Теплоотводящий элемент



Теплоотводящий элемент
Теплоотводящий элемент
Теплоотводящий элемент

 


Владельцы патента RU 2411609:

ООО "Научно-производственное предприятие "Томилинский электронный завод" (RU)

Изобретение относится к области электроники и предназначено преимущественно для использования в качестве теплоотводящей электроизолирующей подложки при изготовлении полупроводниковых приборов и электронных систем. Техническим результатом изобретения является улучшение изолирующих свойств, повышение теплопроводности и механической прочности теплоотводящего элемента. Сущность изобретения: теплоотводящий элемент состоит из пластины, выполненной на основе карбида кремния, и пластины, выполненной на основе нитрид-алюминиевой керамики, соединенных между собой эвтектической пайкой металлами, обладающими высокой теплопроводностью. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электроники и предназначено преимущественно для использования в качестве теплоотводящей электроизолирующей подложки при изготовлении полупроводниковых приборов и электронных устройств.

Известен теплоотводящий элемент, выполненный из нитрид-алюминиевой керамики (Балкевич В.Л. Техническая керамика, 2-е изд., 1984, с.234, таблица 50; патент US №5320990, С04В 35/581, публ. 1994 г.).

Коэффициент теплопроводности нитрид-алюминиевой керамики 66-285 Вт/м·К, электрическая прочность - 16 кВ/мм, механическая прочность на статический изгиб - 270 МПа, удельное электрическое сопротивление - 2-1012 Ом·м, температурный коэффициент линейного расширения - (4,8-5,64)·10-6К-1, плотность 3,2-3,3 г/см3.

Достоинства:

- высокая диэлектрическая прочность;

- высокое электрическое сопротивление;

- низкий температурный коэффициент линейного расширения;

- низкий удельный вес;

- низкие диэлектрические потери.

Недостатками указанного элемента являются:

- недостаточно высокая теплопроводность;

- недостаточно высокие изолирующие свойства;

- недостаточно высокая механическая прочность на изгиб.

Техническим результатом, который можно получить при осуществлении изобретения, является улучшение изолирующих свойств, повышение теплопроводности и механической прочности теплоотводящего элемента.

Технический результат достигается тем, что теплоотводящий элемент состоит из пластины, выполненной на основе карбида кремния, и пластины, выполненной на основе нитрид-алюминиевой керамики, соединенных между собой эвтектической пайкой металлами, обладающими высокой теплопроводностью.

Технический результат достигается и тем, что предварительно одну из поверхностей каждой пластины последовательно металлизируют слоем металла, обладающего адгезией с материалом пластин, например хрома, молибдена, титана или вольфрама, а затем прижимают пластины металлизированными поверхностями друг к другу и спекают при температуре 200-700°С в среде азота.

Технический результат достигается также и тем, что на одну из поверхностей теплоотводящего элемента наносят изолирующий слой поликристаллического алмаза, после чего на слой поликристаллического алмаза и на непокрытую поверхность другой пластины наносят слой металла, обладающего адгезией с поликристаллическим алмазным покрытием или с материалом пластины, соответственно, например хрома, молибдена, титана или вольфрама.

На слои металлов, обладающих адгезией с поликристаллическим алмазным покрытием и с материалом пластины, соответственно последовательно наносят слой никеля или платины и слой металла или сплава, обеспечивающего надежный контакт и высокую кондуктивную теплопроводность к теплосъемнику, например алюминия, серебра, золота или их сплавов.

На фиг.1 представлены исходные пластины на основе карбида кремния и на основе нитрид-алюминиевой керамики, металлизированные с одной стороны.

На фиг.2 - конструкция теплоотводящего элемента после спекания.

На фиг.3 - теплоотводящий элемент.

Теплоотводящий элемент изготавливают следующим способом.

