TWI769761B

TWI769761B - 絕緣導熱基材

Info

Publication number: TWI769761B
Application number: TW110111013A
Authority: TW
Inventors: 楊景明; 戴世璽; 葉子暘
Original assignee: 艾姆勒車電股份有限公司
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-07-01
Also published as: TW202238880A

Abstract

本發明提供一種絕緣導熱基材。所述絕緣導熱基材包括導熱基底、絕緣層、以及一或多個金屬片。所述絕緣層設置在所述導熱基底上，一或多個所述金屬片設置在所述絕緣層上。所述金屬片能用以設置有一個以上的晶片，並且所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面為不平行。

Description

絕緣導熱基材

本發明涉及了一種基材，具體來說是涉及了一種絕緣導熱基材。

目前的電動汽車/混合動力汽車之功率模組內的功率晶片(power chip)功率很高，因此需要設置在絕緣導熱基材上，以進行散熱。

然而，請參考圖1所示，目前的絕緣散熱基材的金屬片30A都是平行於基板10A或散熱器表面放置在絕緣層20A上，造成絕緣導熱基材的金屬片30A無法設置有很多晶片300，從而造成絕緣導熱基材的利用率不高。

有鑑於此，本發明人本於多年從事相關產品之開發與設計，有感上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種絕緣導熱基材。

為了解決上述的技術問題，本發明提供一種絕緣導熱基材，包括：導熱基底、絕緣層、以及一或多個金屬片；其中，所述絕緣層設置在所述導熱基底上，一或多個所述金屬片設置在所述絕緣層上；其中，所述金屬片能用以設置有一個以上的晶片，並且所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其至少有一部分係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面為不平行。

在一優選實施例中，所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面為垂直。

在一優選實施例中，所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面形成有一銳角夾角。

在一優選實施例中，所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面形成有一鈍角夾角。

在一優選實施例中，多個所述金屬片中的一第一金屬片的寬度及一第二金屬片的寬度不相同，且所述第二金屬片用以設置的晶片數量大於所述第一金屬片用以設置的晶片數量。

在一優選實施例中，多個所述金屬片之間的間距不相同。

在一優選實施例中，所述金屬片的一端嵌入所述絕緣層。

在一優選實施例中，所述金屬片的一端被所述絕緣層包覆。

在一優選實施例中，所述金屬片的一端呈L型接合所述絕緣層。

在一優選實施例中，所述金屬片的一端呈倒T字型接合所述絕緣層。

在一優選實施例中，所述金屬片表面形成有導熱層，且所述導熱層是以石墨、石墨烯的其中之一製成。

在一優選實施例中，相鄰的所述金屬片之間設置有一絕緣模具。

在一優選實施例中，所述絕緣模具是以高結合性的高分子材料所製成。

在一優選實施例中，所述絕緣模具是以低導電性的非金屬材料所製成，且所述絕緣模具具有附著在所述絕緣模具表面上的高分子層。

為了解決上述的技術問題，本發明另提供一種絕緣導熱基材，包括：導熱基底、絕緣層、以及一或多個金屬片；其中，所述絕緣層設置在所述導熱基底上，一或多個所述金屬片設置在所述絕緣層上；其中，所述金屬片設置有一個以上的晶片，並且所述金屬片與所述晶片形成接合的面，其至少有一部分係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面為不平行。

在一優選實施例中，所述金屬片為一預焊接有晶片和引線的金屬片。

在一優選實施例中，多個所述金屬片中的一第一金屬片的寬度及一第二金屬片的寬度不相同，且所述第二金屬片設置的晶片數量大於所述第一金屬片設置的晶片數量。

為了解決上述的技術問題，本發明又提供一種絕緣導熱基材，包括：導熱基底、絕緣層、以及一或多個金屬片；其中，所述絕緣層設置在所述導熱基底上，一或多個所述金屬片設置在所述絕緣層上；其中，所述金屬片向下彎折而與所述絕緣層之間形成有中空結構，所述金屬片設置有一個以上的晶片，並且所述金屬片與所述晶片形成接合的面，其係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面為平行。

在一優選實施例中，所述中空結構設置有流通的工作液體。

本發明的有益效果至少在於，本發明提供的絕緣導熱基材，其可以透過「金屬片用以與晶片形成接合的面，其至少有一部分係與絕緣層與金屬片形成對接的面為不平行」的技術方案，達到使絕緣導熱基材形成為可以設置有很多晶片的結構，以有效地增大絕緣導熱基材的利用率。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”等術語來描述各種元件，但這些元件不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

請參考圖2，本發明提供一種絕緣導熱基材。如圖所示，根據本發明所提供的絕緣導熱基材，其基本上包括有導熱基底10、絕緣層20、以及一或多個金屬片30。

承上，絕緣層20設置在導熱基底10上。導熱基底30可以是鋁製散熱器(heat sink)，也可以是具散熱作用的金屬基板，然並不侷限於此。本實施例的絕緣層20可以是以高結合性的高分子材料所製成，例如環氧樹脂，以增加結合性。另外，絕緣層20還可以包含有陶瓷填料，以更提高導熱性。

