均溫板結構及其製造方法

2023-06-01 23:25:21 1

專利名稱：均溫板結構及其製造方法
技術領域：
一種均溫板結構及其製造方法，尤指一種將金屬材質與陶瓷材質結合組成一均溫板，改善均溫板與發熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂問題的均溫板結構及其製造方法。
背景技術：
按，隨著半導體技術的進步，積體電路的體積亦逐漸縮小，而為了使積體電路能處理更多的資料，相同體積下的積體電路，已經可以容納比以往多上數倍以上的計算元件，當積體電路內的計算元件數量越來越多時，計算元件工作時所產生的熱能亦越來越大，以常見的中央處理器為例，在高滿載的工作量時，中央處理器散發出的熱度，足以使中央處理器整個燒毀，因此，積體電路的散熱裝置變成為重要的課題。 電子設備中之中央處理單元及晶片係為電子設備中的發熱源，當電子設備運作時，則發熱源將會產生熱量，該中央處理單元及晶片外部封裝主要系以陶瓷材料作為封裝材料，該陶瓷材料具有熱膨脹係數低且不導電等性質，並且該熱膨脹係數系與晶片相近，故被大量使用於封裝材料及半導體材料。散熱裝置一般採用鋁、銅材質做散熱結構之材料，並搭配風扇及熱導管等散熱元件來增強散熱效果，不過在考慮散熱裝置整體可靠度時，採用冷卻風扇與熱導管的設計都會損及整體產品的可靠度值。一般而言設計愈簡單散熱裝置整體之可靠度愈好，因此，若能用比銅散熱能力更好的材料做散熱結構材料，可直接改善熱能的傳遞。另外，「熱應力」是散熱裝置與發熱源間另一個可靠度潛在問題。發熱源(如CPU內之晶片)的熱膨脹係數低，業界為追求產品可靠度，多採用AlN(氮化鋁)或SiC(碳化矽)等熱膨脹係數低的陶瓷材料來封裝晶片。再者，舉例來說，於LED散熱之應用領域中，鋁、銅材質的熱膨脹係數比藍寶石(sapphire)高許多，容易導致高亮度LED在長期使用下接合面因熱疲勞(thermalfatigue)產生接合界破裂(crack),衍生接合界面熱阻上升。對於高亮度LED產品，當散熱界面熱阻的上升會造成熱累積並進而損傷LED晶片，造成發光體永久損壞。故針對發熱源外部陶瓷材質與金屬材質之散熱裝置間因不同之熱膨脹係數所衍生之接合面因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂(crack)此一問題則為現行最需改善之目標。

發明內容
為此，為解決上述公知技術之缺點，本發明之主要目的，系提供一種改善均溫板與發熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂問題的均溫板結構。本發明次要目的，系提供一種改善均溫板與發熱源間因熱疲勞(thermalfatigue)產生接合界破裂問題的均溫板結構的製造方法。
為達上述之目的，本發明系提供一種均溫板結構，系包含一本體；所述本體具有一金屬板體及一陶瓷板體，該金屬板體對應蓋合該陶瓷板體並共同界定一腔室，該腔室內具有一毛細結構及一支撐結構及工作流體，所述毛細結構設於前述腔室內壁，該支撐結構連接該金屬板體及該陶瓷板體。所述毛細結構係為燒結粉末體及網格體及多個溝槽其中任一；所述陶瓷板體材質係為氮化矽(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任一；所述支撐結構係為銅柱。所述支撐結構系通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法(DirectBonding Cooper, DBC)其中任一方式與該陶瓷板體結合。
為達上述之目的，本發明系提供一種均溫板結構之製造方法，系包含下列步驟提供一金屬板體及一陶瓷板體；分別於該金屬板體及該陶瓷板體相對應之一側設置毛細結構及支撐結構；將該金屬板體及該陶瓷板體對應蓋合，並進行抽真空與填入工作流體，最後密封構形成一均溫板。該金屬板體及該陶瓷板體系通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法(Direct Bonding Cooper, DBC)其中任一方式結合。本發明直接將陶瓷本體與均溫板結合，再由陶瓷板體與發熱源外部之陶瓷外表面結合，即可改善均溫板與發熱源間因不同熱膨脹係數所產生的熱疲勞(thermal fatigue)所衍生的接合界破裂問題。