Сначала изготавливают пластину из карбида кремния 1 с достаточно высокой теплопроводностью (не менее 100 Вт/м·К), например, способом, аналогичным описанному в патенте РФ 2173307, подготавливают пористую карбидокремниевую заготовку. Далее полученную заготовку подвергают термообработке в среде углеводорода или смеси углеводородов при температуре, превышающей температуру их разложения. После высокотемпературной обработки (не менее 1300-1500°С) полученную заготовку пропитывают расплавом металла или сплава металлов из группы: алюминий, магний, и известными технологическими приемами резки, шлифовки, полировки изготавливают пластину толщиной не менее 100 мкм. Минимальная толщина пластины определяется механической прочностью конструкции, максимальная ограничивается суммарными диэлектрическими потерями теплоотводящего элемента, поэтому толщина пластин не превышает 200-1000 мкм.

Затем изготавливают пластину из керамики на основе нитрида алюминия 2. Керамические заготовки нитрида алюминия в виде пластин толщиной 1 мм изготавливают из исходного порошка нитрида алюминия с размером частиц 4-5 мкм спеканием при высоком давлении и температуре (усилие не менее 5-10 МН).

После этого на одну из поверхностей каждой пластины последовательно наносят слой металла 3, обладающего адгезией с материалом пластин, например хрома, молибдена, титана или вольфрама, используя любые известные методы: гальванический, напыление, нанесение пасты, и для обеспечения эвтектического спекания - дополнительные слои металлов: никеля или платины и алюминия, серебра или золота (или их сплавов).

После этого пластины прижимают друг к другу металлизированными поверхностями и спекают при температуре 200-700°С в среде азота.

В результате этого происходит процесс эвтектической пайки пластин с помощью нанесенных на них металлов.

При необходимости, если изолирующие свойства у теплоотводящего элемента недостаточны, то на одну из его поверхностей, например на пластину из карбида кремния 1, наносят изолирующий слой поликристаллического алмаза 4 толщиной 1 мкм методом лазерного ионно-лучевого распыления графита из газовой фазы.

На слой поликристаллического алмаза 4 и на непокрытую поверхность другой пластины 2 наносят слой металла 5, обладающего адгезией с поликристаллическим алмазным покрытием и с материалом пластины, соответственно, например, хрома, молибдена, титана или вольфрама, используя любые известные методы: гальванический, напыление, нанесение пасты.

Затем проводится операция «вжигание» металлизации в среде азота при температуре 200-700°С.

При необходимости наносят дополнительные слои металлов: слой 6 никеля или платины и слой 7 алюминия, серебра или золота (или их сплавов) для обеспечения надежного контакта и кондуктивной теплопроводности от электронного компонента к поверхности теплосъемника.

1. Теплоотводящий элемент, состоящий из пластины, выполненной на основе карбида кремния, и пластины, выполненной на основе нитрид-алюминиевой керамики, соединенных между собой эвтектической пайкой металлами, обладающими высокой теплопроводностью.

2. Теплоотводящий элемент по п.1, отличающийся тем, что предварительно одну из поверхностей каждой пластины последовательно металлизируют слоем металла, обладающего адгезией с материалом пластин, например, хрома, молибдена, титана или вольфрама, а затем прижимают пластины металлизированными поверхностями друг к другу и спекают при температуре 200-700°С в среде азота.

3. Теплоотводящий элемент по п.1, отличающийся тем, что на одну из его поверхностей наносят изолирующий слой поликристаллического алмаза, после чего на слой поликристаллического алмаза и на непокрытую поверхность другой пластины наносят слой металла, обладающего адгезией с поликристаллическим алмазным покрытием или с материалом пластины соответственно, например, хрома, молибдена, титана или вольфрама.

4. Теплоотводящий элемент по п.3, отличающийся тем, что на слои металлов, обладающих адгезией с поликристаллическим алмазным покрытием и с материалом пластины соответственно последовательно наносят слой никеля или платины и слой металла или сплава, обеспечивающего надежный контакт и высокую кондуктивную теплопроводность к теплосъемнику, например, алюминия, серебра, золота или их сплавов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для отвода тепла рассеянием, например в электронном оборудовании, и к способу изготовления такого устройства. .

