專利名稱：一種絕緣散熱電子組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種絕緣散熱電子組件。
背景技術：
隨著科技的發(fā)展，越來越多的發(fā)熱電子器件進入生活或エ業(yè)，過多的熱量產生和無法散去，成為阻礙發(fā)熱電子器件保持正常高效工作的主要障礙。發(fā)光二極管元件LED是ー種通過利用半導體的p-n結結構所注入的載流子之后，再通過少數載流子(電子和空穴)的復合而發(fā)光的新型器件。發(fā)光二極管元件LED具有低耗電量和長壽命，以及抗振特性；已經被用作顯示元件和背光源。然而，根據發(fā)光二極管LED的光發(fā)生特性，輸入發(fā)光二極管LED的能量只有20%被轉化成光，而輸入能量的剩余80%則被轉化成結(junction portion)中的熱量,從而增加了內部的溫度，內部溫度的增 加使發(fā)光二極管LED的性能相當大程度地下降；當長時間使用LED時，發(fā)光二極管LED的發(fā)熱量會增加，從而會縮短發(fā)光二極管LED的壽命。集成電路、半導體器件等在長時間的工作后，會產生大量的熱量，且在工作過程中需與相鄰的器件絕緣，良好的絕緣導熱性能能很好地保證運行穩(wěn)定及安全性能。太陽能光伏技術中，光伏電池在溫度大于25°C后，每升高TC，效率下降O. 2 % O. 5% ;在現有聚光光伏電池組件技術中，由于輻照強度高，必須要求良好的散熱設計；而電池片之間的組串連接以及安全規(guī)范要求又需要良好的基板電絕緣。光伏產業(yè)中較為常見的封裝技術為EVA膠和TPT封裝技木，主要的作用及功能是水氣阻隔性、電氣絕緣性、尺寸穩(wěn)定性，易加工性及耐撕裂性等，整體成本高，散熱效果不佳；申請?zhí)?00720120801. 7的聚光太陽電池組件的中國專利提出，ー種聚光太陽電池組件，在散熱器靠近光伏電池單體ー側的表面上緊密附著ー層電絕緣層，在光伏電池單體與電絕緣層之間和導電連接片與電絕緣層之間均涂有導熱硅脂；光伏表面的鋼化玻璃與散熱器之間通過弾性壓緊裝置聯(lián)接。該結構絕緣層較厚，導熱層粘度強度不夠，且涂覆層的均勻性對絕緣層的效果影響也很大，隨著時間的推移其絕緣性也得不到良好的保證。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于更好的解決發(fā)熱電子器件本身的絕緣、導熱及固定組裝問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供了ー種絕緣散熱電子組件，包括發(fā)熱電子器件、散熱基板及二者中間布置的絕緣導熱材料；所述絕緣導熱材料包括絕緣膜及牢固附著在絕緣膜正反兩面的金屬可焊接層；雙層金屬可焊接層分別焊接連接于發(fā)熱電子器件和散熱基板。進ー步地，所述絕緣膜厚度小于100微米，以減少熱阻，增強散熱能力。優(yōu)選地，所述絕緣膜厚度小于30微米，以進一歩減少熱阻，適用于更高功率密度的散熱場合，減少熱阻。進ー步地，所述金屬可焊接層采用真空鍍膜技術直接附著在絕緣膜表面，以取消粘接層，減少總厚度，降低熱阻，并獲得更優(yōu)良結合力。
進ー步地，所述金屬可焊接層先采用真空鍍膜鍍一薄金屬層，例如O. 2-5微米；再采用濕法電鍍エ藝鍍上相同或不同種類的金屬層，例如先真空鍍鉻、再水鍍銅。進ー步地，所述金屬可焊接層的膜層組成成分為Cr、Cu和Sn的組合，其中Cr層作為過渡結合層，直接與絕緣膜結合，在Cr層上逐漸復合沉積Cu層，在Cu層上再沉積Sn層，作為焊接界面，增強可焊性。進ー步地，所述金屬可焊接層的膜層成分可以為Cr、Cu、Sn材料中的ー種或兩種。進ー步地，所述絕緣膜為高分子薄膜，例如PET、PC、PMMA, PP、PI及聚四氟こ烯等薄膜。優(yōu)選地，所述絕緣膜具有良好的耐熱性能，以便適應后續(xù)的焊接エ序，如PP、PI及聚四氟こ烯等薄膜。
