[发明专利]一种主动散热基板及其制备方法

说明书

本发明涉及一种主动散热基板及其制备方法，其中，主动散热基板包括底板、设置在底板上沿第一方向相对两侧的第一金属电极和第二金属电极，设置在第一金属电极和第二金属电极之间的散热单元，以及覆盖在散热单元顶部的导热板；散热单元包括并列设置在第一金属电极和第二金属电极之间的N型半导体片和P型半导体片，以及分别与N型半导体片和P型半导体片连接的中间金属电极；N型半导体片与P型半导体片之间具有填充介质；N型半导体片的侧面与第一金属电极接触，P型半导体片的侧面与第二金属电极接触。本发明主动散热基板沿垂直方向的厚度薄，且具备主动散热能力，适用于进行小型化、大功率电子元件的封装。

技术领域

本发明涉及制冷元件技术领域，特别是涉及一种主动散热基板，以及制备该主动散热基板的制备方法。

背景技术

第三代半导体是指氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带半导体，具备击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等一系列优点，在移动通信、新能源汽车、航空航天、特高压输电、国防军工等领域均表现出巨大的应用潜力。

目前，第三代半导体器件的散热主要是被动散热，即通过相对合理的封装结构将芯片的热量导出。这种传统的散热方式主要取决于互连层的质量，包括空洞率、热导率、几何形状等参数，优化其散热能力相对困难且需付出极高的时间与工艺成本。此外，第三代半导体器件正在向高功率、高集成度、小型化等方向发展，在器件的热管理方面具有极严苛的要求，被动散热已无法满足其要求。

珀尔帖效应是指电流流过不同导体时，会发生吸热或者放热的现象。TEC(半导体热电制冷器)则是基于珀尔帖效应制成的一种散热元件，具有无机械磨损、可靠性高以及使用寿命长诸多优点。传统的TEC均为垂直型的结构，如图1所示，向TEC通电时，电流从N型半导体端金属电极流入，从P型半导体端金属电极流出，使得TEC的一端会吸收热量，另一端会放出热量，即发生珀尔帖效应，形成主动散热。其中，其吸收热量的一面为冷却面，而放出热量一端为发热面。为了避免冷却面与发热面距离太近，从而导致热回流，因此，传统的TEC需要将N型半导体和P型半导体设置为垂直型结构，以将发热面和冷却面有效分开。

然而，由于传统的TEC中的N型半导体和P型半导体为垂直设置，使得传统的TEC的体积较大，其厚度一般可达到4mm～6mm，因此无法合封到常见的大功率电子元件中，无法发挥主动散热的优势。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种主动散热基板，其具有厚度更薄，并能主动散热的优点，更适用于进行小型化、大功率电子元件的封装。

本发明提供一种主动散热基板，包括底板、设置在所述底板上沿第一方向相对两侧的第一金属电极和第二金属电极，设置在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间的散热单元，以及覆盖在所述散热单元顶部的导热板；所述散热单元包括并列设置在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间的N型半导体片和P型半导体片，以及分别与所述N型半导体片和所述P型半导体片连接的中间金属电极；所述N型半导体片与所述P型半导体片之间具有间隙，该间隙填充有填充介质；所述N型半导体片的侧面与所述第一金属电极接触，所述P型半导体片的侧面与所述第二金属电极接触。

相比现有技术，本发明通过将传统的N型半导体和P型半导体设置为片层装的N型半导体片和P型半导体片，以减少基板的整体厚度，形成沿垂直方向更薄的一三文治结构；此外，通过将金属电极设置在N型半导体片和P型半导体片的外侧，以将基板顶部吸收的热量沿水平方向传递至基板的两侧，实现更好的散热效果。由于更薄的厚度以及具备主动散热能力，更适用于进行小型化、大功率电子元件的封装。

进一步地，所述中间金属电极的顶面与所述第一金属电极的顶面和所述第二金属电极的顶面齐平；所述P型半导体片的顶面和所述N型半导体片的顶面均与所述中间金属电极的顶面齐平。