Изобретение относится к композитному материалу и, более конкретно, к медному композитному материалу с низким коэффициентом теплового расширения и высокой теплопроводностью, способу его получения и различным вариантам использования, таким, как использование в полупроводниковых приборах, где этот композитный материал применяется.

Изобретение относится к каркасам для электрических или электронных деталей или схем

Изобретение относится к технологии химического осаждения из газовой фазы алмазных пленок и может быть использовано, например, для получения алмазных подложек, в которых монокристаллический и поликристаллический алмаз образует единую пластину, используемую в технологии создания электронных приборов на алмазе или применяемую в рентгеновских монохроматорах, где необходимо осуществить теплоотвод от монокристаллического алмаза
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов. Способ включает пропитку порошка SiC расплавом алюминия или алюминиевого сплава и диффузионное соединение пропитанной заготовки с алюминиевой фольгой, размещенной, по крайней мере, с одной ее стороны, в котором порошок SiC используют в виде предварительно скомпактированной в форме теплоотводящего основания пористой заготовки, размещение алюминиевой фольги на пористой заготовке осуществляют перед пропиткой ее расплавом алюминия или алюминиевого сплава, а их диффузионное соединение совмещают с пропиткой пористой заготовки. Пористые заготовки с размещенной по крайней мере на одной стороне алюминиевой фольгой перед пропиткой алюминием или алюминиевым сплавом могут быть собраны в пакет, включающий две и более пористых заготовок. Пористые заготовки в пакете отделяют друг от друга металлическими пластинами, имеющими температуру плавления выше температуры плавления алюминия или алюминиевого сплава. Изобретение позволяет снизить время технологического цикла, повысить производительности процесса и, соответственно, понизить стоимость получаемых изделий для электронной промышленности. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к электрическим силовым инструментам, в которых выходная мощность регулируется переключающими устройствами. Инструмент содержит множество переключающих устройств, выполненных с возможностью регулировки выходной мощности двигателя, монтажную плату, несущую переключающие устройства, и металлический корпус, вмещающий монтажную плату. Каждое переключающее устройство включает в себя проводящую часть и изолированный участок, который покрыт изолирующим покрывающим материалом. Проводящая часть каждого переключающего устройства соприкасается с монтажной платой. Изолированный участок каждого переключающего устройства соприкасается с металлическим корпусом через изолирующий покрывающий материал. Металлический корпус заполнен изолирующим наполнителем в качестве изолирующего материала так, что монтажная плата вделана в него. В результате улучшается рассеивание тепла переключающих устройств. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электроники и предназначено для отвода тепла от ИС, СБИС, силовых модулей, блоков радиоэлектронной аппаратуры и т.п. Технический результат - повышение теплоотвода от кристалла к корпусу; упрощение технологии сборки с использованием теплоотводов на основе эффекта Пельтье. Достигается тем, что в устройстве охлаждения ИС, основанном на использовании эффекта Пельтье, на ИС в керамическом корпусе наклеивается алюминиевый теплорассекатель, а на него охлаждающий полупроводниковый блок, использующий эффект Пельтье. При этом основание корпуса ИС является одновременно верхним теплопереходом охлаждающего полупроводникового блока, при этом пайка кристаллов к подложке, подложки с основанием корпуса (верхним теплопереходом ТЭМ), верхнего теплоперехода с одной поверхностью полупроводниковых ветвей p- и n-типа происходит при температуре на 20-25°C ниже температуры пайки другой поверхности полупроводниковых ветвей к нижнему теплопереходу, причем полупроводниковые ветви размещены между теплопереходами таким образом, что все горячие поверхности контактируют с одним теплопереходом, а все холодные - с противоположным и с помощью металлизации соединены в единую электрическую цепь, которая подключена к источнику питания, для контроля температуры корпуса ИС к нему крепится термопара, а для стабилизации температуры (нагрева или охлаждения) термопара соединена с блоком переключения полярности источника питания. 7 ил.

