散热底板及功率模块的制作方法

1.本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及一种散热底板及功率模块。


背景技术：

2.随着半导体技术的发展，出现了晶体管技术，igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。al/sic(铝碳化硅)复合材料是一种新型的igbt散热材料，其膨胀系数与igbt芯片非常接近，密度只有铜的三分之一，热导率高达200w，非常符合电动汽车高电压、大功率igbt模块对散热底板的要求。igbt用散热底板的制造一般分为两步，第一步先制作sic陶瓷多孔预制体，该预制体要求与最终的复合材料产品外形相近，尽可能的减少最终产品的加工量，即形成散热底板本体；第二步是将预制体加热到600℃～950℃，将熔融的金属铝/铝合金通过某种方式进入到前述预制体的内部空隙中，以形成围绕散热底板本体的外周缘和安装孔的内周缘的铝层。
3.传统技术中，车规级功率模块在工作时，会产生大量热量，需要采取带有pinfin(散热柱型)的底板在冷却液流动下，带走大部分热量。在冷却过程中，pinfin的形状对流体的流动状态会产生较大影响，影响到冷却系统的散热能力。


技术实现要素：

4.基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种散热底板及功率模块，能够有效提高散热能力，提升降低热阻的效果。
5.其技术方案如下：一种散热底板，包括：基板本体，所述基板本体设有第一端与第二端，所述第一端相对所述第二端用于靠近冷却液的来流方向设置；散热柱，所述散热柱的一端与所述基板本体连接，且所述散热柱的轴线z1相对所述基板本体的高度方向朝向所述第一端倾斜设置。
6.上述散热底板，在安装过程中，将基板本体放入流动的冷却液中，并将第一端靠近冷却液的来流方向，第二端远离冷却液的来流方向，使得冷却液从第一端流向第二端，在功率模块工作时，由于散热柱朝向第一端倾斜设置，因此增大了散热柱与冷却液的接触面积，使得冷却液流向更接近基板本体、温度更高的区域，有利于增强散热柱对冷却液的扰流作用，并且增加冷却液流体湍流的紊乱情况，提高冷却液的换热效果，进而提高散热柱的散热能力，达到降低热阻的效果，从而保证功率模块的运行可靠性。
7.在其中一个实施例中，所述散热柱远离所述基板本体的一端设有端面，所述端面与所述基板本体平行设置。
8.在其中一个实施例中，所述散热柱靠近所述第一端的一侧设有扰流平面，所述扰流平面沿所述散热柱的轴线z1方向延伸并与所述端面相交形成相交线，所述相交线的延伸方向与所述基板本体的宽度方向平行。
9.在其中一个实施例中，所述散热柱为棱柱体，且所述散热柱靠近第一端设有相邻
的第一侧面与第二侧面，所述第一侧面和/或所述第二侧面上设有导流槽。
10.在其中一个实施例中，所述散热柱设有第三侧面、第四侧面与圆弧面，所述第三侧面、所述第四侧面与所述圆弧面围成所述散热柱的周向侧壁，且所述圆弧面相对所述第二端远离所述第一端设置。
11.在其中一个实施例中，所述第三侧面和/或所述第四侧面设有导流槽。
12.在其中一个实施例中，所述第三侧面、所述第四侧面及所述圆弧面通过圆角过渡方式连接。
13.在其中一个实施例中，所述导流槽的延伸方向相对所述散热柱的轴线z1呈夹角设置，且所述夹角为α，满足关系：0
°
＜α＜90
°
。
14.在其中一个实施例中，所述导流槽为两个以上，两个以上所述导流槽沿所述散热柱的轴线z1方向间隔设置。
15.一种功率模块，包括上述中任意一项所述的散热底板。
16.上述功率模块，在安装过程中，将基板本体放入流动的冷却液中，并将第一端靠近冷却液的来流方向，第二端远离冷却液的来流方向，使得冷却液从第一端流向第二端，在功率模块工作时，由于散热柱朝向第一端倾斜设置，因此增大了散热柱与冷却液的接触面积，使得冷却液流向更接近基板本体、温度更高的区域，有利于增强散热柱对冷却液的扰流作用，并且增加冷却液流体湍流的紊乱情况，提高冷却液的换热效果，进而提高散热柱的散热能力，达到降低热阻的效果，从而保证功率模块的运行可靠性。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为一实施例中所述的散热底板的结构示意图一；
20.图2为一实施例中所述的散热底板的俯视图一；
21.图3为一实施例中所述的散热底板的主视图一；
22.图4为一实施例中所述的散热底板的结构示意图二；
23.图5为一实施例中所述的散热底板的俯视图二；
24.图6为一实施例中所述的散热底板的主视图二；