進ー步地，所述絕緣膜可以為云母薄片，具有優(yōu)良的導熱能力和絕緣特性，并且耐高溫。進ー步地，所述發(fā)熱電子器件為光伏電池、發(fā)光二極管或三極管、集成電路器等器件。進ー步地，所述光伏電池為神化鎵電池、單晶硅聚光電池、CIGS聚光薄膜電池等多種光電轉換電池。進ー步地，所述光伏電池、發(fā)光二極管等為陣列組串方式連接。進ー步地，所述光伏電池的背部電極與附著在絕緣膜上面的上金屬層直接焊接，增強導熱性能，并提供固定力。進ー步地，所述散熱基板可固定在另外的散熱裝置上，以進ー步提高散熱能力。本發(fā)明與傳統(tǒng)的絕緣散熱電子組件相比，具有以下優(yōu)點1、絕緣膜質量穩(wěn)定可靠，絕緣性能良好，且隨著時間遷移無漏電可能；2、導熱性能優(yōu)異，由于固定方式為焊接，對絕緣膜及發(fā)熱電子器件不會產生機械壓カ及損傷，允許使用很薄的絕緣膜，也適合薄片類器件如光伏電池，并且雙面金屬可焊接層分別與發(fā)熱電子器件和散熱基板直接金屬連接，導熱效果更好；3、采用焊接技術完成組件的固定，同時可提供一定的電路組串連接功能，方便可靠。


下面將參照附圖對本發(fā)明的具體實施方案進行更詳細的說明，在附圖中圖I是本發(fā)明絕緣散熱電子組件結構示意圖；圖2是本發(fā)明絕緣導熱材料結構示意圖；圖3是本發(fā)明陣列組串方式連接發(fā)熱電子器件的絕緣散熱電子組件結構示意圖；圖4是本發(fā)明陣列組串方式的發(fā)熱電子器件的并聯(lián)連接方式；圖5是本發(fā)明陣列組串方式的發(fā)熱電子器件的串聯(lián)連接方式。
具體實施例方式圖I是本發(fā)明絕緣散熱電子組件結構示意圖；如圖I所示，該絕緣散熱電子組件包括發(fā)熱電子器件I、散熱基板3及二者中間布置的絕緣導熱材料2 ;該絕緣導熱材料2包括絕緣膜及牢固附著在絕緣膜正反兩面的金屬可焊接層；中間絕緣膜厚小于100微米，例如厚度為80微米；雙層金屬可焊接層分別通過焊接連接于發(fā)熱電子器件I和散熱基板3。該發(fā)熱電子器件I為光伏電池、發(fā)光二極管或三極管、集成電路器等器件；當發(fā)熱電子器件I為光伏電池，該光伏電池可以為神化鎵電池、單晶硅聚光電池、CIGS聚光薄膜電池等多種光電轉換電池；且光伏電池I還可以為光伏電池陣列串，用以接收會聚的太陽光，太陽光一部分被轉變成電能，另一部分被轉化成熱能；當發(fā)熱電子器件I為集成電路或發(fā)光二極管或發(fā)光三極管，通電后開始做功，其中部分的電能轉化成熱量，通過絕緣導熱材料2傳導至與之相接觸的金屬可焊接層，穿過絕緣膜層，再經過另一金屬可焊接層，將熱量傳導至散熱基板3 ;發(fā)熱電子器件I與絕緣導熱材料 2及絕緣導熱材料2與散熱基板3之間通過焊接實現全接觸固定，有利于熱量的快速傳遞。進ー步，散熱基板3可以再固定在另ー個散熱體上，以進ー步加強總體散熱能力。圖2是本發(fā)明絕緣導熱材料結構示意圖；如圖2所示絕緣導熱材料2包括中間絕緣膜5，厚度小于30微米，例如厚度為12. 5微米，在保證絕緣性能的前提下可盡量減少熱阻，適用在更高散熱功率密度的應用中；牢固附著在絕緣膜正反兩面的金屬可焊接層4和金屬可焊接層6 ;金屬可焊接層4連接于發(fā)熱電子器件；而金屬可焊接層6連接于散熱基板。