一种功率MOS管及其制造方法与流程

本发明涉及电子工程技术领域，特别涉及一种功率MOS管及其制造方法。

背景技术：

功率MOS管又叫做功率MOS场效应晶体管，是电子设备中一种常见的开关元件，由于功率MOS管用栅极电压来控制漏极电流，具有驱动电路简单、所需驱动功率小、开关速度快、工作频率高及热稳定性较高的特点，被广泛应用于个人电脑、服务器等计算机设备。

由于功率MOS管的功率比较大，因此功率MOS管在工作过程中会产生较多的热量，需要对功率MOS管进行及时冷却，防止功率MOS管由于温度过高而损坏，以保证相应计算机设备能够正常的工作。

目前，对功率MOS管进行冷却的方法主要是通过设置专门的散热铜排，散热铜排能够传导功率MOS管产生的热量，并可以将传导的热量散失到空气中，以实现对功率MOS管的冷却。

针对于现有技术的功率MOS管，由于需要设置专门的散热铜排对其进行冷却，导致对功率MOS管进行冷却的成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种功率MOS管及其制造方法，能够降低对功率MOS管进行冷却的成本。

本发明实施例提供了一种功率MOS管，包括：MOS管本体及散热背板，其中，所述散热背板的面积由所述MOS管本体的参数确定；

所述散热背板与所述MOS管本体的背部固定连接；

所述散热背板通过锡焊的方式与外部的电路板相连；

所述散热背板，用于吸收所述MOS管本体产生的热量，并对吸收的热量进行散失。

优选地，

所述散热背板的面积与所述MOS管本体的参数具有如下公式一所示的对应关系，其中所述公式一包括：

S＝K*{T-R_θ*[D*I²*R+f*(E₁+E₂+V*Q)]}

其中，所述S为所述散热背板的面积，所述K为所述散热背板对应材料的导热率，所述T为所述MOS管本体内PN结允许的最高温度，所述R_θ为所述PN结与所述MOS管本体的壳体之间的热阻，所述D为所述MOS管本体工作时的开通占空比，所述I为所述MOS管本体的漏极允许的最大峰值电流，所述R为所述PN结导通时的电阻，所述f为所述MOS管本体的工作频率，所述E₁为所述MOS管本体导通时单次损耗能量，所述E₂为所述MOS管本体关断时单次损耗能量，所述V为所述MOS管本体的栅极电压，所述Q为所述MOS管本体栅极存储的电荷量。

优选地，

所述散热背板上设置有至少一个通孔；

所述至少一个通孔，用于在通过锡焊将所述散热背板与所述电路板相连时，容纳多余的焊料。

优选地，

所述至少一个通孔的面积之和由所述散热背板的面积及厚度确定；

所述至少一个通孔的面积之和与所述散热背板的面积及厚度具有如下公式二所示的对应关系，其中所述公式二包括：

$S^{\′}\≥C*\frac{S}{d}$

其中，所述S′为所述至少一个通孔的面积之和，所述C为常数，所述S为所述散热背板的面积，所述d为所述散热背板的厚度。

优选地，

所述散热背板通过铝合金材料制成。

本发明实施例还提供了一种对上述实施例提供的任意一种功率MOS管进行制造的方法，包括：

根据所述MOS管本体的参数确定所述散热背板的面积；

将所述散热背板与所述MOS管本体的背部固定连接；

通过锡焊的方式将所述散热背板与外部的电路板相连。

优选地，

所述根据所述MOS管本体的参数确定所述散热背板的面积，包括：

根据所述MOS管本体的参数，通过如下公式一确定所述散热背板的面积，其中所述公式一包括：

S＝K*{T-R_θ*[D*I²*R+f*(E₁+E₂+V*Q)]}

其中，所述S为所述散热背板的面积，所述K为所述散热背板对应材料的导热率，所述T为所述MOS管本体内PN结允许的最高温度，所述R_θ为所述PN结与所述MOS管本体的壳体之间的热阻，所述D为所述MOS管本体工作时的开通占空比，所述I为所述MOS管本体的漏极允许的最大峰值电流，所述R为所述PN结导通时的电阻，所述f为所述MOS管本体的工作频率，所述E₁为所述MOS管本体导通时单次损耗能量，所述E₂为所述MOS管本体关断时单次损耗能量，所述V为所述MOS管本体的栅极电压，所述Q为所述MOS管本体栅极存储的电荷量。

