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。

背景技術(shù)：

電子產(chǎn)品、機械、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，則會對產(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，會具有不同的性能。比如說，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。

因為價格因素，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制造的；但有一些特殊場所，也使用銀質(zhì)或金質(zhì)材料，來用作散熱材料。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，可以達到：1500～1750W/m·K。

而目前作為研究熱點的石墨烯材料，則具有更加強大的散熱能力，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)實現(xiàn)要素：

基于解決上述的問題，本發(fā)明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IGBT芯片，所述IGBT芯片通過導(dǎo)熱絕緣膠固定于所述散熱基板的凹槽內(nèi)，并用散熱樹脂填充所述凹槽，所述散熱基板包括散熱陶瓷板，設(shè)置于散熱陶瓷板上的石墨烯圖案和碳化硅材料，所述石墨烯圖案包括一系列的不連續(xù)的同心散熱環(huán)、最外圈的石墨烯環(huán)和連接筋，所述連接筋垂直于所述同心散熱環(huán)和所述石墨烯環(huán)，所述同心散熱環(huán)和所述石墨烯環(huán)通過連接筋連接形成多個彼此電隔離的枝狀結(jié)構(gòu)，并且所述碳化硅材料包圍所述石墨烯圖案，所述IGBT芯片與所述多個枝狀結(jié)構(gòu)電連接以引出端子。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，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整體構(gòu)成凹形槽。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述石墨烯圖案呈中心和軸對稱圖形。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述同心散熱環(huán)的每一個被平均分為八個環(huán)弧。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，連接筋的厚度小于或等于所述同心散熱環(huán)的厚度。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，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。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述碳化硅材料的厚度大于或等于所述石墨烯圖案的厚度。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述散熱樹脂里面均勻分布有碳化硅納米顆粒。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述石墨烯環(huán)的外側(cè)可以進行電連接。

本發(fā)明還提供了另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IGBT芯片，所述IGBT芯片通過導(dǎo)熱絕緣膠固定于所述散熱基板上，并用散熱樹脂封裝所述IGBT芯片，所述散熱基板包括散熱陶瓷板，設(shè)置于散熱陶瓷板上的石墨烯圖案和碳化硅材料，所述石墨烯圖案包括最內(nèi)的石墨烯柱、中間的一系列的不連續(xù)的同心散熱環(huán)、最外圈的石墨烯環(huán)和連接筋，所述連接筋垂直于所述石墨烯柱、所述同心散熱環(huán)和所述石墨環(huán)，所述石墨烯柱、所述同心散熱環(huán)和所述石墨烯環(huán)通過連接筋連接成一體結(jié)構(gòu)，并且所述碳化硅材料包圍所述石墨烯圖案。

本發(fā)明的優(yōu)點如下：

（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)進行電連接，進一步加大散熱速率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的具有石墨烯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為本發(fā)明另一實施例的具有石墨烯的功率器件的剖視圖。

具體實施方式

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IGBT芯片4，所述IGBT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，且其深度方向為厚度方向，其直徑方向為寬度方向，所述導(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IGBT芯片4通過導(dǎo)線10與所述枝狀結(jié)構(gòu)中的一些進行電連接，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呈中心和軸對稱圖形，所述同心散熱環(huán)9的每一個被平均分為八個環(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，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)可以進一步電連接電源、功能模塊等。

圖3示出了本發(fā)明的另一實施例，包括散熱基板和布置在所述散熱基板上的IGBT芯片4，所述IGBT芯片4通過導(dǎo)熱絕緣膠5固定于所述散熱基板上，并用散熱樹脂6封裝所述半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于：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，所述石墨烯散熱圖案2包括最內(nèi)的石墨烯柱、中間的一系列的不連續(xù)的同心散熱環(huán)9、最外圈的石墨烯環(huán)7和連接石墨烯筋8，所述連接石墨烯筋垂8直于所述石墨烯柱、所述同心散熱環(huán)9和所述石墨烯環(huán)7，所述石墨烯柱、所述同心散熱環(huán)9和所述石墨烯環(huán)7通過石墨烯筋8連接成一體結(jié)構(gòu)，并且所述碳化硅材料3包圍所述石墨烯散熱圖案2。其中，石墨烯筋8的厚度小于或等于所述同心散熱環(huán)9的厚度。所述石墨烯散熱圖案2呈中心和軸對稱圖形，所述同心散熱環(huán)9的每一個被平均分為八個環(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散熱圖案2的厚度。所述熒光膠脂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)可以進一步進一步電連接電源、功能模塊等。

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