[发明专利]一种自散热基板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自散热基板及其制备方法，自散热基板包括导热部件，导热部件的顶部设有凹槽，凹槽内设置网格结构，网格结构内设置导热粉，导热部件内设有冷却液通道，导热部件的底部设置空腔，空腔内由内至外依次设置吸液芯和端盖，导热部件外部包覆陶瓷层。本发明基于相变散热技术、光固化打印、电子束选区熔化打印、微弧氧化技术、复合陶瓷烧结技术制备了同时具有相变散热和冷却液循环散热的金属/陶瓷复合结构基板，该基板可根据封装结构中发热元件的布设位置进行个性化设计制造，能够实现封装结构中的精准散热和热场管理，为更高功率模块的封装提供了一种散热效率更高、可靠性更强的解决方案。

技术领域

本发明主要涉及自散热基板技术领域，具体是一种自散热基板及其制备方法。

背景技术

功率模块在智能电网、电动汽车等诸多领域有非常广泛的应用。典型的功率模块封装结构中通常包含半导体芯片、端子、绝缘衬底和金属底板等元器件。其中，绝缘衬底作为功率芯片的底座不仅自身需要有良好的尺寸稳定性和机械强度为整个模块提供机械支撑，还需要有足够的热导率将模块产生的热量快速传递出去。目前，功率半导体封装行业多采用陶瓷(如氧化铝、氮化铝、氮化硅等)、玻璃、蓝宝石等作为绝缘衬底，但这些材料的导热性能都差强人意。另外，也有一些科研机构开发了内部布设有冷却管道的陶瓷复合结构衬底，但这种衬底对陶瓷烧结工艺要求极高，对内部管道表面质量要求复杂，且需要配备额外的冷却液循环设备。目前这些衬底在成本、加工工艺、散热效率等方面在未来更高功率的模块封装应用中具有明显的局限性。因此，目前急需开发一种散热效率高、综合性能良好的衬底基板，从而提高功率模块的封装的服役可靠性。

现有技术除采用特殊高导热陶瓷等材料作为基板外，部分研究者还通过对基板结构优化、布设冷却流道等方法对基板散热效率进行改善，如专利CN201921760771.5公开了一种具有自散热结构的耐高压IGBT功率装置，通过设计散热孔等方式实现IGBT芯片散热，但其对散热效率提升非常有限，且容易在整体封装中引入沟槽等容易发生应力集中的结构，为后续服役带来不稳定因素。专利CN202120269492.X公开了一种散热器以及电机控制器，其通过布设冷却流道在一定程度上提升了散热效率，但现有方法很难做到流道的合理布设，且需要配套额外的冷却液循环系统，工艺技术还需要进一步提升。从目前技术调研反馈来看，现有技术虽然对基板散热效率有一定程度提升但散热效率还很难满足下一代更大功率电力电子模块的应用，亟需对基板散热效率提升进行技术开发。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种自散热基板及其制备方法，本发明基于相变散热技术、光固化打印、电子束选区熔化打印、微弧氧化技术、复合陶瓷烧结技术制备了具有相变散热的金属/陶瓷复合结构的自散热基板，且还可以同时具有冷却液循环散热，该基板可根据封装结构中发热元件的布设位置进行个性化设计制造，能够实现封装结构中的精准散热和热场管理，为更高功率模块的封装提供了一种散热效率更高、可靠性更强的解决方案。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种自散热基板，包括导热部件，所述导热部件的顶部设有凹槽，所述凹槽内设置网格结构，所述网格结构内设置导热粉，所述导热部件的底部设置空腔，所述空腔内由内至外依次设置吸液芯和端盖，所述吸液芯具有吸水功能，所述吸液芯上设有若干孔状结构，所述吸液芯与导热部件之间设有间隙，所述端盖上设有气孔，所述导热部件外部包覆陶瓷层。

所述吸液芯为圆台状结构。

所述吸液芯上的孔状结构为球型、椭球型、多边体型中的一种或多种，多边体型的截面可以为三角形、四边形、六边形等多边形，孔状结构还可以铺设多层。

所述导热部件内设有冷却液通道。

所述导热部件的空腔处设有冷却回流弧面，优选为“鹅颈”式冷却回流弧面。

所述冷却回流弧面上还设有向空腔一侧凸起的导流环。

一种自散热基板的制备方法，包括以下步骤：