25.图7为一实施例中所述的散热底板的结构示意图三；
26.图8为一实施例中所述的散热底板的俯视图三；
27.图9为一实施例中所述的散热底板的主视图三。
28.附图标记说明：
29.100、散热底板；110、基板本体；111、第一端；112、第二端；120、散热柱；121、端面；122、扰流平面；123、第一侧面；124、第二侧面；125、第三侧面；126、第四侧面；127、圆弧面；128、导流槽。
具体实施方式
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.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。
35.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
36.随着半导体技术的发展，出现了晶体管技术，晶体管(transistor)是一种固体半导体器件(包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等，有时特指双极型器件)，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输出电流。与普通机械开关(如relay、switch)不同，晶体管利用电信号来控制自身的开合，所以开关速度可以非常快，实验室中的切换速度可达100ghz以上。其中，igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。al/sic(铝碳化硅)复合材料是一种新型的igbt散热材料，其膨胀系数与igbt芯片非常接近，密度只有铜的三分之一，热导率高达200w，非常符合电动汽车高电压、大功率igbt模块对散热底板的要求。igbt用散热底板的制造一般分为两步，第一步先制作sic陶瓷多孔预制体，该预制体要求与最终的复合材料产品外形相近，尽可能的减少最终
产品的加工量，即形成散热底板本体；第二步是将预制体加热到600℃～950℃，将熔融的金属铝/铝合金通过某种方式进入到前述预制体的内部空隙中，以形成围绕散热底板本体的外周缘和安装孔的内周缘的铝层。
37.igbt器件是功率变流装置的核芯，广泛应用于电动/混合动力汽车、轨道交通、变频家电、电力工程、可再生能源和智能电网等领域，是电力电子最重要的大功率主流器件之一。伴随高铁建设、电网升级、清洁能源规模应用(风能、太阳能等)、节能环保等多方面的需求拓展，igbt产业链迎来全速发展期。因为igbt模块是大功率器件，在工作时会产生大量的热量。但是igbt模块的正常工作时结温范围是-40℃
‑‑
150℃，所以要维持igbt芯片的正常工作就需要散热器帮助其散热，igbt功率模块性能的提升很大程度上依赖散热性能的改善。。
38.请参阅图1至图9，图1示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的结构示意图一；图2示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的俯视图一；图3示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的主视图一；图4示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的结构示意图二；图5示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的俯视图二；图6示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的主视图二；图7示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的结构示意图三；图8示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的俯视图三；图9示出了本发明一实施例中所述的散热底板100的主视图三。本发明一实施例提供了的一种散热底板100，包括：基板本体110及散热柱120。基板本体110设有第一端111与第二端112，第一端111相对第二端112用于靠近冷却液的来流方向设置；散热柱120的一端与基板本体110连接，且散热柱120的轴线z1相对基板本体110的高度方向朝向第一端111倾斜设置。
