專利名稱：柔性導(dǎo)熱墊片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于底板絕緣型電子電力器件的高效導(dǎo)熱元件—柔性導(dǎo)熱墊片。
隨著信息技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，許多大功率電力電子器件應(yīng)運而生。為了便電力電子器件的工作溫升不致過高，現(xiàn)在通常在電力電子器件的絕緣型底板和鋁型材散熱器之間涂敷導(dǎo)熱硅脂來促使其散熱降溫，其存在的問題是工作溫度一般不可超過200℃；必須選用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料作為填充劑，氧化鈹導(dǎo)熱系數(shù)最高，但有毒性，其次是氮化硼、成本貴，成本低的則是導(dǎo)熱系數(shù)較低的氧化鋁。此外，硅脂對環(huán)境有污染，當(dāng)表面積存灰塵吸潮后，會造成元器件性能下降；涂敷的硅脂必須達(dá)到一定厚度，才能填補空隙，起到散熱效果；且機械緊固力要大，會產(chǎn)生機械應(yīng)力；當(dāng)電力電子器件發(fā)熱與冷卻后，電極間與焊層將會產(chǎn)生機械形變，而對于器件底板與散熱器之間的硬應(yīng)力卻無法得到緩沖，使器件的可靠性下降；為了達(dá)到接觸緊密，對器件底板和鋁型材的機械配合公差和加工精度以及焊接模塊的焊接變形、導(dǎo)熱硅脂的粒度等都提出較高要求，從而使電力電子器件的應(yīng)用受到限制，且成本較昂貴。也有采用薄銅箔、鋁箔來作導(dǎo)熱墊片的，但其材料硬度較高，且表面有氧化層，散熱效果仍欠強人意。
本實用新型的目的是提供一種用于絕緣型電力電子器件散熱的高效散熱器件—柔性導(dǎo)熱墊片，來取代上述存在多項缺陷的傳統(tǒng)材料—導(dǎo)熱硅脂。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的其是用膨化石墨直接壓制加工制成的薄片狀墊片，其外緣輪廓形狀應(yīng)與適配的電力電器件相吻合；其上下兩側(cè)外表面應(yīng)加成呈褶皺型凹痕，以便在電力電子器件與散熱器緊固時，使其間的空氣可從凹痕中排出而增強接觸力。
其外表面可以噴涂電接點表面處理劑，以增強電接觸可靠性。
該墊片的厚度可在0.2～0.8毫米之間。
其可以在中間設(shè)有0.04～0.08毫米的銅箔，并在該銅箔的兩側(cè)面粘附柔性石墨而構(gòu)成。
本實用新型的基礎(chǔ)材料是柔性石墨，它是采用天然石墨添加特殊材料混合后，經(jīng)膨化等特殊化學(xué)處理，按照電力電子器件的外型尺寸在模具內(nèi)熱壓加工制成的薄片狀墊片。其主要特點如下1、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，其導(dǎo)熱性與鐵接近，電阻率極低。2、良好的彈性和柔韌性；可以用較低的預(yù)緊力使在其兩側(cè)面安裝的電力電子器件與鋁型材散熱器或其他金屬表面的微小間隙得到填充，接觸性能良好，且摩擦力大、回彈力大，螺栓扭距損失小。3、性能穩(wěn)定，工作溫度高；因柔性石墨由單質(zhì)碳所組成，無蠕變，無分解，無老化現(xiàn)象，性能穩(wěn)定，正常使用的工作溫度為200～870℃。4、耐輻射及耐腐蝕性強可承受r射線和中子射線與高劑量輻射，也可耐多種強腐蝕介質(zhì)的腐蝕。5、清潔、使用方便，不會污染環(huán)境和電子線路，適合快速安裝。6、應(yīng)力小，熱平衡好?？蓽p緩因預(yù)緊力和發(fā)熱體熱膨脹而在接觸面之間產(chǎn)生的應(yīng)力，散熱快，可使器件局部熱點的高熱迅速散開排出。
以下結(jié)合附圖和實施例具體介紹本實用新型。


圖1是本實用新型應(yīng)用的實施例示意圖。
圖2是本實用新型側(cè)面示意圖。
圖3是本實用新型實施例(一)的示意圖。
圖4是本實用新型實施例(二)的示意圖。
本實用新型是一種用于絕緣型電力電子器件散熱的高導(dǎo)熱墊片1，參見圖1。其通常用于電力電子器件2與散熱器3之間，通過螺栓4將電力電子器件2擰緊在散熱器3的表面上，本實用新型墊片1則處于該兩者之間，起到使兩者緊密接觸并提高導(dǎo)電導(dǎo)熱效果，從而使電力電子器件可以在較高溫度時正常工作。本實用新型的導(dǎo)熱系數(shù)K＝26W/mk，與鐵接近，比傳統(tǒng)的導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)(K＝0.9W/mk)要高得多。