优选地，

在所述通过锡焊的方式将所述散热背板与外部的电路板相连之前，进一步包括：

在所述散热背板上设置至少一个通孔，以在通过锡焊将所述散热背板与所述电路板相连时，通过所述至少一个通孔容纳多余的焊料。

优选地，

所述在所述散热背板上设置至少一个通孔，包括：

根据所述散热背板的面积及厚度，通过如下公式二确定通孔的面积，其中所述公式二包括：

$S^{\′}\≥C*\frac{S}{d}$

其中，所述S′为所述通孔面积，所述C为常数，所述S为所述散热背板的面积，所述d为所述散热背板的厚度；

根据确定出的所述通孔面积，在所述热板背板上设置至少一个通孔，其中所述至少一个通孔的面积之和等于所述通孔面积。

优选地，

所述在所述散热背板上设置至少一个通孔，包括：

通过激光切割的方式在所述散热背板上切割至少一个通孔。

本发明实施例提供了一种功率MOS管及其制造方法，MOS管本体的背部与散热背板固定连接，散热背板通过锡焊的方式与外部的电路板相连，散热背板能够吸收MOS管本体产生的热量，并能够对吸收的热量进行散失，从而实现对MOS管本体进行冷却。通过将MOS管本体与散热背板固定连接形成功率MOS管，由于散热背板自身能过对MOS管本体产生的热量进行散失，因而无需单独为功率MOS管设置冷却铜排，节省设置冷却铜排的材料费用及工艺费用，从而可以降低对功率MOS管进行冷却的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种功率MOS管的示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的一种功率MOS管的示意图；

图3是本发明一个实施例提供的一种功率MOS管的制造方法流程图；

图4是本发明另一个实施例提供的一种功率MOS管的制造方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种功率MOS管，包括：MOS管本体101及散热背板102；

所述散热背板102的面积由所述MOS管本体101的参数确定；

所述散热背板102与所述MOS管本体101的背部固定连接；

所述散热背板102通过锡焊的方式与外部的电路板相连；

所述散热背板102，用于吸收所述MOS管本体101产生的热量，并对系统的热量进行散失。

本发明实施例提供了一种功率MOS管，MOS管本体的背部与散热背板固定连接，散热背板通过锡焊的方式与外部的电路板相连，散热背板能够吸收MOS管本体产生的热量，并能够对吸收的热量进行散失，从而实现对MOS管本体进行冷却。通过将MOS管本体与散热背板固定连接形成功率MOS管，由于散热背板自身能过对MOS管本体产生的热量进行散失，因而无需单独为功率MOS管设置冷却铜排，节省设置冷却铜排的材料费用及工艺费用，从而可以降低对功率MOS管进行冷却的成本。

在本发明一个实施例中，为了保证散热背板能够有效地对MOS管本体产生的热量进行散失，需要散热背板具有足够的面积，同时又要避免散热背板的面积太大影响功率MOS管的安装，因此需要根据MOS管本体的参数来确定散热背板的面积，可以通过如下公式一所示的散热背板面积与MOS管本体参数的对应关系，来确定散热背板的面积；

所述公式一为：

S＝K*{T-R_θ*[D*I²*R+f*(E₁+E₂+V*Q)]}

其中，所述S为所述散热背板的面积，所述K为所述散热背板对应材料的导热率，所述T为所述MOS管本体内PN结允许的最高温度，所述R_θ为所述PN结与所述MOS管本体的壳体之间的热阻，所述D为所述MOS管本体工作时的开通占空比，所述I为所述MOS管本体的漏极允许的最大峰值电流，所述R为所述PN结导通时的电阻，所述f为所述MOS管本体的工作频率，所述E₁为所述MOS管本体导通时单次损耗能量，所述E₂为所述MOS管本体关断时单次损耗能量，所述V为所述MOS管本体的栅极电压，所述Q为所述MOS管本体栅极存储的电荷量。

