功率器件组件及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及功率元器件技术领域，特别涉及一种功率器件组件及电子设备。


背景技术：

2.相关技术中，电子元器件在工作时会产生热量，需要及时对电子元器件进行散热以保证电子元器件的正常运行。以电子元器件为mos(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)场效应管来说，现有的mos管通过粘接工艺与散热器连接，但是该种方案需要在发热器件与散热器之间放置一层绝缘材料，然后在绝缘材料两侧，再使用导热粘接材料，将发热器件以及散热器分别绝缘材料粘接于起来，从而同时满足固定、导热和绝缘3个要求。
3.但是，由于该种粘接工艺方案使用了陶瓷片、pi膜等绝缘材料，导致mos管组件等功率器件组件的散热热阻较大。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提供一种功率器件组件及电子设备，旨在解决现有技术中功率器件组件的散热热阻较大的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提出的一种功率器件组件，包括：
6.散热器；
7.功率元件，所述功率元件的底部具有金属片；
8.导热粘接胶层，所述导热粘接胶层的一面与所述金属片粘接，所述导热粘接胶层的另一面与所述散热器粘接；以及
9.至少一个绝缘支撑件，所述绝缘支撑件设置在所述散热器上且位于所述散热器与所述金属片之间，用于控制所述导热粘接胶层厚度。
10.在一实施例中，所述绝缘支撑件为柱状结构，所述散热器靠近所述功率元件的一侧侧壁开设有至少一个安装孔；
11.其中，所述绝缘支撑件的一部分设置于所述安装孔内，另一部分凸出于所述侧壁并穿设所述导热粘接胶层与所述功率元件抵接。
12.在一实施例中，所述绝缘支撑件与所述安装孔的孔侧壁之间具有间隙，所述间隙内填充有导热粘接胶，所述绝缘支撑件通过所述间隙内的导热粘接胶与所述安装孔的内壁粘接。
13.在一实施例中，所述绝缘支撑件设置为片状结构，所述绝缘支撑件的一面粘接在所述散热器上，另一面与所述金属片抵接或粘接。
14.在一实施例中，所述绝缘支撑件包括4个，4个所述绝缘支撑件呈矩阵排布。
15.在一实施例中，所述绝缘支撑件为陶瓷件。
16.在一实施例中，所述导热粘接胶层的厚度为0.15mm～0.2mm。
17.第二方面，本技术还提供了一种电子设备，包括如上所述的功率器件组件。
18.在一实施例中，所述电子设备为变频器、车载充电机、电压转换器或者光伏逆变器中的任一者。
19.本实用新型技术方案中的功率器件组件包括功率元件与散热器，导热粘接胶层设置于所述功率元件与所述散热器之间，至少一个绝缘支撑件设置在所述散热器上且位于所述散热器与所述金属片之间，用于控制所述导热粘接胶层厚度。
20.由此，相较于现有的功率元件与散热器需要使用绝缘材料实现绝缘安规要求，本实用新型通过绝缘支撑件控制导热粘接胶层的厚度大于或者等于绝缘安规所需的绝缘耐压厚度阈值，从而取消了功率元件与散热器之间的绝缘材料，减少两者之间介质层种类与厚度，降低功率器件组件的散热热阻。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本实用新型功率器件组件一实施例的结构示意图；
23.图2为图1的i部分示意图；
24.图3为本实用新型功率器件组件另一实施例的结构示意图；
25.图4为本实用新型的功率器件组件的安装孔的布置示意图。
26.附图标号说明：
27.标号名称标号名称10散热器20功率元件30导热粘接胶层40绝缘支撑件11安装孔a投影区域
28.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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实用新型中的具体含义。
32.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
