一种氮化铝绝缘散热一体化基板及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氮化铝绝缘散热一体化基板及其制备方法，包括氮化铝绝缘层和氮化铝液冷散热层；所述氮化铝绝缘层一体成型在所述氮化铝液冷散热层的至少一个侧面上；所述氮化铝液冷散热层内设有冷却流道，冷却流道两端分别为流体进口和流体出口；所述氮化铝绝缘层上一体成型有芯片安装槽。本发明专利技术采用氮化铝陶瓷进行整体结构的一体化设计，采用增材制造工艺一体化制备，本发明专利技术结构可靠稳定，具有良好的绝缘性和散热效果，生产安装方便简易。生产安装方便简易。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化铝绝缘散热一体化基板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及大功率的电子元器件散热领域，尤其是一种氮化铝绝缘散热一体化基板及其制备方法。

技术介绍

[0002]当前，功率组件向高密度组装化、大功率化、轻量化、小体积方向发展，对功率器件的散热模块提出了更高的要求，在提升散热性能的同时还需要压缩空间体积并且需要保证电子器件的稳定性和可靠性。常规的功率半导体封装模块基本是采用多层堆叠的封装工艺来进行封装制造，由于堆叠层数较多，一方面增加了封装工艺难度，另一方面多种堆叠层的热阻也影响热量的高效传输，且无法满足小体积的发展要求。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种氮化铝绝缘散热一体化基板及其制备方法，本专利技术采用氮化铝陶瓷进行整体结构的一体化设计，采用增材制造工艺一体化制备，本专利技术结构可靠稳定，具有良好的绝缘性和散热效果，生产安装方便简易。
[0004]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0005]一种氮化铝绝缘散热一体化基板，包括氮化铝绝缘层和氮化铝液冷散热层；所述氮化铝绝缘层一体成型在所述氮化铝液冷散热层的至少一个侧面上；
[0006]所述氮化铝液冷散热层内设有冷却流道，冷却流道两端分别为流体进口和流体出口；所述氮化铝绝缘层上一体成型有芯片安装槽。
[0007]优选的，流体进口和流体出口位于氮化铝液冷散热层的同一端，在氮化铝液冷散热层的另一端设置有用于清理冷却流道的清理窗口。
[0008]进一步的，所述清理窗口上覆盖有窗口盖；或者，所述清理窗口内填充有氮化铝陶瓷。
[0009]优选的，所述氮化铝绝缘层一体成型在所述氮化铝液冷散热层的一个侧面上或相对的两个侧面上。
[0010]优选的，所述冷却流道为单层流道或空间多层流道。
[0011]优选的，所述氮化铝绝缘层厚度为0.5
‑
10mm，所述氮化铝液冷散热层厚度为0.5
‑
20mm。
[0012]优选的，包括：
[0013]S1，以氮化铝陶瓷浆料为原料，采用3D打印的方法，打印得到陶瓷坯体；
[0014]S2，将陶瓷坯体进行脱脂和烧结，得到氮化铝绝缘散热一体化基板。
[0015]8.根据权利要求7所述的氮化铝绝缘散热一体化基板的制备方法，其特征在于，S1中，所述3D打印方法为光固化成型打印方法；打印完成后，清理冷却流道内部的氮化铝陶瓷浆料，清理完毕后得到陶瓷坯体。
[0016]进一步的，冷却流道的流体进口和流体出口位于氮化铝液冷散热层的同一端，在
氮化铝液冷散热层的另一端设置有用于清理冷却流道的清理窗口；
[0017]S1中，打印完成后，清理冷却流道内部的氮化铝陶瓷浆料，清理完毕后，封闭清理窗口，得到陶瓷坯体。
[0018]进一步的，所述清理冷却流道内部的氮化铝陶瓷浆料具体为：
[0019]采用气枪口分别对接到打印所得模型的流体进口和流体出口处，清理出氮化铝陶瓷浆料，然后将模型浸入清洗液内，在超声条件下抽真空；
[0020]从清洗液中取出模型，重复上述清理过程，直至冷却流道内部的氮化铝陶瓷浆料被清理干净。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0022]本专利技术将绝缘基板与液冷散热器相结合，实现了一体化设计，具体是氮化铝绝缘层和氮化铝液冷散热层为一体成型，氮化铝绝缘层发挥绝缘作用，氮化铝液冷散热层内冷却流道中通入冷却液体，实现散热功能，将绝缘层和散热层一体成型，降低了热阻，整体散热性能提升超过10％。
[0023]进一步的，本专利技术在一体化基板上设置清理窗口，便于在制备过程中清理冷却流道。
[0024]进一步的，本专利技术设置空间多层流道时，能更好的实现散热功能。