金屬可焊接層采用真空鍍膜技術直接附著在絕緣膜5表面或采用真空鍍膜技術先直接沉積ー層金屬薄層(比如O. 2-5微米)進行導電化處理，再采用傳統(tǒng)濕法電鍍エ藝鍍上相同或不同種金屬層，也可以直接全部通過真空鍍膜技術獲得金屬可焊接層，以取消通常制造方法中采用的粘接層，以減少絕緣部分的總厚度(通常情況下，常見的類似材料結構依次為銅箔18微米，膠粘層20微米，PI薄膜25微米，膠粘層20微米及銅箔18微米)，降低熱阻，并獲得更優(yōu)良結合力。金屬可焊接層膜層組成成分為Cr、Cu和Sn的組合，其中Cr層作為過渡結合層，直接與絕緣膜結合，在Cr層上逐漸復合沉積Cu層，在Cu層上再沉積Sn層，作為焊接界面，增強可焊性。金屬膜層成分可以為Cr、Cu、Sn材料中的ー種或兩種。絕緣膜為高分子薄膜，例如PET、PC、PMMA、PP、PI及聚四氟こ烯等薄膜；絕緣膜5具有良好的耐熱性能，以便適應后續(xù)的焊接エ序，如PP、PI及聚四氟こ烯等薄膜。優(yōu)選地，絕緣膜5可以為云母薄片，具有優(yōu)良的導熱能力和絕緣特性，并且耐高溫。絕緣膜以薄的PI膜為例，厚度為12. 5um，導熱率大約O. 6-lW/mk，但因為足夠薄，其熱阻很小，是優(yōu)良的導熱體；金屬可焊接層整體致密，且可以與之相接觸的發(fā)熱電子器件和散熱基板焊接連接，整體強度高，且絕緣效果，使用壽命長，取代了傳統(tǒng)的使用EVA和TPT封裝技術，避免了通過機械外力弾性壓合等一系列導致絕緣導熱性能不穩(wěn)定及壓カ損壞薄片電池或絕緣薄膜等情況。圖3是本發(fā)明陣列組串方式連接發(fā)熱電子器件的絕緣散熱電子組件結構示意圖；如圖3所示，多個陣列的發(fā)熱電子器件例如1-1和1-3，通過絕緣導熱材料2焊接于散熱基板3上，多個發(fā)熱電子器件例如包括發(fā)熱電子器件1-1或發(fā)熱電子器件1-3形成的光伏電池陣列的背部的ー極(例如正扱)可以連接至絕緣導熱材料的金屬焊接面；增強導熱性能，并提供固定力。圖4是本發(fā)明陣列組串方式的發(fā)熱電子器件的并聯(lián)連接方式，如圖4所示，絕緣導熱材料2，包括連續(xù)的金屬可焊接層4、絕緣膜5和金屬可焊接層6，散熱基板3與金屬可焊接層6相互焊接連接，發(fā)熱電子器件例如1-1或1-3的背部都直接焊接于金屬可焊接層4上；在發(fā)熱電子器件上通過電學連接器7，例如導線，將相鄰的發(fā)熱電子器件相互電學連接，可完成各發(fā)熱電子器件的并聯(lián)連接。
圖5是本發(fā)明陣列組串方式的發(fā)熱電子器件的串聯(lián)連接方式，如圖5所示，絕緣導熱材料2，包括斷續(xù)的金屬可焊接層4、連續(xù)的絕緣膜5和金屬可焊接層6，散熱基板3與金屬可焊接層6相互焊接連接，發(fā)熱電子器件例如1-1或1-2的背部都直接焊接于各自對應的金屬可焊接層，例如4-1，或4-2上；發(fā)熱電子器件通過電學連接器7，例如導線，連接干與之相鄰發(fā)電熱電子器件對應的金屬可焊接層上，例如電學連接器7將發(fā)熱電子器件1-1與金屬可焊接層4-2相連，將相鄰的發(fā)熱電子器件例如1-1與1-2相互電學連接，可完成各發(fā)熱電子器件的并聯(lián)連接。本發(fā)明專利成本低廉，加工簡單，固定效果優(yōu)良，適宜大規(guī)模使用。
顯而易見，在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前提下，在此描述的本發(fā)明可以有許多變化。因此，所有對于本領域技術人員來說顯而易見的改變，都應包括在本權利要求書所涵蓋的范圍之內。本發(fā)明所要求保護的范圍僅由所述的權利要求書進行限定。
權利要求