39.上述散热底板100，在安装过程中，将基板本体110放入流动的冷却液中，并将第一端111靠近冷却液的来流方向，第二端112远离冷却液的来流方向，使得冷却液从第一端111流向第二端112，在功率模块工作时，由于散热柱120朝向第一端111倾斜设置，因此增大了散热柱120与冷却液的接触面积，使得冷却液流向温度更高、并且更接近基板本体110的区域，有利于增强散热柱120对冷却液的扰流作用，并且增加冷却液流体湍流的紊乱情况，提高冷却液的换热效果，进而提高散热柱120的散热能力，达到降低热阻的效果，从而保证功率模块的运行可靠性。
40.其中，为了进一步理解与说明基板本体110的高度方向，以图3为例，基板本体110的高度方向为图3中直线s1上任意一箭头所指的方向。
41.需要说明的是，散热柱120的轴线z1相对基板本体110的高度方向朝向第一端111倾斜设置应理解为，散热柱120的轴线z1朝向第一端111倾斜，使得散热柱120的轴线与基板本体110之间的夹角为锐角。
42.具体地，散热柱120的轴线z1相对基板本体110的高度方向朝向第一端111倾斜的角度为45
°
，但并不以此为限。
43.进一步地，请参阅图1至图9，散热柱120为两个以上，两个以上散热柱120间隔设置于基板本体110上。
44.其中，散热柱120的排列方式可为矩阵式、插空式或按照特殊轨迹或图案在基板本体110上分布。
45.具体地，请参阅图1至图9，两个以上散热柱120相对所述第一端111采用插空方式
排列。即沿着基板本体110的宽度方向，第一排的散热柱120间隔设置，第二排的散热柱120与第一排散热柱120之间的空隙对应设置，第三排散热柱120与第二排散热柱120之间的空隙对应设置，以此类推，形成插空式分布方式。如此，能够提高散热柱120的散热效率，使得每一个散热柱120都能够对冷却液起引流作用，进而提高散热柱120的散热能力，提升降低热阻的效果。
46.在一个实施例中，请参阅图3、图6及图9，散热柱120远离基板本体110的一端设有端面121，端面121与基板本体110平行设置。如此，能够提高功率半导体器件其它igbt模块的安装稳定性，进而保证功率模块的运行可靠性。
47.可选地，端面121的形状可为圆形、椭圆形、棱形、矩形、方形或其它不规则形状。
48.在一个实施例中，散热柱120为倾斜设置的圆柱体，端面121的形状为椭圆。本实施例仅提供一种散热柱120的形状选择，但并不以此为限。
49.进一步地，请参阅图1、图2及图3，散热柱120靠近第一端111的一侧设有扰流平面122，扰流平面122沿散热柱120的轴线z1方向延伸并与端面121相交形成相交线，相交线的延伸方向与基板本体110的宽度方向平行。如此，扰流平面122正对冷却液的来流方向，能够对冷却液起阻挡作用，使得冷却液向扰流平面122的两侧流动，有利于增加冷却液流体湍流的紊乱情况，进而提高散热效率。同时，扰流平面122的规则设置能够提高散热柱120的使用寿命，进而提高散热底板100的整体品质。
50.其中，为了进一步理解与说明基板本体110的宽度方向，以图2为例，基板本体110的宽度方向为图2中直线s2上任意一箭头所指的方向。
51.在一个实施例中，请参阅图4、图5及图6，散热柱120为棱柱体，且散热柱120靠近第一端111设有相邻的第一侧面123与第二侧面124，第一侧面123和/或第二侧面124上设有导流槽128。如此，棱柱体相对圆柱体能够改变冷却液的流向，通过导流槽128能够提高对冷却液的引流作用，有利于改变冷却液的流动方向，使得冷却液朝向导流槽128的延伸方向流动，使冷却液流向更接近底板、温度更高的区域，并且增加冷却液流体湍流的紊乱情况，更好地进行换热。
52.需要说明的是，第一侧面123和/或第二侧面124上设有导流槽128应理解为，导流槽128的设置方式可为三种，第一种是第一侧面123设有导流槽128，第二种是第二侧面124设有导流槽128，第三种是第一侧面123与第二侧面124均设有导流槽128。
53.具体在本实施例中，请参阅图4、图5与图6，第一侧面123与第二侧面124均设有导流槽128。如此，有利于进一步提高导流槽128对冷却液的导流效果，进而提高换热效率。
54.在一个实施例中，请参阅图4、图5及图6，散热柱120的四个面之间至少相邻两个面通过圆角平滑过渡方式连接。
55.其中，至少相邻两个面通过圆角平滑过渡方式连接应理解为，散热柱120的形状为棱柱体，棱柱体设有四条棱边，其中至少有一条棱边为圆角过渡。当然，还可以是两条棱边为圆角过渡、三条棱边为圆角过渡，四条棱边均为圆角过渡。
56.进一步地，请参阅图4、图5及图6，散热柱120的四个面均通过圆角平滑过渡方式连接。如此，能够有效减少散热柱120的磨损，有利于提高散热柱120的使用寿命，进而提高功率模块的整体品质。