[0025]本专利技术采用氮化铝陶瓷浆料进行绝缘散热一体化基板整体结构的统一制备，通过3D打印工艺实现陶瓷坯体的成型，再经过清洗、脱脂和热压烧结工艺即可得到成品，相比传统的多层工装过程，简化了工装过程，压缩了装配空间，提高了生产效率和产品稳定性，在保证稳定可靠的绝缘性能的同时又能提高散热效率。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1的氮化铝绝缘散热一体化基板结构示意图。
[0027]图2为本专利技术实施例1的氮化铝绝缘散热一体化基板结构侧视图。
[0028]图3为图2A
‑
A处流道中间截面图。
[0029]图4为本专利技术实施例1和2中氮化铝绝缘散热一体化基板的一种清理窗口形式。
[0030]图5为本专利技术实施例2的氮化铝绝缘散热一体化基板的结构示意图。
[0031]图6为本专利技术实施例2的氮化铝绝缘散热一体化基板流道内部流体体积域图。
[0032]图7为本专利技术实施例2的氮化铝绝缘散热一体化基板结构侧视图。
具体实施方式
[0033]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术进行描述，这些描述只是进一步解释本专利技术的特征和优点，并非用于限制本专利技术的权利要求。
[0034]参见图1
‑
7，本专利技术所述氮化铝绝缘散热一体化基板，包括氮化铝绝缘层2和氮化铝液冷散热层3；所述氮化铝绝缘层2一体成型在所述氮化铝液冷散热层3的至少一个侧面上，优选所述氮化铝绝缘层2一体成型在所述氮化铝液冷散热层3的一个侧面上或相对的两个侧面上。
[0035]所述氮化铝液冷散热层3内设有冷却流道7，冷却流道7两端分别为流体进口4和流体出口8。在一个具体实施例中，流体进口4和流体出口8位于氮化铝液冷散热层3的同一端，
在氮化铝液冷散热层3的另一端设置用于清理冷却流道7的清理窗口5，所述清理窗口5上覆盖有窗口盖6。
[0036]所述氮化铝绝缘层2上一体成型有芯片安装槽1，且根据芯片排布需要。其中，芯片安装槽1用于固定芯片，本专利技术基板利用氮化铝陶瓷的绝缘特性和导热特性起到绝缘和导热作用，通过冷却流道7中流通的冷流体为芯片降温，清理窗口5用于制备过程中清洗冷却流道7内部的多余原料。
[0037]所述氮化铝绝缘层2厚度可以为0.5
‑
10mm，所述氮化铝液冷散热层厚度可以为0.5
‑
20mm。
[0038]所述冷却流道中采用的冷却介质为无水冷却液，所述的冷却流道可根据散热效率设计为单层流道或空间多层流道。
[0039]所述清理窗口5形式可以为长方体或其他形状，也可以为多个孔，当孔径小于3mm时候，则不需要窗口盖6。
[0040]本专利技术氮化铝绝缘散热一体化基板的制备方法，通过3D打印工艺，采用氮化铝陶瓷浆料以逐层累加的方式堆叠而成，打印完毕后，进行冷却流道内部多余原料的清理，清理完毕后，封闭清理窗口，而后采用脱脂烧结工艺保证氮化铝绝缘散热一体化基板的致密化。
[0041]包括以下步骤：
[0042]S1，打印模型：准备氮化铝陶瓷浆料，采用光固化成型打印机进行陶瓷浆料的打印，将陶瓷浆料装入打印机料仓；将模型的数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝绝缘散热一体化基板，其特征在于，包括氮化铝绝缘层(2)和氮化铝液冷散热层(3)；所述氮化铝绝缘层(2)一体成型在所述氮化铝液冷散热层(3)的至少一个侧面上；所述氮化铝液冷散热层(3)内设有冷却流道(7)，冷却流道(7)两端分别为流体进口(4)和流体出口(8)；所述氮化铝绝缘层(2)上一体成型有芯片安装槽(1)。2.根据权利要求1所述的氮化铝绝缘散热一体化基板，其特征在于，流体进口(4)和流体出口(8)位于氮化铝液冷散热层(3)的同一端，在氮化铝液冷散热层(3)的另一端设置有用于清理冷却流道(7)的清理窗口(5)。3.根据权利要求2所述的氮化铝绝缘散热一体化基板，其特征在于，所述清理窗口(5)上覆盖有窗口盖(6)；或者，所述清理窗口(5)内填充有氮化铝陶瓷。4.根据权利要求1所述的氮化铝绝缘散热一体化基板，其特征在于，所述氮化铝绝缘层(2)一体成型在所述氮化铝液冷散热层(3)的一个侧面上或相对的两个侧面上。5.根据权利要求1所述的氮化铝绝缘散热一体化基板，其特征在于，所述冷却流道(7)为单层流道或空间多层流道。6.根据权利要求1所述的氮化铝绝缘散热一体化基板，其特征在于，所述氮化铝绝缘层(2)厚度为0.5
‑
10mm，所述氮化铝液冷散热层(3)厚度为0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：卢秉恒，刘荣臻，马睿佳，曹志超，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：