本發(fā)明涉及半導(dǎo)體新材料的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種具有石墨烯散熱結(jié)構(gòu)的IGBT功率器件的制造方法。

背景技術(shù)：

電子產(chǎn)品、機(jī)械、電力、通信、化工等諸多領(lǐng)域，在產(chǎn)品的加工、生產(chǎn)的過程中，以及使用的過程中，都會(huì)產(chǎn)生數(shù)量不同的熱量。而且，所產(chǎn)生的熱量如果不能得到有效散發(fā)的話，則會(huì)對(duì)產(chǎn)品的加工及使 用，均有可能造成影響。

目前廣泛使用有各種各樣的散熱材料。不同類型的散熱材料，會(huì)具有不同的性能。比如說(shuō)，金屬材料的導(dǎo)熱性能良好，特別是其中的一部分金屬材料，如石墨烯、鋁、銀等，其導(dǎo)熱性能尤其良好。比如，石墨烯質(zhì)的散熱器、鋁質(zhì)的散熱器，都應(yīng)用非常普遍。

下面列舉一下常用的一些散熱材料的熱導(dǎo)率性能：

鋁：237W/m·K；

石墨烯：401W/m·K；

銀：420W/m·K；

金：318W/m·K。

因?yàn)閮r(jià)格因素，當(dāng)前使用的絕大多數(shù)散熱器，是采用石墨烯質(zhì)材料或者鋁制材料來(lái)制造的；但有一些特殊場(chǎng)所，也使用銀質(zhì)或金質(zhì)材料，來(lái)用作散熱材料。散熱器的形狀與結(jié)構(gòu)、尺寸等，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合互有不同。比如，各種CPU上使用的散熱器，以及電路板上使用的散熱器，大多是具有波浪形散熱溝槽的散熱器件。

而在本發(fā)明中，會(huì)應(yīng)用到具有高散熱性能的膜材料。

其中，利用碳成分所制作的高散熱石墨膜，具有很高的散熱能力，可以達(dá)到：1500～1750W/m·K。

而目前作為研究熱點(diǎn)的石墨烯材料，則具有更加強(qiáng)大的散熱能力，其熱導(dǎo)率約為5000W/m·K；不僅如此，石墨烯還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，具有較小的電阻率。

如此高散熱率的膜材料，為各種的產(chǎn)品中的散熱器材，提供了新的選擇。

現(xiàn)有的石墨烯為膜厚度為單原子，厚度極薄，在一定程度上影響 了其導(dǎo)熱性能的發(fā)揮。

本發(fā)明希望為解決該問題提供一種方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于解決上述的問題，本發(fā)明提供了一種具體石墨烯散熱結(jié)構(gòu)的功率器件的制造方法，包括：

（1）提供一陶瓷基板，在基板上通過光刻工藝形成不連續(xù)的同心散熱環(huán)的下半部；

（2）沉積碳化硅以包圍所述下半部，并進(jìn)行平坦化，以露出所述下半部的頂部；

（3）涂覆石墨烯層，并進(jìn)行圖案化，形成與所述同心散熱環(huán)相互交叉的石墨烯連接筋；

（4）在石墨烯連接筋上部通過光刻工藝形成同心散熱環(huán)的上半部，形成完整的同心散熱環(huán)；

（5）用碳化硅材料覆蓋所述上半部，進(jìn)行平坦化形成完整的碳化硅材料；

（6）用機(jī)械方法進(jìn)行開槽，形成凹槽，所述凹槽的底部露出基板；

（7））在凹槽底部形成石墨烯層并在所形成的散熱結(jié)構(gòu)的外側(cè)涂覆一層不連續(xù)的石墨烯環(huán)，構(gòu)成相互電隔離的石墨烯枝狀結(jié)構(gòu)；

（8）用絕緣導(dǎo)熱膠固定功率元件，并通過導(dǎo)線將所述功率元件與所述枝狀結(jié)構(gòu)電連接，并用散熱樹脂進(jìn)行封裝，灌封凹槽，最終形成具體石墨烯散熱結(jié)構(gòu)的功率器件。

其中，所述凹槽底面和側(cè)面的部分均設(shè)有石墨烯散熱圖案，所述底面和側(cè)面的石墨烯散熱圖案與所述多個(gè)枝狀結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的不連續(xù)。

其中，所述石墨烯散熱圖案呈中心和軸對(duì)稱圖形。

其中，所述同心散熱環(huán)的每一個(gè)被平均分為八個(gè)環(huán)弧。

其中，石墨烯連接筋的厚度小于或等于所述同心散熱環(huán)的厚度。

其中，所述同心散熱環(huán)呈發(fā)散狀，并且從內(nèi)至外的密度逐漸減小，即中間的環(huán)較密，邊緣的較疏。

其中，所述碳化硅材料的厚度大于或等于所述石墨烯散熱圖案的厚度。

其中，所述散熱樹脂里面均勻分布有碳化硅納米顆粒。

其中，所述石墨烯環(huán)的外側(cè)可以進(jìn)一步電連接其他功能模塊。其中，所述凹槽底面和側(cè)面的部分均設(shè)有石墨烯散熱圖案，所述底面和側(cè)面的石墨烯散熱圖案連接為一個(gè)整體構(gòu)成凹形槽。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）利用石墨烯枝狀結(jié)構(gòu)的散熱圖案不僅保證了縱向的散熱效果，也提高了橫向的散熱效果；