圖Ia為本發明之均溫板結構第一實施例之立體分解圖；圖Ib為本發明之均溫板結構第一實施例之立體組合圖；圖2為本發明之均溫板結構第一實施例之剖視圖；圖3為本發明之均溫板結構第二實施例之剖視圖；圖4為本發明之均溫板結構第三實施例之剖視圖；圖5為本發明之均溫板結構之製造方法步驟流程圖。主要元件符號說明本體 I金屬板體11陶瓷板體12腔室13毛細結構14支撐結構15工作流體1具體實施例方式本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。請參閱圖la、圖lb、圖2，為本發明之均溫板結構第一實施例之立體分解及組合圖與剖視圖，如圖所示，所述均溫板結構，系包含一本體I;所述本體I具有一金屬板體11及一陶瓷板體12，該金屬板體11對應蓋合該陶瓷板體12，並共同界定一腔室13，該腔室13內具有一毛細結構14及一支撐結構15，所述毛細結構14設於前述腔室13內壁，該支撐結構15連接該金屬板體11及該陶瓷板體12，所述腔室內具有工作流體16。所述毛細結構14系以燒結粉末體作為說明但並不引以為限。所述陶瓷板體12材質係為氮化矽(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任
一
所述支撐結構15系通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法(Direct Bonding Cooper, DBC)其中任一方式與該陶瓷板體12結合。所述支撐結構15係為銅柱；所述金屬板體11之材質係為銅材質及鋁材質及不鏽鋼及散熱與導熱性質較佳之材質其中任一。請參閱圖3，為本發明之均溫板結構第二實施例之剖視圖，如圖所示，本實施例系與前述第一實施例部分結構及連結關係相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述第一實施例不同處係為所述毛細結構14系以網格體作為說明但並不引以為限。請參閱圖4，為本發明之均溫板結構第三實施例之剖視圖，如圖所示，本實施例系與前述第一實施例部分結構及連結關係相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述第一實施例不同處係為所述毛細結構14系以多個溝槽作為說明但並不引以為限。請參閱圖5，為本發明之均溫板結構之製造方法步驟流程圖，並一併參閱圖I 圖4，如圖所示，本發明均溫板結構之製造方法，系包含下列步驟SI :提供一金屬板體及一陶瓷板體；系提供一金屬板體11及一陶瓷板體12,所述金屬板體11之金屬材質係為銅材質及鋁材質及不鏽鋼及散熱與導熱性質較佳之材質其中任一，本說明實施例系以銅材質作為說明但不引以為限，所述陶瓷板體12之陶瓷材質係為氮化矽(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任一，本說明實施例系以氧化鋁(Al2O3)作為說明但並不僅限於此種物質。S2 :分別於該金屬板體及該陶瓷板體相對應之一側設置毛細結構及支撐結構；於前述金屬板體11與陶瓷板體12相對應之一側設置毛細結構14及支撐結構15，所述毛細結構14係為燒結粉末體及網格體及多個溝槽其中任一，其中當所述毛細結構14選擇為燒結粉末體時系可通過燒結之方式將燒結粉術成型於金屬板體11與陶瓷板體12上。當所述毛細結構14選擇為該網格體時系通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法(Direct Bonding Cooper,DBC)其中任一方式將該網格體與該陶瓷板體12及該金屬板體結合11。當所述毛細結構14選擇為多個溝槽時，系先於該金屬板體11與該陶瓷板體12施以機械加工對該金屬板體11及該陶瓷板體12進行開設溝槽，所述機械加工為銑銷及刨銷及雷射切割及蝕刻其中任一。所述支撐結構15係為銅柱，且亦可同樣通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法(Direct Bonding Cooper, DBC)其中任一方式先與該陶瓷板體12或先與金屬板體11結合。
