具有双面散热结构的碳化硅器件、方法及车辆电驱装置制造方法及图纸

技术编号：40039683 阅读：3 留言：0更新日期：2024-01-16 19:31

本发明专利技术提供一种具有双面散热结构的碳化硅器件、方法及车辆电驱装置，包括：第一散热基板；碳化硅芯片，焊接于第一散热基板的上表面；第一散热器，设置于碳化硅芯片的上表面，第一散热器为相变散热器；第二散热器，连接于第一散热基板的下表面，第二散热器为风冷散热器或液冷散热器，通过在碳化硅芯片上表面设置相变散热器，以及碳化硅芯片所在第一散热基板的下表面设置风冷散热器或液冷散热器进行双向散热，一方面，双向散热能够更快地降低结温，一旦温度超过相变散热材料的相变温度，相变材料发生相变，显著吸热，可快速降低芯片结温且无需监控；另一方面，不仅极大提高了散热效率，还显著降低了所述碳化硅芯片的结温，降低达到10℃以上。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体，具体涉及一种具有双面散热结构的碳化硅器件、方法及车辆电驱装置。

技术介绍

1、随着新型能源的发展和世界用电量的不断提升，si功率器件已不能满足高耐压及高效率的电力转换。第三代宽禁带半导体sic由于其更宽的禁带宽度，更大的临界击穿场强，更好的导热性能，在高压高功率应用中有着不可替代的作用。

2、目前，针对车规功率器件，sic芯片的使用是一个大趋势，但由此带来的工作温度的提升也是导致器件失效的重要原因。在相关技术中，现有的大功率半导体和散热器的组装结构难以满足散热需要，亟需更为有效的散热结构。此外，功率器件通常工作在随机的工况当中，例如，电动汽车加速、减速、上坡、下坡，又或者风力发电机中，风速、风向都在随机的变化，体现在电子系统中，会使芯片结温产生大的波动的情况，提高sic芯片的散热能力以及降低sic芯片的结温是个迫切需要解决的难题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提供一种具有双面散热结构的碳化硅器件、方法及车辆电驱装置，以解决碳化硅器件散热效率不佳的问题。

2、在第一方面，本专利技术提供了一种具有双面散热结构的碳化硅器件，包括：第一散热基板；碳化硅芯片，焊接于所述第一散热基板的上表面；第一散热器，设置于所述碳化硅芯片的上表面，所述第一散热器为相变散热器；第二散热器，连接于所述第一散热基板的下表面，所述第二散热器为风冷散热器或液冷散热器。

3、于本专利技术的一实施例中，所述第一散热基板为覆铜陶瓷基板。</p>

4、于本专利技术的一实施例中，所述覆铜陶瓷基板为铜-陶瓷-铜所形成的夹层结构。

5、于本专利技术的一实施例中，所述相变散热器包括散热主体、相变散热材料与高导热泡沫材料，所述散热主体设有相变散热腔与回流流道，所述相变散热腔的底部填充所述相变散热材料，所述相变散热腔的顶部填充所述高导热泡沫材料，各所述回流流道竖直分布连通所述相变散热腔，以使所述相变散热材料与所述高导热泡沫材料在所述回流流道内相变循环。

6、于本专利技术的一实施例中，所述相变散热器还包括：第二散热基板，所述第二散热基板设置于所述相变散热器上表面，用于密封所述相变散热材料与所述高导热泡沫材料，以使热量传导至空气中。

7、于本专利技术的一实施例中，所述第二散热基板为覆铜陶瓷基板。

8、于本专利技术的一实施例中，所述散热主体的内部结构为回字形、片状型、柱状型与菱形中的至少之一。

9、于本专利技术的一实施例中，所述相变散热材料为石蜡、铋基合金tp-ⅲ、脂肪酸、多元醇、希特斯盐中的至少之一。

10、于本专利技术的一实施例中，所述高导热泡沫材料为泡沫铜、石墨烯泡沫、碳纳米管泡沫、泡沫铝、泡沫银中的至少之一。

11、于本专利技术的一实施例中，所述散热主体的材质为金、铜、银、钼，以及合金材料中的至少之一。

12、于本专利技术的一实施例中，所述碳化硅芯片采用第一焊剂贴于所述第一散热基板上，所述相变散热器采用第二焊剂贴于所述碳化硅芯片上，所述第一焊剂的熔点高于所述第二焊剂的熔点。

