本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體散熱器，具體涉及一種功率半導(dǎo)體用散熱器及其裝配方法。

背景技術(shù)：

1、隨著第三代半導(dǎo)體功率器件的廣泛使用，功率半導(dǎo)體器件的功率密度不斷提高，熱流密度不斷增加，散熱技術(shù)成為阻礙高性能功率半導(dǎo)體發(fā)展的最大障礙。為保證高功率半導(dǎo)體器件的性能和可靠性，需要更加高效的散熱技術(shù)降低功率器件與散熱器的結(jié)溫和接合面的可靠性。

2、當(dāng)前的技術(shù)多選用擁有較高散熱率的合金，如專利cn114464583b，使用銅合金作為主要的散熱材料，但銅合金具有較高的密度，從而使得用銅合金做散熱器的重量不易控制，應(yīng)用在新能源車載逆變器中，帶來額外的能量消耗。而且銅合金在冷卻液內(nèi)容易腐蝕，影響散熱器的壽命和可靠性，增加鍍層又導(dǎo)致散熱器成本的上升。

3、另外的方案采用特殊設(shè)計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如專利cn117098365a，設(shè)計(jì)了不同的pin-fin結(jié)構(gòu)，提高散熱器的散熱效率，并使用螺絲固定pin-fin板和散熱殼體。這個(gè)技術(shù)忽略了功率半導(dǎo)體器件與散熱器的接合面的可靠性，在實(shí)際使用過程中，隨著器件與散熱器間的結(jié)溫不斷升高，因散熱板和殼體的熱膨脹系數(shù)的不匹配，造成器件與散熱器的連接面斷裂，加劇了結(jié)溫的升高，并最終導(dǎo)致器件失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種功率半導(dǎo)體用散熱器及其裝配方法。本發(fā)明在散熱器中采用與功率半導(dǎo)體器件熱膨脹系數(shù)相近的鈦合金或鎢銅合金作為散熱底板，并在散熱底板上設(shè)計(jì)了不同的開窗，在散熱板上設(shè)計(jì)不同的凸起部，凸起部穿過散熱底板的窗口直接與功率半導(dǎo)體器件接觸以提高散熱效率。同時(shí)對(duì)散熱底板進(jìn)行了粗化處理，能夠散熱底板的熱導(dǎo)率，以及散熱底板和散熱板釬焊的可靠性。

2、為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率半導(dǎo)體用散熱器，包括散熱底板、散熱板和散熱殼體，所述散熱底板用于連接功率半導(dǎo)體器件和所述散熱板，所述散熱底板和散熱板通過真空釬焊或壓力燒結(jié)工藝形成散熱底板-散熱板結(jié)合體，所述散熱底板-散熱板結(jié)合體與所述散熱殼體通過釬焊或摩擦攪拌焊工藝形成可靠連接；

4、所述散熱底板采用與功率半導(dǎo)體器件熱膨脹系數(shù)相近的材料制成，厚度≤1mm；

5、所述散熱底板上設(shè)置窗口，所述散熱板在對(duì)應(yīng)所述窗口的位置設(shè)置凸起部，所述散熱板的凸起部穿過所述窗口與所述功率半導(dǎo)體器件接觸。

6、進(jìn)一步地，所述散熱底板采用鈦合金或鎢銅合金。

7、進(jìn)一步地，所述散熱板采用鋁合金材料制成，所述散熱板上采用鍛壓或機(jī)械切割的方式形成散熱矩陣，所述散熱矩陣包括pin-fin和/或wave-fin。

8、進(jìn)一步地，所述散熱殼體是容納冷卻液的容器，并設(shè)置有與主機(jī)系統(tǒng)連接的進(jìn)水口和出水口；

9、所述散熱殼體采用鋁合金材料制成，所述散熱殼體的內(nèi)部與散熱矩陣依據(jù)選用的冷卻液來做相應(yīng)的防腐處理。

10、進(jìn)一步地，所述散熱底板上與所述散熱板結(jié)合的接頭部分設(shè)置有凹槽，所述凹槽的深度為5-20μm。

11、進(jìn)一步地，所述窗口開設(shè)在所述散熱底板的中心位置，開窗比例為0.5％-10％。

12、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面所述的功率半導(dǎo)體用散熱器的裝配方法，包括以下步驟：