S3:將該金屬板體及該陶瓷板體對應蓋合併進行抽真空與填入工作流體最後密封構形成一均溫板。將金屬板體11及該陶瓷板體12對應蓋合併通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法(Direct Bonding Cooper, DBC)其中任一方式將兩者固定接合,並施以抽真空以及填入工作流體16，最後密封構形成一均溫板。本發明主要系透將均溫板與發熱源接觸傳導熱量之一側直接以陶瓷板體12取代傳統均溫板一側之金屬板體，通過陶瓷板體12之熱膨脹係數與發熱源外部封裝之陶瓷外殼相近，故可避免均溫板與發熱源間因不同熱膨脹係數所產生的熱疲勞(thermalfatigue)所衍生的接合界破裂問題，並且可增加散熱元件所適用之領域。
權利要求
1.一種均溫板結構,其特徵在於,包含 一本體，具有一金屬板體及一陶瓷板體，該金屬板體對應蓋合該陶瓷板體並共同界定一腔室，該腔室內具有一毛細結構及一支撐結構及工作流體，所述毛細結構設於前述腔室內壁，該支撐結構連接該金屬板體及該陶瓷板體。
2.如權利要求I所述的均溫板結構，其特徵在於，所述毛細結構為燒結粉末體及網格體及多個溝槽其中任一。
3.如權利要求I所述的均溫板結構，其特徵在於，所述陶瓷板體材質為氮化矽(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任一。
4.如權利要求I所述的均溫板結構，其特徵在於，所述支撐結構是通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法其中任一方式與該陶瓷板體及該金屬板體結合。
5.如權利要求I所述的均溫板結構，其特徵在於，所述支撐結構為銅柱。
6.如權利要求I所述的均溫板結構，其特徵在於，所述金屬板體的材質為銅材質及鋁材質及不鏽鋼及散熱與導熱性質較佳的材質其中任一。
7.—種均溫板結構的製造方法，其特徵在於，包含下列步驟 提供一金屬板體及一陶瓷板體； 分別於該金屬板體及該陶瓷板體相對應的一側設置毛細結構及支撐結構； 將該金屬板體及該陶瓷板體對應蓋合併進行抽真空與填入工作流體最後密封構形成一均溫板。
8.如權利要求7所述的均溫板結構的製造方法，其特徵在於，所述毛細結構為燒結粉末體及網格體及多個溝槽其中任一。
9.如權利要求7所述的均溫板結構的製造方法，其特徵在於，所述陶瓷板體材質為氮化矽(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任一。
10.如權利要求7所述的均溫板結構的製造方法，其特徵在於，所述支撐結構是通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法其中任一方式與該陶瓷板體及該金屬板體結合。
11.如權利要求7所述的均溫板結構的製造方法，其特徵在於，所述支撐結構為銅柱。
12.如權利要求7所述的均溫板結構的製造方法，其特徵在於，所述步驟將該金屬板體及該陶瓷板體對應蓋合併進行抽真空與填入工作流體最後密封構形成一均溫板，該金屬板體及該陶瓷板體是通過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法其中任一方式彡口口
全文摘要
一種均溫板結構及其製造方法，該均溫板結構，包含一本體具有一金屬板體及一陶瓷板體，並對應蓋合共同界定一腔室，該腔室具有一毛細結構及一支撐結構及工作流體，該金屬與陶瓷板體結合以及與毛細結構及支撐結構結合是通過焊接或直接覆銅法之方式完成，被用以改善均溫板與發熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂問題。
文檔編號H01L21/48GK102956583SQ20111025171
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月29日 優先權日2011年8月29日
發明者楊修維 申請人:奇鋐科技股份有限公司