈正相关关系。可以理解的是，由于芯片100发热的不均匀，会使得基板200的温度不均匀，进而使得传递至各个散热单元410的热量不同，使得各个散热单元410的形变量不同，接受热量较多的散热单元410形变量较大，顶推其周围相邻的其余散热单元410，接受热量较少的散热单元410形变量较少，由此使得温度较高处的散热单元410较为稀疏，散热介质对散热单元410的冷却效果较好，温度较低处的散热单元410，由于该处温度较低，其并不需要过强的散热效果。
由此，本发明第一方面实施例提供的IGBT器件，通过设置基于温度变化而发生弹性形变的多个散热单元410，在IGBT器件内部发热且热量分布不均匀时，多个散热单元410能够基于热量的分布自发性地调整散热单元410的疏密程度，使得温度较高处的散热单元410较为稀疏，散热介质对散热单元410的冷却效果较好，可以应对各种热量分布不均的工况。
在其中一个实施例中，请参阅图2-图7，散热单元410包括框架结构420和散热部430。其中，散热框架作为散热单元410的主体部分，其外形为或近似于正棱柱，本实施例中，散热框架外形为正六棱柱形，多个散热单元410的散热框架相邻设置后形成近似于蜂窝状结构，散热框架内部中空且上下贯通，形成容纳区域，散热框架的至少部分或全部由弹性材质制成，其能够受迫发生弹性形变。可以理解的是，多个散热框架组成的近似蜂窝状结构，相邻两个散热框架共用一个侧面。
散热部430设置于容纳区域内，散热部430的至少部分或全部由弹性材质制成。散热部430包括主体部432和针翅部436，主体部432位于容纳区域内，主体部432的顶部与散热器300的顶板直接或间接接触并进行热量交换。针翅部436凸出于容纳区域，针翅部436与散热介质进行热量交换。主体部432内部形成有蒸发腔室434，蒸发腔室434内容纳有蒸发介质，来自散热器300顶板的热量传递至主体部432后，主体部432内部升温，蒸发介质开始蒸发，主体部432内部气体增多，迫使主体部432体积增大；主体部432体积增大，一方面主体部432向四周发生形变，并迫使散热框架发生形变并向外扩张，由此改变相邻两个针翅部436的距离，另一方面主体部432向下发生形变，驱动针翅部436向下移动，由此改变针翅部436向下伸出的距离。本实施例中，蒸发介质可以是丙酮、1,1-二氯乙烷、氯仿、甲醇、正乙烷中的一种或任意多种的混合，也可以是与该些蒸发介质具有相同或类似蒸发性质的其他介质。
由此，通过在主体部432内设置蒸发介质，蒸发介质在散热单元410受热时发生相态变化，由此迫使主体部432、针翅部436和散热框架发生移动，并由此改变针翅部436的分布密度和伸出长度，使得温度较高区域的针翅部436密度较为稀疏且伸长长度较长，以在该处达到更好的散热效果。
此外，主体部432和针翅部436可以是具体结构上的划分，如主体部432和针翅部436为两个相对独立的零件，其通过粘接等方式连接为一体，此时仅在主体部432内部形成有蒸发腔室434。主体部432和针翅部436也可以仅是位置上的划分，如本实施例中，主体部432和针翅部436为一个整体的零件，其二者为一个壳体上的不同位置，在该壳体内形成蒸发腔室434，也即主体部432和针翅部436的内部均形成有蒸发腔室434且互相连通。
在其中一个实施例中，请参阅图3、图5、图6、图8和图9，框架结构420包括第一连接件422和第二连接件424，第一连接件422包括弹性柱423，两个相邻弹性柱423之间形成卡接槽，第二连接件424包括弹性板425，弹性板425插装于卡接槽内，弹性板425和卡接槽拼接后包围形成容纳区域。本实施例中，第一连接件422更靠近于散热器300顶板，第二连接件424相对远离散热器300顶板，也即第一连接件422处于第二连接件424的上方，第一连接件422的顶部为近似于多个正六边形拼接成蜂窝状的结构，弹性板425位于六边形的棱上，第二连接件424的底部为近似于多个正六边形拼接成蜂窝状的结构，弹性柱423位于六边形的顶点上，相邻两个弹性柱423之间形成卡接槽，弹性板425插接于卡接槽内后，第一连接件422和第二连接件424共同形成近似于蜂窝状的框架结构420。
在其中一个实施例，请参阅图6，框架结构420还包括第三连接件426，第三连接件426能够发生弹性形变，第三连接件426位于框架结构420的底部。第三连接件426主要起到保持散热部430的位置的作用，第三连接件426上设置有供针翅部436穿过的通过孔427，将针翅部436穿设于通过孔427后，主体部432由于尺寸较大，无法继续向下移动，由此使得散热部430能够保持于框架结构420内部并与框架结构420保持正确的位置关系。进一步的，第三连接件426的形状拟合于散热部430底部的形状，使得第三连接件426始终贴合于散热部430。
在其中一个实施例当中，请参阅图7，主体部432包括连接段433，针翅部436通过连接段433连接于主体部432，连接段433发生弹性形变时使得针翅部436凸出或缩回至容纳区域。本实施例中，连接段433外形呈锥状，连接段433的截面尺寸自上而下逐渐增大。
在其中一个实施例中，请继续参阅图7，散热部430内表面设置有纤维束层。由于蒸发介质蒸发冷凝后主要向下低落，会有一部分蒸发介质落入到针翅部436内，由于针翅部436距离散热器300顶板较远，其较难受热发生相变。在散热部430内表面设置纤维束层，能够利用纤维束层的毛细效应，将针翅部436内的液态蒸发介质输送至散热部430内。
在其中一个实施例中，请参阅图1、图7和图10，散热腔室与外部冷却设备连通，使得散热介质不断在散热器300和外部冷却设备间循环，热量自芯片100处依次流经基板200、散热器300壳体、散热介质、外部散热设备，最终流向外部环境，也即散热介质沿着第一方向流动。针翅部436的形状设置为沿第一方向的尺寸大于沿其他方向的尺寸。例如，本实施例中针翅部436的截面形状为椭圆形，其长轴方向与第一方向重合。由此，在保证散热效果的前提下，可以使得散热介质的流动不受多个针翅部436的阻碍作用。