13、在第二方面，本专利技术还提供了一种车辆电驱装置，所述车辆电驱装置集成有如上述的具有双面散热结构的碳化硅器件。

14、在第三二方面，本专利技术还提供了一种具有双面散热结构的碳化硅器件的制作方法，用于制作如上述的具有双面散热结构的碳化硅器件，该方法包括；将所述碳化硅芯片依据所述第一散热基板的回流曲线焊接于所述第一散热基板的上表面，所述第一散热基板为铜-陶瓷-铜所形成的夹层结构；根据第一散热器的内部结构与所述回流曲线的对应关系将所述第一散热器焊接于所述碳化硅芯片上表面，所述第一散热器为相变散热器；将第二散热器焊接于所述第一散热基板的下表面，使用外壳封装所述碳化硅芯与所述相变散热器并进行固化，形成双面散热结构的碳化硅器件，其中，所述第二散热器为风冷散热器或液冷散热器。

15、本专利技术的有益效果：通过垂直方向分别在碳化硅芯片上表面设置相变散热器，以及碳化硅芯片在第一散热基板的下表面设置有风冷散热器或液冷散热器进行双向散热，一方面，双向散热能够更快地降低结温，一旦温度超过相变散热材料的相变温度，相变材料发生相变，显著吸热，可快速降低芯片结温且无需监控；另一方面，双向散热极大提高了散热效率，也显著降低了所述碳化硅芯片的结温，降低能够达到10℃以上。

16、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。

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【技术保护点】

1.一种具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述第一散热基板为覆铜陶瓷基板。

3.如权利要求2所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述覆铜陶瓷基板为铜-陶瓷-铜所形成的夹层结构。

4.如权利要求1所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述相变散热器包括散热主体、相变散热材料与高导热泡沫材料，所述散热主体设有相变散热腔与回流流道，所述相变散热腔的底部填充所述相变散热材料，所述相变散热腔的顶部填充所述高导热泡沫材料，各所述回流流道竖直分布连通所述相变散热腔，以使所述相变散热材料与所述高导热泡沫材料在所述回流流道内相变循环。

5.如权利要求4所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述相变散热器还包括：第二散热基板，所述第二散热基板设置于所述相变散热器上表面，用于密封所述相变散热材料与所述高导热泡沫材料，以使热量传导至空气中。

6.如权利要求5所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述第二散热基板为覆铜陶瓷基板。

7.如权利要求4所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述散热主体的内部结构为回字形、片状型、柱状型与菱形中的至少之一。

8.如权利要求4所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述相变散热材料为石蜡、铋基合金TP-Ⅲ、脂肪酸、多元醇、希特斯盐中的至少之一。

9.如权利要求4所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述高导热泡沫材料为泡沫铜、石墨烯泡沫、碳纳米管泡沫、泡沫铝、泡沫银中的至少之一。

10.如权利要求4所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述散热主体的材质为金、铜、银、钼，以及合金材料中的至少之一。

11.如权利要求1至10任一所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述碳化硅芯片采用第一焊剂贴于所述第一散热基板上，所述相变散热器采用第二焊剂贴于所述碳化硅芯片上，所述第一焊剂的熔点高于所述第二焊剂的熔点。

12.一种车辆电驱装置，其特征在于，所述车辆电驱装置使用如权利要求1至11任一项所述的具有双面散热结构的碳化硅器件。

13.一种具有双面散热结构的碳化硅器件的制作方法，用于制作如权利要求1至11任一项所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，包括：

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【技术特征摘要】

1.一种具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述第一散热基板为覆铜陶瓷基板。

3.如权利要求2所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述覆铜陶瓷基板为铜-陶瓷-铜所形成的夹层结构。

6.如权利要求5所述的具有双面散热结构的碳化硅器件，其特征在于，所述第二散热基板为覆铜陶瓷基板。

7.如权利要求4所述的具有双面散热结构的碳化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓，任真伟，
申请(专利权)人：深圳平创半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：

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