在本實施例中，一或多個金屬片30設置在絕緣層20上，且每個金屬片30能用以設置有一個以上的晶片(參考圖5的300)。進一步說，本實施例的金屬片30用以與晶片形成接合的面(即：金屬片30的接合面31)，其至少有一部分係與絕緣層20與金屬片30形成對接的面(即：絕緣層20的對接面21)，為不平行。

細部來說，金屬片30用以與晶片接合的面，其係與絕緣層20的表面(對接面21)可以為垂直，也可以形成有銳角夾角或是形成有鈍角夾角。請參考圖3，金屬片30用以與晶片接合的面，其係與絕緣層20的表面(對接面21)可以形成有一銳角夾角 θ1。請參考圖4，金屬片30用以與晶片接合的面，其係與絕緣層20的表面(對接面21)可以形成有一鈍角夾角 θ2。藉此，使得本發明提供的絕緣導熱基材形成為可以設置有很多晶片的結構，以有效增大絕緣導熱基材的利用率。另外，金屬片30可以被工作液體(非導電冷卻液體)浸沒，以藉由浸沒式散熱來達到更好的散熱效果。

並且，金屬片30與金屬片30之間的間距也可以是依需求改變。也就是說，金屬片30與金屬片30之間的間距D可以是相同，也可以是不相同。再者，每個金屬片30的寬度可以依需求改變。也就是說，每個金屬片30的寬度可以是相同，也可以是不相同。進一步說，另參考圖5所示出的絕緣導熱基材，其中一個金屬片(第一金屬片30a)示例設置有一個晶片300(例如IGBT晶片)，另一個金屬片(第二金屬片30b)示例設置有二個晶片300。也就是說，第二金屬片30b設置的晶片數量大於第一金屬片30a設置的晶片數量，使得第二金屬片30b的發熱量大於第一金屬片30a的發熱量。因此，第二金屬片30b的寬度W2設置為大於第一金屬片30a的寬度W1，以更增加散熱均勻性與熱傳導效率，並且第一金屬片30a的寬度W1小於第二金屬片30b的寬度W2，而能減少金屬材料的成本。

再者，晶片300和引線(未示出於圖中)可以是透過焊接方式預先設置到金屬片30上，以使預焊接有晶片和引線的多個金屬片30間隔設置到絕緣層20上，從而得以有效加快生產進度。

另外，金屬片30的一端可以接合絕緣層20的表面，或是嵌入絕緣層20，或是被絕緣層20包覆。請參考圖6，金屬片30的一端嵌入絕緣層20。請參考圖7，金屬片30的一端被絕緣層20包覆。

再者，金屬片30的一端可以是呈L型接合絕緣層20的表面，或是呈倒T字型接合絕緣層20的表面。請參考圖8，金屬片30的一端呈L型接合絕緣層20的表面。請參考圖9，金屬片30的一端呈倒T字型接合絕緣層20的表面。

另外，請參考圖10，金屬片30與晶片300形成接合的面(即：金屬片30的接合面31)，其至少有一部分(接合面31傾斜部分)係與絕緣層20與金屬片30形成對接的面(即：絕緣層20的對接面21)，為不平行。

請參考圖11，金屬片30表面還可以形成有導熱層32，例如石墨或石墨烯，其能沿兩個方向均勻導熱，以更增加散熱均勻性與熱傳導效率。在其他實施例中，金屬片30也可以是導熱性良好的非金屬，例如石墨，金屬片30也可以是均溫板或熱管。

請參考圖12，金屬片30與金屬片30之間可以設置有一絕緣模具90，以使金屬片30能有更好的定位，以及不同的間距。絕緣模具90可以移除或不移除，並且在絕緣模具90不需移除的情況下，絕緣模具90可以是以高結合性的高分子材料所製成，例如環氧樹脂，以增加結合性，從而避免脫落。另外，請參考圖13，絕緣模具90也可以是以低導電性的非金屬材料所製成，例如聚四氟乙烯，並且絕緣模具90還可以具有附著在絕緣模具90表面上的高分子層91，且高分子層91是以高結合性的高分子材料所製成。

請參考圖14，一或多個金屬片30設置在絕緣層20上，且金屬片30設置有一個以上的晶片300。在此實施例中，金屬片30向下彎折而與絕緣層20之間形成有中空結構80。進一步說，本實施例示例有兩個金屬片30向下彎折而分別與絕緣層20之間形成有兩個中空結構80。並且，金屬片30與晶片300形成接合的面，其係與絕緣層20與金屬片30形成對接的面，為平行。

細部來說，金屬片30形成有一晶片接合部301及由晶片接合部301兩端向下彎折形成的二彎折部302，晶片接合部301的表面及底面分別能用以與一個以上晶片300進行接合，彎折部302與絕緣層20的表面對接，且晶片接合部301的表面及底面與絕緣層20的表面為平行。