1.一種絕緣散熱電子組件，包括發(fā)熱電子器件(I)、散熱基板(3)及二者中間布置的絕緣導熱材料(2);所述絕緣導熱材料(2)包括絕緣膜(5)及牢固附著在絕緣膜(5)正反兩面的金屬可焊接層(4)和￠);雙層金屬可焊接層(4)和(6)分別通過焊接連接于發(fā)熱電子器件(I)和散熱基板(3)。
2.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，絕緣膜(5)的厚度不超過100微米。
3.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，絕緣膜(5)的厚度不超過30微米。
4.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述金屬可焊層(4)和(6)全部或部分采用真空鍍膜工藝附著在絕緣膜(5)表面。
5.根據權利要求4所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述金屬可焊層(4)和 (6)的膜層組成為Cr、Cu或Sn中至少I種。
6.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述絕緣膜(5)為絕緣高分子薄膜。
7.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述絕緣膜(5)為PET、PC、PMMA、PP、PI及聚四氟乙烯等高分子薄膜。
8.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述絕緣膜(5)為云母薄片。
9.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述發(fā)熱電子器件(I)為光伏電池、發(fā)光二極管或三極管、集成電路器等器件。
10.根據權利要求9所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述光伏電池為砷化鎵電池、單晶硅聚光電池、CIGS聚光薄膜電池等多種光電轉換電池。
11.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述發(fā)熱電子器件(I)為通過絕緣膜(5)上面的金屬可焊層(4)進行陣列組串連接的發(fā)熱電子器件組合。
12.根據權利要求I所述的一種絕緣散熱電子組件，其特征在于，所述散熱基板(3)連接固定在散熱裝置上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種絕緣散熱電子組件，提出一種絕緣散熱電子組件，包括發(fā)熱電子器件(1)、散熱基板(3)及二者中間布置的絕緣導熱材料(2)；所述絕緣導熱材料(2)包括絕緣膜(5)及牢固附著在絕緣膜正反兩面的金屬可焊接層(4)和(6)；中間絕緣膜(5)厚小于100微米；雙層金屬可焊接層(4)和(6)分別通過焊接連接于發(fā)熱電子器件(1)和散熱基板(3)。該絕緣導熱材料(2)可實現可焊接，增強與發(fā)熱電子器件(1)之間的固定連接性能；在實現耐高溫絕緣同時實現優(yōu)良的導熱效果；該成本低廉，加工簡單，固定效果優(yōu)良，適宜大規(guī)模使用。
文檔編號H01L23/34GK102856272SQ20111017572
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權日2011年6月27日
發(fā)明者劉陽 申請人:北京兆陽能源技術有限公司