13、步驟s1、依照功率半導(dǎo)體器件的散熱要求選擇鈦合金或鎢銅合金板作為散熱底板，并對(duì)所述散熱底板進(jìn)行開窗形成若干窗口；

14、步驟s2、在開窗后的散熱底板的表面刻蝕形成深度為5-20μm的凹槽，并使用硝酸、氫氟酸與水的混合液去除所述散熱底板表面的油污及其氧化物。

15、步驟s3、依照所述散熱底板的開窗規(guī)格設(shè)計(jì)散熱板的凸起部以適配所述散熱底板的窗口，并使用丙酮去除所述散熱板表面的油污和氧化物；

16、步驟s4、依次將所述散熱底板、釬料和散熱板壓合在一起，置于真空釬焊機(jī)內(nèi)，排空腔體內(nèi)空氣，在400-600℃下，保溫3-20分鐘，待所述散熱底板與散熱板形成良好的釬焊接頭，降溫至室溫，得到散熱底板-散熱板結(jié)合體；

17、步驟s5、將步驟s4形成的散熱底板-散熱板結(jié)合體置于鍛壓機(jī)內(nèi)，在100-300℃下，在所述散熱板上鍛壓出散熱矩陣，鍛壓后通過cnc修整成型；

18、步驟s6、通過cnc機(jī)加工的方式，加工形成散熱殼體；

19、步驟s7、在步驟s5中修整成型的散熱矩陣表面和步驟s6中的散熱殼體內(nèi)部，電鍍一層厚度為0.1-5μm的防腐層；

20、步驟s8、將形成防腐層的散熱底板-散熱板結(jié)合體和散熱殼體置于摩擦攪拌焊機(jī)器內(nèi)，控制攪拌頭的速度和工件移動(dòng)速度，將所述散熱底板-散熱板結(jié)合體和散熱殼體焊接在一起；

21、步驟s9、將焊接后的工件置于200-300℃的烘箱內(nèi)退火，消除工件加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，退火后，得到散熱器成品。

22、進(jìn)一步地，步驟s4中采用箔狀al-si-mg合金薄膜作為所述散熱底板和散熱板結(jié)合的釬料，所述箔狀al-si-mg合金薄膜的厚度為10-300μm，其中si的重量百分比在5-20％，mg的重量百分比0.5-5％，余量為al。

23、進(jìn)一步地，步驟s3中所述凸起部的尺寸小于等于所述窗口的尺寸。

24、進(jìn)一步地，步驟s8中，所述散熱底板-散熱板結(jié)合體和散熱殼體焊接時(shí)，所述散熱板上的散熱矩陣位于所述散熱殼體的內(nèi)部。

25、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

26、(1)針對(duì)散熱板與功率半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)不匹配的問題，本發(fā)明在散熱器中增加低熱膨脹系數(shù)的合金材料(如鈦合金或鎢銅合金)作為散熱底板，鈦合金或鎢銅合金的熱膨脹系數(shù)和功率半導(dǎo)體器件相近，從而提高功率半導(dǎo)體器件與散熱底板連接的穩(wěn)定性，避免了接頭由于過大熱膨脹系數(shù)的差別，造成的接頭斷裂，進(jìn)而影響半導(dǎo)體器件的性能和可靠性，從而降低因功率器件與散熱器接合面熱膨脹系數(shù)不一致的問題。

27、(2)針對(duì)功率半導(dǎo)體器件具體的散熱需求，在散熱底板上設(shè)計(jì)了不同的開窗，避免因采用導(dǎo)熱系數(shù)較低的鈦合金或者鎢銅合金造成的散熱不足。

28、(3)針對(duì)鈦合金或者鎢銅合金熱導(dǎo)率較低的問題，本發(fā)明依據(jù)功率半導(dǎo)體器件的實(shí)際連接尺寸，在散熱板上設(shè)計(jì)不同的凸起部，凸起部穿過散熱底板的窗口直接與功率半導(dǎo)體器件接觸以提高散熱效率。同時(shí)對(duì)散熱底板進(jìn)行了粗化處理，采用機(jī)械沖壓、化學(xué)刻蝕或者激光刻蝕的方法，在與散熱板接合的散熱底板的表面形成凹槽，提高鈦合金或者鎢銅合金散熱底板的熱導(dǎo)率，以及散熱底板和散熱板釬焊的可靠性。

29、(4)針對(duì)散熱板與散熱殼體在使用過程中因熱應(yīng)力造成的漏液問題，本發(fā)明采用釬焊或者摩擦攪拌焊工藝將散熱板與散熱底板形成穩(wěn)定的合金層，制成散熱底板-散熱板結(jié)合體以提高散熱器的穩(wěn)定性。

30、(5)本發(fā)明的散熱板不僅采用功效的散熱矩陣，同時(shí)為散熱底板提供了支撐，進(jìn)而可以選擇厚度較小的鈦合金或者鎢銅合金，降低了散熱器的重量，提高了散熱器的經(jīng)濟(jì)性。

31、(6)散熱板和散熱殼體采用相同的鋁合金材料，提高了焊接接頭的可靠性，避免了不同合金焊接過程中容易產(chǎn)生的空洞和裂紋，避免了在后期使用過程中漏液的可能性。