本發明屬于功率半導體散熱器，具體涉及一種功率半導體用散熱器及其裝配方法。

背景技術：

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

2、當前的技術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容易腐蝕，影響散熱器的壽命和可靠性，增加鍍層又導致散熱器成本的上升。

3、另外的方案采用特殊設計的內部結構，如專利cn117098365a，設計了不同的pin-fin結構，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。這個技術忽略了功率半導體器件與散熱器的接合面的可靠性，在實際使用過程中，隨著器件與散熱器間的結溫不斷升高，因散熱板和殼體的熱膨脹系數的不匹配，造成器件與散熱器的連接面斷裂，加劇了結溫的升高，并最終導致器件失效。

技術實現思路

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

2、為實現以上技術目的，本發明實施例采用的技術方案是：

3、第一方面，本發明實施例提供了一種功率半導體用散熱器，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工藝形成散熱底板-散熱板結合體，所述散熱底板-散熱板結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體器件熱膨脹系數相近的材料制成，厚度≤1mm；

5、所述散熱底板上設置窗口，所述散熱板在對應所述窗口的位置設置凸起部，所述散熱板的凸起部穿過所述窗口與所述功率半導體器件接觸。

6、進一步地，所述散熱底板采用鈦合金或鎢銅合金。

7、進一步地，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、進一步地，所述散熱殼體是容納冷卻液的容器，并設置有與主機系統連接的進水口和出水口；

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

10、進一步地，所述散熱底板上與所述散熱板結合的接頭部分設置有凹槽，所述凹槽的深度為5-20μm。

11、進一步地，所述窗口開設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，本發明實施例提供了第一方面所述的功率半導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，并對所述散熱底板進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格設計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，置于真空釬焊機內，排空腔體內空氣，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-散熱板結合體；

17、步驟s5、將步驟s4形成的散熱底板-散熱板結合體置于鍛壓機內，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-散熱板結合體和散熱殼體置于摩擦攪拌焊機器內，控制攪拌頭的速度和工件移動速度，將所述散熱底板-散熱板結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℃的烘箱內退火，消除工件加工過程中產生的應力，退火后，得到散熱器成品。

22、進一步地，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、進一步地，步驟s8中，所述散熱底板-散熱板結合體和散熱殼體焊接時，所述散熱板上的散熱矩陣位于所述散熱殼體的內部。

25、本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

26、(1)針對散熱板與功率半導體器件的熱膨脹系數不匹配的問題，本發明在散熱器中增加低熱膨脹系數的合金材料(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和功率半導體器件相近，從而提高功率半導體器件與散熱底板連接的穩定性，避免了接頭由于過大熱膨脹系數的差別，造成的接頭斷裂，進而影響半導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不一致的問題。

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

28、(3)針對鈦合金或者鎢銅合金熱導率較低的問題，本發明依據功率半導體器件的實際連接尺寸，在散熱板上設計不同的凸起部，凸起部穿過散熱底板的窗口直接與功率半導體器件接觸以提高散熱效率。同時對散熱底板進行了粗化處理，采用機械沖壓、化學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率，以及散熱底板和散熱板釬焊的可靠性。

29、(4)針對散熱板與散熱殼體在使用過程中因熱應力造成的漏液問題，本發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定的合金層，制成散熱底板-散熱板結合體以提高散熱器的穩定性。

30、(5)本發明的散熱板不僅采用功效的散熱矩陣，同時為散熱底板提供了支撐，進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，提高了散熱器的經濟性。

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生的空洞和裂紋，避免了在后期使用過程中漏液的可能性。