33.相关技术中，功率器件即功率半导体器件，主要是用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件。但是功率器件在应用时存在自身损耗，会产生较大的发热量，所以在设计时，需要优先考虑功率器件的散热问题。以电子元器件为mos(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)场效应管来说，第一代单管mos使用传统的螺钉直锁、压扣、压条、弹簧夹等锁附固定方案固定于散热件上进行散热，但是该种方式存在占用结构空间大、安规禁布空间大等弊端。随着电子产品向高密小型化形态发展，变频器、通信电源、汽车电源等泛电源产品不再使用这类传统工艺，并逐渐切换到第二代的粘接固定工艺方案。如在mos管与散热件之间放置一陶瓷片，在陶瓷片的两侧刷导热粘接胶将mos管与散热件连接于一起。或者，在mos管与散热件之间通过一绝缘导热粘接膜实现两者的绝缘，绝缘导热粘接膜的两侧壁分别与mos管与散热件连接。或者在mos管与散热件之间通过一铝基板实现两者的绝缘，mos管通过焊锡焊接于铝基板上。
34.明显可见，mos管的第二代粘接固定工艺方案中mos管与散热件之间均均至少需要一绝缘层(如陶瓷片、绝缘膜或者铝基板)，导致两者之间的介质层种类较多，进而导致两者间的散热热阻较大。
35.为此，本技术提供了一种功率发热组件，通过控制导热粘接胶层的厚度大于或者等于满足绝缘安规需求的绝缘耐压厚度阈值，从而取消了功率元件与散热器之间的绝缘材料，减少两者之间介质层种类与厚度，降低功率元件的散热热阻。
36.下面结合一些具体实施例进一步阐述本技术的构思。
37.参阅图1，本实施例提供了一种功率器件组件，包括功率元件20与散热器10，以及导热粘接胶层30，以及至少一个绝缘支撑件40。
38.其中，功率元件20的底部具有金属片(未示出)。导热粘接胶层30的一面与金属片粘接，导热粘接胶层30的另一面与散热器10粘接；绝缘支撑件40设置在散热器10上且位于散热器10与金属片之间，用于控制导热粘接胶层30的厚度。
39.具体而言，功率元件20可以是mos(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)场效应管。其中，功率元件20的底部，即朝向散热器10的一侧具有金属片。可以理解的，安装有该功率元件20的电子设备的电路结构在正常工作时，需要功率元件20的金属片与散热器10之间的电压差应该在一允许的范围内。
40.散热器10包括第一导热面和第二导热面，并通过第一导热面直接或间接与电子设备的机壳进行热交换，通过第二导热面与功率元件20进行热交换。且可以理解的，散热器10的第二导热面上可设置多个功率元件20。
41.功率元件20与散热器10之间通过导热粘接胶层30连接于一起，且值得注意的是，
导热粘接胶层30在散热器10上的正投影覆盖功率元件20在散热器10上的正投影。也即是在施加导热粘接胶形成导热粘接胶层30的过程中，施加的导热粘接胶的胶量应足以全部填充功率元件20与散热器10之间的所有空间，避免出现散热器10与mos管之间没有填充导热粘接胶，导致两者之间的导热与安规绝缘功能不能满足的情况出现。
42.本实施例中，导热粘接胶层30内具有一定的厚度，该厚度大于或者等于绝缘耐压厚度阈值。也即是当导热粘接胶层30的厚度大于或者等于绝缘耐压厚度阈值时，散热器10与功率元件20之间满足安规绝缘要求。
43.需要说明的是，绝缘耐压厚度阈值根据金属片和散热器10之间的压差的理论最大值与导热粘接胶的绝缘耐电压特性参数得到。其中，导热粘接胶这一材料具有相应的绝缘耐电压特性参数，如耐压强度。可以理解的，胶体两端所加的电压越高，材料内电荷受到的电场力就越大，越容易发生电离碰撞，造成胶体击穿。使胶体击穿的最低电压叫做胶体的击穿电压。使1毫米厚的材料击穿时，需要加上的电压千伏数叫做该材料的绝缘耐压强度，简称耐电压，单位是：kv/mm。因此，在已知压差的最大值时，根据最大值与耐电压，即可得到绝缘耐压厚度阈值。
44.即本实施例中，去除现有技术的绝缘层，在功率元件20与散热器10之间直接使用导热粘接胶将两者粘接起来，实现固定与导热两个功能。而依据导热粘接材料的绝缘耐压特性参数，控制两者间的导热粘接胶的厚度，实现第三个功能——安规绝缘。
45.此外，本实施例中，由于减少了功率元件20与散热器10之间介质材料，使得功率器件组件的生产组装工艺也得到简化，从而提升了生产效率。