具体地，由于MOS管本体内PN结允许的高温温度、PN结与MOS管本体的壳体之间的热阻、MOS管本体工作时的开通占空比、MOS管本体漏极允许的最大峰值电流、MOS管本体内PN结导通时的电阻、MOS管本体的工作频率、MOS管本体导通时单次损耗能量、MOS管本体关断时单次损耗能量、MOS管本体的栅极电压及MOS管本体栅极存储的电荷量都会对MOS管本体的产热量造成影响；同时，散热背板对应材料的导热率也会对散热背板的散热效果产生影响。因而，通过上述公式一包括的MOS管本体的各个参数及散热背板的导热率，来确定散热背板的面积，可以保证所确定散热背板的面积能过能够散热背板对MOS管本体进行冷却的要求，同时保证散热背板的面积方便对功率MOS管的安装。

在本发明一个实施例中，散热背板通过锡焊的方式与电路板相连，在对散热背板进行焊接的过程中，由于散热背板及MOS管本体的质量都比较轻，在液态焊料的浮力作用下，散热背板会随液态焊料的流动而发生偏移，导致散热背板焊接不良的问题出现。在散热背板上设置至少一个通孔，在对散热背板进行焊接的过程中，至少一个通孔可以容纳焊接过程中产生的多余焊料，降低液态焊料对散热背板产生的浮力，从而降低散热背板随液态焊料流动而发生偏移的风险。另外，通过在散热背板上设置通孔，通孔中可以容纳较多的焊料，增加散热背板与电路板连接的作用力，从而可以提高对散热背板进行焊接的稳定性。

例如，如图2所述，MOS管本体201的背面与散热背板202固定连接，散热背板202上设置有一个通孔203。当需要将散热背板202固定在电路板上时，通过锡焊的方式对散热背板202进行焊接，在焊接的过程中，液态锡焊料会流动到通孔203中，由于液态锡焊料进入通孔203，可以减少散热背板202与电路板之间的液态锡焊料，从而减小液态锡焊料对散热背板202的浮力作用，降低了散热背板202随液态锡焊料流动发生偏移的风险。在将散热背板202焊接到电路板上之后，由于通孔203中容纳有较多的已经凝固的焊料，增加了散热背板202与电路板之间的连接强度，提高散热背板202的连接稳定性。

在本发明一个实施例中，在散热背板上所设置通孔的面积由散热背板的面积及厚度确定，具体地，在散热背板上设置通孔时，通过如下公式二确定各个通孔的面积之和，其中公式二如下：

$S^{\′}\≥C*\frac{S}{d}$

其中，所述S′为所述至少一个通孔的面积之和，所述C为常数，所述S为所述散热背板的面积，所述d为所述散热背板的厚度。

具体地，散热背板的面积越大，在对散热背板进行焊接时，散热背板与电路板之间的液态焊料越多，相应地多余的焊料也越多，为了保证散热背板上的通孔能够容纳多余的焊料，需要保证通孔具有足够的容纳焊料的空间；通孔容纳焊料的空间由散热背板的厚度及通孔的面积决定，在散热背板的厚度一定的前提下，通孔的面积越大容纳焊料的空间越大。

通过如上公式二所示的通孔面积之和与散热背板面积及厚度的对应关系，确定散热背板上所设置通孔的面积之和，可以保证所确定的通孔具有足够的容纳焊料的空间，进而可以保证在对散热背板进行焊接的过程中散热背板不会发生偏移，提高对散热背板进行焊接的稳定性。

在本发明一个实施例中，散热背板可以通过铝合金材料制成。由于铝合金材料具有较高的导热率，通过铝合金材料制造散热背板，可以保证散热背板能够有效地对MOS管本体产生的热量进行散失；另外，由于铝合金材料的密度较小，通过铝合金材料制造散热背板可以保证功率MOS管的总重量较小；当同一个电路板包括多个功率MOS管时，可以减少电路板的总重量。

如图3所示，本发明一个实施例提供了一种对本发明实施例提供的任意一种功率MOS管进行制造的方法，该方法可以包括以下步骤：

步骤301：根据所述MOS管本体的参数确定所述散热背板的面积；

步骤302：将所述散热背板与所述MOS管本体的背部固定连接；

步骤303：通过锡焊的方式将所述散热背板与外部的电路板相连。

本发明实施例提供了一种对功率MOS管进行制造的方法，根据MOS管本体的参数确定散热背板的面积后，将具有对应面积的散热背板与MOS管本体的背部固定连接后，通过锡焊的方式将散热背板与外部的电路板相连。由于散热背板本身可以吸收MOS管本体产生的热量，并对吸收的热量进行散失，因而无需单独为功率MOS管设置散热铜排，节省了设置冷却铜排的材料费用及工艺费用，从而可以降低对功率MOS管进行冷却的成本。

在本发明一个实施例中，对根据MOS管本体的参数对散热背板的面积进行确定时，可以通过如下公式一所示的散热背板面积与MOS管本体的对应关系，来确定散热背板的面积，其中公式一如下：

S＝K*{T-R_θ*[D*I²*R+f*(E₁+E₂+V*Q)]}

其中，所述S为所述散热背板的面积，所述K为所述散热背板对应材料的导热率，所述T为所述MOS管本体内PN结允许的最高温度，所述R_θ为所述PN结与所述MOS管本体的壳体之间的热阻，所述D为所述MOS管本体工作时的开通占空比，所述I为所述MOS管本体的漏极允许的最大峰值电流，所述R为所述PN结导通时的电阻，所述f为所述MOS管本体的工作频率，所述E₁为所述MOS管本体导通时单次损耗能量，所述E₂为所述MOS管本体关断时单次损耗能量，所述V为所述MOS管本体的栅极电压，所述Q为所述MOS管本体栅极存储的电荷量。

具体地，由于MOS管本体产生的热量与对应的参数相关，而散热背板的散热能力与散热背板材料的导热率相关，通过MOS管本体的各个参数及散热背板材料的导热率来确定散热背板的面积，可以保证所确定散热背板的面积能过能够散热背板对MOS管本体进行冷却的要求，同时防止散热背板的面积过大影响对功率MOS管的安装。

在本发明一个实施例中，在通过锡焊将散热背板与电路板相连之前，首先在散热背板上设置至少一个通孔。散热背板上的通孔可以在锡焊的过程中容纳多余的液态焊料，降低液态焊料对散热背板产生的浮力，从而降低散热背板随液态焊料流动而发生偏移的风险。另外，通过在散热背板上设置通孔，通孔中可以容纳较多的焊料，增加散热背板与电路板连接的作用力，从而可以提高对散热背板进行焊接的稳定性。

在本发明一个实施例中，在散热背板上设置通孔时，首先需要确定通孔的面积。确定通孔面积时，可以通过如下公式二所示的通孔面积与散热背板面积和厚度的对应关系，来确定通孔面积。公式二如下：

$S^{\′}\≥C*\frac{S}{d}$

其中，所述S′为所述通孔面积，所述C为常数，所述S为所述散热背板的面积，所述d为所述散热背板的厚度；

在根据如上公式二确定出通孔面积后，在散热背板上设置至少一个通孔，各个通孔的面积之等于通过上述公式二确定出的通孔面积。

具体地，通过如上公式二所示的通孔面积之和与散热背板面积及厚度的对应关系，确定散热背板上所设置通孔的面积之和，可以保证所确定的通孔具有足够的容纳焊料的空间，进而可以保证在对散热背板进行焊接的过程中散热背板不会发生偏移，提高对散热背板进行焊接的稳定性。

在本发明一个实施例中，在确定散热通孔的面积之后，可以通过激光切割的方式在散热背板上切割出至少一个通孔，使各个通孔的面积之和等于确定出的通孔面积之和。由于激光切割具有较高的精度，通过激光切割的方式来加工通孔，可以保证加工出的各个通孔的面积与确定的面积之和相同，同时能够保证加工出的通孔的形状的规则性，进而保证制造出的功率MOS管具有较高的质量稳定性。

下面结合具体地实施例，对本发明实施例提供的功率MOS管进行制造方法作进一步详细说明。

如图4所示，本发明一个实施例提供了一种功率MOS管的制造方法，该方法可以包括以下步骤：

步骤401：根据MOS管本体的参数确定散热背板的面积。

在本发明一个实施例中，在确定MOS管本体的参数后，根据MOS管本体的各个参数确定对应散热背板的面积，具体地可以通过如下公式一来计算散热背板的面积，其中公式一如下：

S＝K*{T-R_θ*[D*I²*R+f*(E₁+E₂+V*Q)]}

其中，所述S为所述散热背板的面积，所述K为所述散热背板对应材料的导热率，所述T为所述MOS管本体内PN结允许的最高温度，所述R_θ为所述PN结与所述MOS管本体的壳体之间的热阻，所述D为所述MOS管本体工作时的开通占空比，所述I为所述MOS管本体的漏极允许的最大峰值电流，所述R为所述PN结导通时的电阻，所述f为所述MOS管本体的工作频率，所述E₁为所述MOS管本体导通时单次损耗能量，所述E₂为所述MOS管本体关断时单次损耗能量，所述V为所述MOS管本体的栅极电压，所述Q为所述MOS管本体栅极存储的电荷量。

步骤402：根据散热背板的面积及厚度，确定通孔面积。

在本发明一个实施例中，在确定出散热背板的面积后，根据散热背板的面积和厚度，确定在散热背板上所设置通孔的面积。具体地，可以通过如下公式二计算在散热背板上所设置通孔的面积，其中公式二如下：

$S^{\′}\≥C*\frac{S}{d}$

其中，所述S′为所述至少一个通孔的面积之和，所述C为常数，所述S为所述散热背板的面积，所述d为所述散热背板的厚度。

步骤403：根据确定出的通孔面积，在散热背板上设置通孔。

在本发明一个实施例中，在确定出通孔面积后，通过激光切割的方式在散热背板上切割至少一个通孔，使切割出的各个通孔的面积等于所确定的通孔面积。

例如，通过激光切割的方式在散热背板上切割一个矩形通孔，矩形通孔的面积等于步骤402中通过公式二确定的通孔面积。

步骤404：将MOS管本体的背部与散热背板固定连接。

在本发明一个实施例中，在散热背板上加工出通孔后，将MOS管本体的背部与散热背板固定连接，其中散热背板上通孔的部位与MOS管本体不相连，具体散热背板与MOS管本体的相对位置如图2所示。

步骤405：通过锡焊的方式将散热背板与电路板固定连接。

在本发明一个实施例中，在将MOS管本体与散热背板固定连接后，通过锡焊的方式将散热背板固定在电路板上，固定完成后散热背板位于MOS管本体与电路板之间。电路板上包括有至少一个功率MOS管及其他电子元件，组成具有相应功能的主板，比如形成电脑主板、服务器主板等。

本发明实施例提供的功率MOS管及其制造方法，至少具有如下有益效果：

1、在本发明实施例提供的功率MOS管及其制造方法中，MOS管本体的背部与散热背板固定连接，散热背板通过锡焊的方式与外部的电路板相连，散热背板能够吸收MOS管本体产生的热量，并能够对吸收的热量进行散失，从而实现对MOS管本体进行冷却。通过将MOS管本体与散热背板固定连接形成功率MOS管，由于散热背板自身能过对MOS管本体产生的热量进行散失，因而无需单独为功率MOS管设置冷却铜排，节省设置冷却铜排的材料费用及工艺费用，从而可以降低对功率MOS管进行冷却的成本。

2、在本发明实施例提供的功率MOS管及其制造方法中，散热背板的面积可以根据MOS管本体的各个参数及散热背板的导热率来确定，MOS管本体的各个参数反映了MOS管本体的产热情况，散热背板的导热率反映了散热背板的散热能力；根据MOS管本体的各个参数及散热背板的导热率来确定散热背板的面积，可以保证所确定散热背板的面积能过能够散热背板对MOS管本体进行冷却的要求，同时保证散热背板的面积方便对功率MOS管的安装。

3、在本发明实施例提供的功率MOS管及其制造方法中，散热背板上设置有至少一个通孔，在对散热背板进行焊接的过程中，通孔可以容纳焊接过程中产生的多余焊料，降低液态焊料对散热背板产生的浮力，从而降低散热背板随液态焊料流动而发生偏移的风险。另外，通过在散热背板上设置通孔，通孔中可以容纳较多的焊料，增加散热背板与电路板连接的作用力，从而可以提高对散热背板进行焊接的稳定性。

4、在本发明实施例提供的功率MOS管及其制造方法中，散热背板上通孔的面积可以根据散热背板的面积及厚度来确定，散热背板的面积越大，在对散热背板进行焊接时，散热背板与电路板之间的液态焊料越多，相应地多余的焊料也越多，根据散热背板的面积及厚度来确定通孔的面积，可以保证所确定的通孔具有足够的容纳焊料的空间，进而可以保证在对散热背板进行焊接的过程中散热背板不会发生偏移，提高对散热背板进行焊接的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。