本實用新型采用柔性石墨制成，具有特珠的彈性和柔性，其壓縮率＞41％，回彈率＞10％，用較低的預(yù)緊力緊固螺栓，就可以使器件2與鋁型材散熱器3之間或金屬表面的微小間隙被本實用新型片1所填補，且與相接觸的材料有良好的接觸性，摩擦力大，回彈力大，螺栓扭距損失小。再者，該墊片1的成分是單質(zhì)碳，無蠕變，無分解，無老化現(xiàn)象，性能穩(wěn)定，其正常使用的工作溫度可達(dá)200～870℃。
參見圖2，本實用新型的上下兩側(cè)外表面應(yīng)加工成呈褶皺型凹痕，從而形成波浪型的表面，以便在緊固時，其與器件及散熱器之間的接觸面空氣能從該凹痕中順利排出，填補接觸面空隙而使接觸更緊密，導(dǎo)熱效果更好。本實用新型清潔，使用方便，不會污染環(huán)境和電子線路，安裝快速簡便。該墊片1外表面可噴涂電接點表面處理劑，利用隧道效應(yīng)，在增加壓力后，可減少接觸電勢，增加分子間的浸潤而提高導(dǎo)電導(dǎo)熱能力。本實用新型還可以制成中間設(shè)有0.04～0.08毫米的銅箔片，并在該銅箔片的兩側(cè)面粘附柔性石墨的增強型墊片，其具有抗折疊、導(dǎo)熱系數(shù)更高的特點。本實用新型的外緣輪廓尺寸應(yīng)與其適配的電力電子器件(如CPU，固態(tài)繼電器，電力模塊等)的外形尺寸相吻合，再相應(yīng)匹配標(biāo)準(zhǔn)的螺紋安裝孔，圖3、圖4所示了兩個實施例的外形形狀，分別為條狀和矩形狀，因電力電子器件的外形千變?nèi)f化，這里不再一一枚舉。
本實用新型已經(jīng)試制出樣品，應(yīng)用在本公司的專利產(chǎn)品大功率固態(tài)繼電器(專利號94204850.5)上。該器件采用的是直接銅鍵合的DCB底板，長期以來，陶瓷片易碎造成的底板被電壓擊穿，以及大電流運行時，該固態(tài)繼電器的高效散熱等問題始終不能解決。其原因是塑料外殼注塑變形難以控制，從而使其與鋁型材散熱器不能緊密接觸，機械緊固力不能到位，而鋁型材散熱器的表面不平整，造成其與固態(tài)繼電器只有局部接觸，即使敷涂導(dǎo)熱硅脂，使用本實用新型導(dǎo)熱墊片之后，使固態(tài)繼電器的殼體與鋁型材散熱器接觸緊密，兩者溫升相接近；可以長期超過200A電流安全使用(標(biāo)準(zhǔn)植為300A的器件)，并為400A固態(tài)繼電器的研制提供了保障。另外，此時再用超強力緊固，瓷片也不會輕易地破碎了。
權(quán)利要求1.一種用于電力電子器件的高效導(dǎo)熱元件—柔性導(dǎo)熱墊片，其特征在于其是用膨化石墨直接壓制加工制成的薄片狀墊片，其外緣輪廓形狀應(yīng)與適配的電力電器件相吻合；其上下兩側(cè)外表面應(yīng)加成呈褶皺型凹痕，以便在電力電子器件與散熱器緊固時，使其間的空氣可從凹痕中排出而增強接觸力。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)熱墊片，其特征在于其外表面可以噴涂電接點表面處理劑。
3.如權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)熱墊片，其特征在于該墊片的厚度可在0.2～0.8毫米之間。
4.如權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)熱墊片，其特征在于其可以在中間設(shè)有0.04～0.08毫米的銅箔，并在該銅箔的兩側(cè)面粘附柔性石墨而構(gòu)成。
專利摘要一種用于電力電子器件的高效散熱器件—柔性導(dǎo)熱墊片,是用膨化石墨經(jīng)特殊處理加工制成的薄片狀墊片,其外緣輪廓形狀應(yīng)與適配的電力電子器件相吻合,其上下兩側(cè)外表面應(yīng)加工成呈褶皺型凹痕,以便在電力電子器件與散熱器緊固時,使其間空氣可從凹痕中排出而增強接觸力。該器件導(dǎo)熱導(dǎo)電性好,有良好的彈性和柔韌性,性能穩(wěn)定,工作溫度高且耐輻射及耐腐蝕,不會污染環(huán)境,應(yīng)力小,熱平衡性好,可廣泛適用各種功率型電力電子器件。
文檔編號H01L23/34GK2358558SQ9824924
公開日2000年1月12日 申請日期1998年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月7日
發(fā)明者姜守仁 申請人:姜守仁