46.具体的，导热粘接胶层30的厚度通过绝缘支撑件40来实现。
47.绝缘支撑件40包括至少一个，绝缘支撑件40设置在散热器10上且位于散热器10与金属片之间，用于控制导热粘接胶层30的厚度。
48.本实施例中，为了确保导热粘接胶层30的厚度满足安规绝缘要求所需的绝缘耐压厚度阈值，可通过在导热粘接胶层30内设置至少一个绝缘支撑件40实现。即由于绝缘支撑件40设置于导热粘接胶层30内，绝缘支撑件40的一端与散热器10连接，另一端与功率元件20连接，且在功率元件20至散热器10的方向上，绝缘支撑件40的长度尺寸大于或者等于绝缘耐压厚度阈值，从而绝缘支撑件40将mos管托高一定高度，形成一填充空间，而导热粘接胶层30完全填充该空间，以使导热粘接胶层30的厚度大于或者等于绝缘耐压厚度阈值。
49.参阅图1、图2和图3，在一实施例中，绝缘支撑件40为柱状结构，散热器10靠近功率元件20的一侧侧壁开设有至少一个安装孔11；
50.其中，绝缘支撑件40的一部分设置于安装孔11内，另一部分凸出于该一侧侧壁并穿设导热粘接胶层30与功率元件20抵接。
51.本实施例中，为了避免绝缘支撑件40发生移位、偏移等意外情况导致导热粘接胶层30的厚度不满足要求，进而导致mos管与散热器10之间的导热、固定甚至与安规绝缘等要求不能满足的情况发生，可将绝缘支撑件40插设于散热器10上，从而更好地固定住绝缘支撑件40。
52.具体而言，可在散热器10的第二散热表面且mos管的投影区域内，铣出若干个安装孔11。可以理解的，孔规格及数量可以结合具体项目的散热器10尺寸要求、安规间距要求以及散热要求做灵活处理。
53.绝缘支撑件40可构造为柱形结构，其一端安装于安装孔11内，从而固定在散热器10上。而另一端凸出于一侧侧壁并穿设导热粘接胶层30与功率元件20连接，从而将mos管托高，在mos管与散热器10之间形成一填充空间。
54.参阅图2，在一实施例中，为了满足导热所需，绝缘支撑件40与安装孔11的孔侧壁之间具有粘接间隙，粘接间隙内填充有导热粘接胶。绝缘支撑件40通过间隙内的导热粘接胶与安装孔11的内壁粘接。
55.也即是本实施例中，绝缘支撑件40与安装孔11形成间隙配合，而配合间隙内填充有导热粘接胶，且配合间隙内的导热粘接胶与导热粘接胶层30连接于一起，以满足绝缘安规需求。如在一实施例中，绝缘耐压厚度阈值为0.15-0.2mm，此时，粘接间隙的厚度可为0.2-0.3mm。
56.在一实施例中，绝缘支撑件40设置为片状结构，绝缘支撑件40的一面粘接在散热器上，绝缘支撑件40的另一面与金属片抵接或粘接。
57.参阅图3，具体而言，绝缘支撑件40可构造为片状结构，如构造为圆形片状结构或者方形片状结构或者其他形状，本实施例对此并不限制。此时，片状结构的绝缘支撑件40的厚度与导热粘接胶层30的高度大致相等，即绝缘支撑件40的一面与与金属片粘接，另一侧侧壁与散热器10抵接或者粘接后使得散热器10与功率元件20彼此间隔开。
58.可以理解的，相较于现有的通过一个陶瓷片完全将散热器10和功率元件20隔开，本实施例通过至少一个面积较小，从而未能将散热器10和功率元件20完全隔开的片状结构的绝缘支撑件40控制散热器10和功率元件20之间间距，使得导热粘接胶层30的厚度满足绝缘安规厚度要求，从而规避现有粘接工艺中的尺寸较大的陶瓷片、pi膜等绝缘材料，减少介质层种类与厚度，进而实现降低单管mos的散热热阻。
59.在一实施例中，绝缘支撑件40为陶瓷件。此时，绝缘支撑件40可构造为陶瓷支撑柱或者陶瓷片。
60.在一实施例中，为了使得绝缘支撑件40更好的支撑住mos管，使得mos管的朝向散热器10的一侧侧壁的各个区域与散热器10的第二导热面的距离均满足绝缘耐压厚度阈值，此时，绝缘支撑件40可包括4个，且4个呈矩形阵列排布。如参阅图4，安装孔11呈矩形阵列排布，且分布于mos管的4个角上。
61.或者，四个陶瓷片分布于mos管的4个角上以呈矩形阵列排布。
62.在一实施例中，导热粘接胶层30的厚度为0.15～0.2mm。即对于功率器件组件而言，绝缘耐压厚度阈值为0.15～0.2mm。
63.为了便于理解，下面示出一具体的mos管的粘接方法。
64.本实施例中，经过计算，该mos管与散热器10之间的绝缘耐压厚度阈值在0.15mm。
65.此时，该mos管的粘接方法包括如下步骤：