（2）利用散熱樹脂中散布碳化硅納米顆粒進(jìn)行上面的散熱，保證散熱的充分；

（3）利用陶瓷板上的石墨烯圖案和碳化硅進(jìn)行整體散熱，提高散熱效率；

（4）利用石墨烯分離的枝狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行電連接，進(jìn)一步加大散熱速率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的具體石墨烯散熱結(jié)構(gòu)的功率器件的剖視圖；

圖2為圖1沿A1-A2線的剖面的俯視圖；

圖3-12為本發(fā)明的具體石墨烯散熱結(jié)構(gòu)的功率器件制造方法示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1-2，本發(fā)明首先提供了一種具有石墨烯的功率器件，包括散熱基板和布置在所述散熱基板上的功率半導(dǎo)體芯片4，所述功率半導(dǎo)體芯片4通過導(dǎo)熱絕緣膠5固定于所述散熱基板的凹槽內(nèi)，所述凹槽呈圓柱狀，且其深度方向?yàn)楹穸确较颍渲睆椒较驗(yàn)閷挾确较?，所述?dǎo)熱絕緣膠可以是硅膠，并用散熱樹脂6填充所述凹槽，所述散熱基板包括散熱陶瓷板1，設(shè)置于散熱陶瓷板1上的石墨烯圖案2和碳化硅材料3，所述石墨烯圖案2包括一系列的不連續(xù)的同心散熱環(huán)9、最外圈的石墨烯環(huán)7和連接筋8，所述連接筋8垂直于所述同心散熱環(huán)9和所述石墨烯環(huán)7，所述同心散熱環(huán)9和所述石墨烯環(huán)7通過筋8連接成一體結(jié)構(gòu)，并形成彼此電隔離的枝狀結(jié)構(gòu)，并且所述碳化硅材料3包圍所述石墨烯圖案2，所述功率半導(dǎo)體芯片4通過導(dǎo)線10與所述枝狀結(jié)構(gòu)中的一些進(jìn)行電連接，所述枝狀結(jié)構(gòu)作為其外連端子。其中，所述凹槽底面和側(cè)面的部分均設(shè)有石墨烯圖案，所述底面和側(cè)面的石墨烯圖案連接為一個(gè)整體構(gòu)成凹形槽，連接筋8的厚度小于或等于所述同心散熱環(huán)9的厚度，最外圈的石墨烯環(huán)7的厚度大于或等于所述同心散熱環(huán)9的厚度。

參見圖2，所述石墨烯圖案2呈中心和軸對(duì)稱圖形，所述同心散熱環(huán)9的每一個(gè)被平均分為八個(gè)環(huán)弧。所述同心散熱環(huán)9呈發(fā)散狀，并且從內(nèi)至外的密度逐漸減小，即中間的環(huán)較密，邊緣的較疏。所述碳化硅材料3的厚度大于或等于所述石墨烯圖案2的厚度，當(dāng)?shù)扔谑﹫D案2的厚度時(shí)，石墨烯環(huán)7和同心散熱環(huán)9的上端露出（未示出），露出部分可以作為連接端子與其他功能芯片電連接。所述散熱樹脂6里面均勻分布有碳化硅納米顆粒。所述石墨烯環(huán)7的外側(cè)可以進(jìn)一步電連接電源、功能模塊等。

其制造方法如下：參見圖3，提供一陶瓷基板1，在基板1上形成一層第一光刻膠10，所述第一光刻膠10的厚度等于待形成的同心散熱環(huán)9的厚度的一半；

參見圖4，刻蝕所述第一光刻膠10，形成同心圓形狀，并填充石墨烯，以形成同心散熱環(huán)的下半部11，所述下半部11的每個(gè)同心圓是不連續(xù)的圓弧，且呈現(xiàn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)；

參見圖5，去除第一光刻膠10，并用沉積碳化硅以包圍所述下半部11，并進(jìn)行平坦化，以露出下半部11的頂部；

參見圖6，涂覆石墨烯層，并進(jìn)行圖案化，形成相互交叉的石墨烯連接筋13，石墨烯連接筋13與待形成的石墨烯連接筋不同的是其具有共同的中心點(diǎn)，并在中心點(diǎn)交叉；

參見圖7，在石墨烯連接筋13上形成第二光刻膠14；

參見圖8，同樣的刻蝕所述第二光刻膠14，并填充石墨烯，以形成同心散熱環(huán)9的上半部15；所述第二光刻膠14的厚度等于待形成的同心散熱環(huán)9的厚度的一半；

參見圖9，去除所述第二光刻膠14，用碳化硅材料覆蓋所述上半部15，進(jìn)行平坦化形成完整的碳化硅層16，即碳化硅材料3；

參見圖10，用機(jī)械方法進(jìn)行開槽，形成凹槽17，所述凹槽17的底部露出基板1；

參見圖11，在凹槽底部形成石墨烯層18，該石墨烯層18的厚度等于同心散熱環(huán)9的寬度；在所形成的散熱結(jié)構(gòu)的外側(cè)涂覆一層厚的石墨烯層，形成石墨烯環(huán)7，石墨烯環(huán)7也是由與上述同心圓相對(duì)應(yīng)的不連續(xù)的圓弧組成；

參見圖12，用絕緣導(dǎo)熱膠5固定所述功率半導(dǎo)體芯片4，并用散熱樹脂6進(jìn)行封裝，灌封凹槽17，最終形成具體石墨烯散熱結(jié)構(gòu)的功率器件。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。