再者，本實施例的其中一個晶片接合部301的表面示例設置有一個晶片300，而晶片接合部301的底面示例設置有二個晶片300。也就是說，晶片接合部301的底面設置的晶片數量大於晶片接合部301的表面設置的晶片數量。因此，中空結構80還可設置有流通的工作流體，例如非導電冷卻液體使晶片接合部301底面設置較多數量的晶片所產生的較高熱量能加速帶離。

另外，本發明還提供一種絕緣導熱基材之製程，主要包括以下步驟：(a)提供一模具；(b)將一個以上金屬片置於模具；(c)將模具連同一個以上金屬片壓合至一表面形成有絕緣層的導熱基底之上；(d)將模具移除。

承上，金屬片用以與晶片形成接合的面，其係與絕緣層與金屬片形成對接的面，為不平行。並且，模具表面可以具有易於與絕緣層分離的分離層，例如金箔，使壓合製程結束後能輕易地移除模具。並且，金屬片表面可以具有預焊接的晶片和引線。另外，金屬片可以是由高分子材料所包覆後再壓合到絕緣層上。另外，具有預焊接的晶片和引線的金屬片也可以是由高分子材料包覆後再壓合到絕緣層上。

綜合以上所述，本發明提供的絕緣導熱基材，其可以透過「金屬片用以與晶片形成接合的面，其至少有一部分係與絕緣層與金屬片形成對接的面為不平行」的技術方案，達到使絕緣導熱基材形成為可以設置有很多晶片的結構，以有效地增大絕緣導熱基材的利用率。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

10A:基板 20A:絕緣層 30A:金屬片 300:晶片 10:導熱基底 20:絕緣層 21:對接面 30:金屬片 31:接合面 32:導熱層 301:晶片接合部 302:彎折部 30a:第一金屬片 30b:第二金屬片 90:絕緣模具 91:高分子層 80:中空結構 W1:寬度 W2:寬度 D:間距 θ1:銳角夾角 θ2:鈍角夾角

圖1為現有技術的絕緣導熱基材設置有晶片的側視示意圖。

圖2為本發明例第一實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖3為本發明第二實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖4為本發明第三實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖5為本發明第四實施例提供的絕緣導熱基材設置有晶片的側視示意圖。

圖6為本發明第五實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖7為本發明第六實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖8為本發明第七實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖9為本發明第八實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖10為本發明第九實施例提供的絕緣導熱基材設置有晶片的側視示意圖。

圖11為本發明第十實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖12為本發明第十一實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖13為本發明第十二實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

圖14為本發明第十三實施例提供的絕緣導熱基材的側視示意圖。

10:導熱基底

20:絕緣層

21:對接面

30:金屬片

31:接合面

D:間距

Claims

一種絕緣導熱基材，包括：導熱基底、絕緣層、以及一或多個金屬片；其中，所述絕緣層設置在所述導熱基底上，一或多個所述金屬片設置在所述絕緣層上；其中，所述金屬片能用以設置有一個以上的晶片，並且所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其至少有一部分係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面，為不平行；其中，至少有兩個所述金屬片，且其中一個所述金屬片設置的晶片數量大於另一個所述金屬片設置的晶片數量以致其中一個所述金屬片的發熱量大於另一個所述金屬片的發熱量，從而使其中一個所述金屬片的寬度大於另一個所述金屬片的寬度。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面為垂直。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面形成有一銳角夾角。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片用以與所述晶片形成接合的面，其係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面形成有一鈍角夾角。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，多個所述金屬片之間的間距不相同。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片的一端嵌入所述絕緣層。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片的一端被所述絕緣層包覆。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片的一端呈L型接合所述絕緣層。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片的一端呈倒T字型接合所述絕緣層。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片表面形成有導熱層，且所述導熱層是以石墨、石墨烯的其中之一製成。
如請求項1所述的絕緣導熱基材，其中，相鄰的所述金屬片之間設置有一絕緣模具。
如請求項11所述的絕緣導熱基材，其中，所述絕緣模具是以高結合性的高分子材料所製成。
如請求項11所述的絕緣導熱基材，其中，所述絕緣模具是以低導電性的非金屬材料所製成，且所述絕緣模具具有附著在所述絕緣模具表面上的高分子層。
一種絕緣導熱基材，包括：導熱基底、絕緣層、以及一或多個金屬片；其中，所述絕緣層設置在所述導熱基底上，一或多個所述金屬片設置在所述絕緣層上；其中，所述金屬片設置有一個以上的晶片，並且所述金屬片與所述晶片形成接合的面，其至少有一部分係與所述絕緣層與所述金屬片形成對接的面，為不平行；其中，至少有兩個所述金屬片，且其中一個所述金屬片設置的晶片數量大於另一個所述金屬片設置的晶片數量以致其中一個所述金屬片的發熱量大於另一個所述金屬片的發熱量，從而使其中一個所述金屬片的寬度大於另一個所述金屬片的寬度。
如請求項14所述的絕緣導熱基材，其中，所述金屬片為一預焊接有晶片和引線的金屬片。
如請求項14所述的絕緣導熱基材，其中，相鄰的所述金屬片之間設置有一絕緣模具。