66.步骤s101、提供一表面具有若干个安装孔11的散热器10。
67.具体而言，在散热器10的第二导热面且在mos管的投影区域a内，铣若干个深度1.5mm的沉孔。孔规格及数量可以结合具体项目的散热器10尺寸要求、安规间距要求、散热要求做灵活处理。
68.步骤s102、在散热器10的表面施加一层导热粘接胶，且导热粘接胶填充安装孔。
69.具体而言，在mos管的投影区域a内，通过点胶、钢网印胶、丝网印胶等方法，施加一
层导热粘接胶，且施加后导热粘接胶的厚度≥0.2mm。值得一提的是，安装孔11内也填满有导热粘接胶。
70.此外，施加的粘接胶的胶量需要确保mos管粘接后，能够全部填充mos与散热器10之间的所有空间，以使得导热粘接胶层30在散热器10上的正投影覆盖功率元件20在散热器10上的正投影。
71.步骤s103、将绝缘支撑件40插设到安装孔内，直至绝缘支撑件40的远离散热器10的一端端面凸出于散热器10的高度为0.15mm。
72.具体而言，在散热器10粘接面的沉孔上，手工或机器植入陶瓷支撑柱。如采用机器植入方法，通过机器震动盘输送陶瓷支撑柱至机器拾取机构，通过光学定位方法，结合安装孔11的位置自动植入。其中，陶瓷支撑柱的直径比安装孔11小0.2～0.3mm，即粘接间隙的厚度为0.2-0.3mm。而绝缘支撑件40的远离散热器10的一端端面凸出于散热器10的高度为0.15mm，可将mos管托离散热器10表面0.15mm，在mos管与散热器10之间形成一至少0.15mm厚的填充空间。
73.步骤s104、将mos管贴装于导热粘接胶上，获得散热器10与功率器件组装体。
74.步骤s105、将散热器10与功率发热器件10组装体烘烤固化，获得功率器件组件。
75.具体而言，在投影区域贴装mos管。值得一提的是，此时，可采用生产治具确保mos的粘接位置度，防止偏位或者抬高等不良发生。
76.然后按照导热粘接胶水工艺参数，将散热器10与mos管组装体整体放入到固化装置里，对粘接胶层进行烘烤固化，从而形成嵌设有绝缘支撑填料40的导热粘接胶层30，得到所需的功率器件组件。其中，固化装置包括但不局限于回流炉或立体烘烤箱。
77.在得到功率器件组件后，可依据产品耐压要求，测量mos管的背部引脚对散热器10间的耐压是否满足要求。之后，该功率器件组件即可投入到pcba插件及波峰焊工序使用。
78.在另一种具体实施方式中，该mos管的粘接方法包括如下步骤：
79.步骤s201、在散热器上功率器件的粘接区域内，施加一层导热粘接胶。
80.具体而言，在散热器10上mos管的粘接区域内，通过点胶、钢网印胶或者丝网印胶等方法，施加一层导热粘接胶，厚度≥0.2mm，胶量需要确保mos管粘接后，能够全部填充mos与散热器之间的所有空间。
81.其中mos粘接区域内的四个角落处，预留φ3mm的无胶区，在其加以处施加胶点，胶点大小φ2mm。
82.步骤s202、贴装陶瓷片及功率元件。
83.具体而言，在施胶区的4角小胶点处，贴装陶瓷片。之后，在大的施胶区域，贴装mos管，必要时增加贴片压力，保证mos管与陶瓷片、散热器10三者之间紧密贴合在一起。此时，粘接胶层受到按压，胶体向角落处的无胶区(白色)填充，保证mos本体的粘接面均填充到导热粘接胶。
84.此时，mos管受到陶瓷片的限位支撑，至散热器10表面控制在一定距离，该距离满足mos背面至散热器的绝缘安规间距要求。
85.然后按照导热粘接胶水工艺参数，将散热器10与mos管组装体整体放入到固化装置里，对未固化的导热粘接胶层30进行烘烤固化，从而形成导热粘接胶层30，得到所需的功率器件组件。其中，固化装置包括但不局限于回流炉或立体烘烤箱。
86.在得到功率器件组件后，可依据产品耐压要求，测量mos管的背部引脚对散热器10间的耐压是否满足要求。之后，该功率器件组件即可投入到pcba插件及波峰焊工序使用。
87.基于同一发明构思，本技术还提供了一种电子设备，包括如上的功率器件组件。该功率器件组件的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
88.在一实施例中，电子设备为变频器、车载充电机、电压转换器或者光伏逆变器中的任一者。
89.以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。