57.在另外一个实施例中，请参阅图7、图8及图9，散热柱120设有第三侧面125、第四侧
面126与圆弧面127，第三侧面125、第四侧面126与圆弧面127围成散热柱120的周向侧壁，且圆弧面127相对第二端112远离第一端111设置。如此，面向第一端111设有第三侧面125与第四侧面126，面向第二端112设有圆弧面127，使得散热柱120的端面121呈现为类似水滴的流线形状，进而能够改变冷却液的流动方向，提高圆弧面127周围的湍流效果，进而增强换热效率。
58.进一步地，请参阅图7、图8及图9，第三侧面125和/或第四侧面126设有导流槽128。如此，通过导流槽128能够提高对冷却液的引流作用，有利于改变冷却液的流动方向，使得冷却液朝向导流槽128的延伸方向流动，使冷却液流向更接近底板、温度更高的区域，并且增加冷却液流体湍流的紊乱情况，更好地进行换热。
59.同样地，第三侧面125和/或第四侧面126上设有导流槽128应理解为，导流槽128的设置方式可为三种，第一种是第三侧面125设有导流槽128，第二种是第四侧面126设有导流槽128，第三种是第三侧面125与第四侧面126均设有导流槽128。
60.具体在本实施例中，请参阅图4、图5与图6，第三侧面125与第四侧面126均设有导流槽128。如此，有利于进一步提高导流槽128对冷却液的导流效果，进而提高换热效率。
61.更进一步地，请参阅图9，导流槽128从第三侧面125和第四侧面126延伸至圆弧面127上。如此，使得导流槽128的出水端与圆弧面127结合，能够在圆弧面127上形成漩涡等湍流，提高冷却液的紊乱情况，进而更好的进行换热。
62.在一个实施例中，请参阅图7、图8及图9，第三侧面125、第四侧面126及圆弧面127通过圆角过渡方式连接。如此，能够有效减少散热柱120的磨损，进而有利于提高散热柱120的使用寿命，进而提高功率模块的整体品质。
63.在一个实施例中，请参阅图4、图6、图7及图9，导流槽128的延伸方向相对散热柱120的轴线z1呈夹角设置，且夹角为α，满足关系：0
°
＜α＜90
°
。
64.具体地，请参阅图4、图6、图7及图9，导流槽128的延伸方向与散热柱120的轴线z1的夹角α为30
°
。如此，能够导流槽128能够将冷却液朝向基板本体110的方向引导，进而提升冷却液流体湍流的紊乱情况，提高对功率模块的散热能力，进而提高降低热阻的效果，保证功率模块的使用可靠性。
65.进一步地，请参阅图4、图6、图7及图9，导流槽128为两个以上，两个以上导流槽128沿散热柱120的轴线z1方向间隔设置。如此，有利于提高导流槽128的导流效果，提升冷却液流体湍流的紊乱情况，提高对功率模块的散热能力，进而提高降低热阻的效果，保证功率模块的使用可靠性。
66.在一个实施例中，基板本体110上设有连接部(图中未示出)，连接部用于与电源模块可拆卸连接。
67.进一步地，连接部为两个以上，两个以上连接部沿基板本体的周向间隔设置。
68.可选地，连接部与电源模块的连接方式可为螺栓连接、卡扣连接、销接、铆接或其它可拆卸连接方式。
69.具体地，连接部为卡槽，电源模块与基板本体110卡扣连接。本实施例提供基板本体110与电源模块的具体连接方式，但并不以此为限。
70.在一个实施例中，一种功率模块(图中未示出)，包括上述中任意一项的散热底板100。
71.上述功率模块，在安装过程中，将基板本体110放入流动的冷却液中，并将第一端111靠近冷却液的来流方向，第二端112远离冷却液的来流方向，使得冷却液从第一端111流向第二端112，在功率模块工作时，由于散热柱120朝向第一端111倾斜设置，因此增大了散热柱120与冷却液的接触面积，使得冷却液流向温度更高、并且更接近基板本体110的区域有利于增强散热柱120对冷却液的扰流作用，并且增加冷却液流体湍流的紊乱情况，提高冷却液的换热效果，进而提高散热柱120的散热能力，达到降低热阻的效果，从而保证功率模块的运行可靠性。
72.以上所述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。
73.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发明专利范围的限制。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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。