Изобретение относится к устройствам, используемым при выращивании кристаллов путем направленной кристаллизации из расплава в вакуумированной ампуле для отвода тепла от затравки, выделяемого в процессе кристаллизации. Радиатор выполнен в виде трубчатой оплетки 7 из медной проволоки диаметром 0,1-0,3 мм, надетой на наружную поверхность ампулы 1 в месте размещения затравки 3 таким образом, что меньшая часть затравки 3 остается не перекрытой, а часть оплетки 7 свисает с ампулы 1. Радиатор обеспечивает надежный тепловой отток от фронта кристаллизации, увеличивает вероятность прорастания моноблочного кристалла высокого качества, при этом он прост по конструкции, в изготовлении и эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для изготовления осветительных приборов. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств. Керамический носитель (10) для светодиодов включает в себя керамический каркас (2), который выполнен монолитно с отводящими тепло керамическими охлаждающими элементами (7), причем на поверхности (3) каркаса (2) в качестве проводящих дорожек размещены спеченные участки металлизации (41), а также светодиоды (13), электрические соединения которых выполнены с возможностью соединения в электрическом отношении с проводящими дорожками. Для достижения технического результата по меньшей мере два идентичных керамических носителя (10) соединены в матрицу. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к базовым элементам светотехнических безламповых устройств на основе светодиодов и к способам изготовления таких элементов. Технический результат - повышение эффективности отвода тепла от светодиодов, увеличение устойчивости блока к ударным и вибрационным нагрузкам, надежность работы при разогреве до высоких температур, уменьшение энергоемкости и материалоемкости производства, исключение экологически вредных отходов и испарений, присущих классической толстопленочной технологии. Достигается тем, что в интегрированном блоке для светодиодного светильника токопроводящая цепь выполнена в виде металлических проводников, адгезионно укрепленных на диэлектрическом слое, материал которого обладает температурным коэффициентом расширения, равным таковому для алюминиевого сплава с точностью плюс-минус 10%, диэлектрический слой нанесен непосредственно на корпус и, в свою очередь, адгезионно укреплен на нем, а светодиод укреплен своим теплоотводящим выводом на корпусе методом пайки. При этом в качестве диэлектрической пасты применена низкотемпературная не содержащая свинца и кадмия стеклосодержащая паста, а в качестве проводниковой пасты применена не содержащая свинца низкотемпературная паста на основе серебра. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для создания блока питания. Сущность изобретения заключается в том, что блок электропитания содержит силовые транзисторы и управляющие компоненты для управления силовыми транзисторами и охлаждаемый посредством теплопроводности, при этом блок электропитания дополнительно содержит: основную плату типа AMB/Si3N4, несущую силовые транзисторы, причем основная плата представляет собой рассеивающую тепло пластину для диссипации тепла, генерируемого силовыми транзисторами, посредством их расположения в блоке в непосредственном контакте с несущей структурой, обеспечивающей охлаждение посредством теплопроводности, когда блок установлен на своем месте; и керамическую плату, несущую управляющие компоненты, причем керамическая плата установлена на основной плате. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения числа компонентов блока, повышения надежности, снижения массы, увеличения компактности. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к твердотельной электронике, в частности к теплоотводам полупроводниковых приборов повышенной мощности, и может быть использовано в различных теплотехнических устройствах, работающих с большими удельными тепловыми нагрузками. Теплоотвод для охлаждения по крайней мере одного локального источника тепла содержит основание в виде алмазной пластины. На указанном основании закреплена слоистая структура из теплопроводящих пластин. Пластины слоистой структуры расположены параллельно основанию. При этом часть смежных поверхностей указанных пластин имеет тепловой контакт, а в областях между остальными частями этих поверхностей расположено теплоемкое вещество. Технический результат - повышение мощности отводимой от локального источника тепла (полупроводникового прибора) при увеличении времени работы последнего. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх