[发明专利]钼铜或钨铜合金等热沉材料为基板的复合均热板制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种均热板的制造，该均热板的设计将热沉材料与常规均热板的结构设计实现一体化，将所需的散热源如芯片可直接集成在均热板的热沉材料面上，大大减少了原有的均热板和热沉材料集成所产生的热阻和所需的厚度空间要求，可达到快速导热和散热的目的，并提高可靠性。

背景技术

热管理是现代装备发展的一个非常重要的环节，因为对半导体电子装备的运行温度有效的热控制，可以确保其工作的稳定性和可靠性。实现热管理的器件和方法较多，其中均热板是一种适合大功率应用的主要电子热管理器件。

作为半导体电子器件的均热板(VaporChamber)通常是一个内壁具有微观毛细结构的高真空腔体，其结构是由上盖板、下底板、毛细吸液芯和铜柱构成。作为吸液芯的毛细结构材料和上盖板下底板之间经高温烧结连接在一起，上盖板和下底板之间经扩散焊接或铜银钎焊焊接而成，再将腔体通过对连接毛细铜管通过抽真空、注液和封装焊接等工序制得。应用时，当热由半导体的芯片热源传导至均热板下底板的蒸发区时，腔体里面的液相介质会在高真空度的环境中，开始发生液相气化，吸收热能并且体积迅速膨胀，并快速充满整个蒸汽腔，气相的介质快速通过蒸汽腔，传导到一个较冷的区域时便发生凝结现象，借由气-液转变释放出介质的相变潜热，凝结后的液相介质会借由内壁上微结构的毛细现象再快速回流到热源的蒸发端，此过程将在腔体内快速地进行循环，这就是均热板的工作过程。由于蒸发端吸液芯的微结构具有很强的毛细力，介质吸附在毛细的吸液芯上，所以均热板的工作是不受重力影响，其具有反重力特性即应用过程的无方向性。均热板具有扩展热阻低、均匀的热通量、热量快速扩散、重量轻和无噪音等优点，正在得到重视和不断开发之中。

通常情况下，半导体芯片特别是如晶闸管、IGBT、IGCT等大功率电力电子器件的芯片因为对温度变化产生的热应力非常敏感，通常需将其设计贴附在热沉材料上，该热沉材料需要具有良好的导热性能和低的热膨胀系数。当热沉材料的热膨胀系数和相应的芯片材料的热膨胀系数相近时，芯片随使用过程和环境温度变化时产生的热应力就小，确保其安全工作。然后再将热沉材料通过焊接或导热胶连接在均热板及其相应的散热模组上，实现芯片等热源所需的快速高效的导热和散热目的。

但是，通常的芯片等热源与均热板的连接过程是通过热沉材料再和均热板散热模组结合，如图1所示，这样就至少增加了两层热阻，一是热沉材料本身的热阻，二是热沉材料与均热板连接的焊接层或导热胶的热阻。热阻是影响芯片散热和工作稳定性的一个至关重要的参数。此外增加了连接层，也造成了结构变化、几何尺寸和重量的增大，相对降低了器件的可靠性。因为多一层连接，就多一次可能接触失效的可能性。针对这一问题，为了提高散热效果，减少热阻和确保芯片和散热模组结合的可靠性，提出了本发明。

发明内容

本发明是鉴于芯片等热源导热和散热过程所需进一步减少热阻的要求，提升芯片等热源集成过程的可靠性，提出将热沉材料如钼铜合金或钨铜合金直接设计成均热板的下底板，从而将常规的集成结构：芯片+结合层+热沉材料+结合层+均热板散热模组，大大改进并简化，形成精简的集成结构：芯片+结合层+均热板散热模组。该均热板实现了热沉和均热的效果。所以该发明大大降低了原多层结构集成所产生的热阻，并节省所需的厚度空间，实现了轻、薄和快速导热和散热的目的。

该发明提出了将热沉材料如钼铜或钨铜合金作为均热板的下底板，与无氧纯铜上盖板的形成复合结构均热板的制造方法。也就是均热板的下底板根据设计要求，采用钼铜合金或钨铜合金。因为钼铜合金和钨铜合金具有很好的物理性能，如高的热导性能、耐热性能及低的热膨胀系数等，也具有良好的力学性能如高弹性模量，可满足大功率的集成电路和微波器件的热沉应用。用该热沉板材作为均热板的一个面，这样就可实现热沉材料和均热板的一体化，保证半导体芯片随温度变化的热应力的影响不大，大大降低芯片与所需散热整个模组集成的热阻，提高芯片的工作稳定性和可靠性，有效解决高发热量电子元件的散热问题。

附图说明

图1常规芯片和热沉材料及均热板模组结合的结构示意图

图2芯片与复合结构均热板（热沉材料和均热板一体化）的结构示意图

图350*50*3.2mm的方形复合结构均热板内部设计及结构示意图

图4直径为100，厚度为2.6mm圆形的复合结构均热板内部设计、支撑柱模板与结构示意图

具体实例

例一，尺寸为50*50*3.2mm的方形结构钼铜复合均热板的制造