[发明专利]功率器件散热方法以及功率器件

说明书

本发明提供了一种功率器件散热方法以及功率器件，在功率器件外壳上使用植入纳米碳球的石墨烯材料，和/或在功率器件的外壳和散热器之间使用植入纳米碳球的石墨烯材料的衬底。本发明中通过石墨烯和纳米碳球复合结构散热媒介，同时使用传导和辐射两种方式降低外壳到环境和外壳到散热器之间的热阻，最终降低结到环境热阻，有效控制结温，降低功率器件高温损坏的风险，保证功率器件稳定可靠地运行。

技术领域

本发明涉及功率管散热技术领域，具体地，涉及功率器件散热方法以及功率器件。

背景技术

功率管是电路中最容易受到损坏的器件，损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值。功率器件耗散功率的大小取决于管子内部结温Tj，当Tj的值超过允许值后，电流将急剧增大而烧毁功率器件。功率器件消耗的功率越大，结温越高。要保证结温不超过允许值就必须将产生的热量散发出去，散热条件越好则对应于相同结温允许的管耗越大，输出也就越大。因此，功率管的散热问题是至关重要的。

如图1、图2所示，图中分别给出了功率管的散热途径以及散热时的等效电路图。从管芯(J-Junction)到环境(A-Ambient)之间主要有两条散热途径：

1)管芯到外壳(C-Case)，通过外壳直接向环境散热；

2)通过散热器S(中间有界面，包含绝缘衬垫)向环境散热。

不同的材料本身的散热情况不同，外壳、散热器等的热阻也各不相同，通过图2中的等效电路来模拟上述的两种散热情况。图2中散发的热能Pc表示为电流的形式，Pc两端的温度分别为结温Tj和环境温度Ta；Rjc表示结到外壳的热阻，Rca表示外壳到环境的热阻，Rcs表示外壳到散热器的热阻，Rsa表示散热器到环境的热阻。降低Rcs和Rsa可以有效增强功率器件散热，及时将管芯热量导出，降低管芯结温。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种功率器件散热方法以及功率器件。

根据本发明提供的功率器件散热方法，包括如下步骤：

在功率器件外壳上植入纳米碳球的石墨烯材料，和/或

在功率器件的外壳和散热器之间使用植入纳米碳球的石墨烯材料的衬底。

优选地，通过在功率器件外壳上和/或功率器件的外壳和散热器之间增加石墨烯和纳米碳球复合结构的散热媒介，具体地，采用植入纳米碳球的石墨烯薄膜的方式降低外壳到环境，和/或外壳到散热器之间的热阻。

根据本发明提供的功率器件，采用上述任一种散热方式进行散热。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的功率器件散热方法通过石墨烯和纳米碳球复合结构散热媒介，同时使用传导和辐射两种方式降低外壳到环境和外壳到散热器之间的热阻，最终降低结到环境热阻，有效控制结温，降低功率器件高温损坏的风险，保证系统稳定可靠运行。

2、本发明可将功率器件产生的热及时排除，使其工作在较低温度，维持其固定阻抗及较高的电源转换效率。

3、本发明中的方法可以避免功率器件因高温发生雪崩击穿，延长元件使用寿命。

4、本发明中的方法可及时把功率器件热能排出，使产品能在较大温度范围的环境里进行操作，有效提高了功率器件的可靠性。

5、本发明可应用于各种功率器件封装形式，同时减少功率器件外壳与环境及外壳与散热器之间的热阻，适用范围广，结构简单。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为功率器件的结构示意图；