在其中一个实施例中，请参阅图3和图11，主体部432和框架结构420形成散热槽440，散热器300顶板上设置有散热凸起310，散热凸起310卡接于散热槽440内，散热器300和散热单元410通过散热凸起310和散热槽440进行热量传递。可选地，在散热槽440和散热凸起310之间涂布有散热胶，以达到更好的热量传递效果。本实施例当中，散热槽440为正六棱柱框形结构，相应的，散热凸起310为正六棱柱结构。
本发明第二方面实施例提供了一种IGBT器件加工工艺，其用以加工如本发明第一方面实施例中任一项所述的IGBT器件，并包括以下步骤：
通过注塑工艺制作框架结构和散热部；
将散热部放置于框架结构内，并向散热部内注入蒸发介质；
散热器包括顶板和底板，将散热单元放置于散热器底板和顶板之间，再将散热器底板和顶板固定连接并密封。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种IGBT器件，其特征在于，包括：
芯片；
基板，所述芯片固定安装于所述基板上；
散热器，所述散热器设置于所述基板下方，所述散热器内形成有散热器腔室，所述散热腔室内容纳有散热介质；
针翅模组，所述针翅模组设置于所述散热腔室内，所述针翅模组包括多个互相紧密接合的散热单元，所述散热单元于温度变化时可发生弹性形变并改变相邻两个所述散热单元之间的距离；所述散热单元的分布密度与温度呈负相关关系。
2.根据权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述散热单元包括：
框架结构，所述框架结构外形近似于正棱柱，所述框架结构内部形成有容纳区域；
散热部，所述散热部包括主体部和针翅部，所述主体部位于所述容纳区域内，所述主体部与所述散热器顶板接触并进行热量交换，所述针翅部凸出于所述容纳区域，所述针翅部与所述散热介质进行热量交互；所述主体部内部中空并形成蒸发腔室，所述蒸发腔室内容纳有蒸发介质。
3.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述框架结构包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件包括弹性柱，两个相邻所述弹性柱之间形成卡接槽，所述第二连接件包括弹性板，所述弹性板插装于所述卡接槽内，所述弹性板和所述卡接槽拼接后包围形成所述容纳区域。
4.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述框架结构包括第三连接件，所述第三连接件能够发生弹性形变，所述第三连接件位于所述框架结构底部，所述第三连接件上设置有供所述针翅部穿过的通过孔。
5.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述主体部包括连接段，所述针翅部连接于所述连接段，所述连接段发生弹性形变时使得所述针翅部向凸出于所述容纳区域的方向或反向移动。
6.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述散热部内表面设置有纤维束层。
7.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述散热腔室与外部环境连通并交换所述散热介质，所述散热介质沿第一方向流动。
8.根据权利要求7所述的IGBT器件，其特征在于，所述针翅部沿所述第一方向的尺寸大于所述针翅部沿其他方向的尺寸。
9.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述主体部和所述框架结构形成散热槽，所述散热器顶板上设置有散热凸起，所述散热凸起卡接于所述散热槽内。
10.一种IGBT器件加工工艺，其特征在于，其用以加工如权利要求2-9中任一项所述的IGBT器件，并包括以下步骤：
通过注塑工艺制作框架结构和散热部；
将散热部放置于框架结构内，并向散热部内注入蒸发介质；
散热器包括顶板和底板，将散热单元放置于散热器底板和顶板之间，再将散热器底板和顶板固定连接并密封。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311581903.9A CN117613013B (zh) | 2023-11-24 | 一种igbt器件及其加工工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311581903.9A CN117613013B (zh) | 2023-11-24 | 一种igbt器件及其加工工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117613013A true CN117613013A (zh) | 2024-02-27 |
| CN117613013B CN117613013B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100157537A1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-06-24 | Fu Zhun Precision Industry (Shen Zhen) Co., Ltd. | Fin-type heat sink and electronic device using same |
| CN210137565U (zh) * | 2019-04-01 | 2020-03-10 | Oppo广东移动通信有限公司 | 散热板、散热组件以及电子装置 |
| CN213343115U (zh) * | 2020-09-15 | 2021-06-01 | 中国科学院微电子研究所 | 自适应散热装置 |
Patent Citations (3)
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