專(zhuān)利名稱(chēng)：均溫板結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種均溫板結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤指一種將金屬材質(zhì)與陶瓷材質(zhì)結(jié)合組成一均溫板，改善均溫板與發(fā)熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產(chǎn)生接合界破裂問(wèn)題的均溫板結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
按，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)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(jīng)可以容納比以往多上數(shù)倍以上的計(jì)算元件，當(dāng)積體電路內(nèi)的計(jì)算元件數(shù)量越來(lái)越多時(shí)，計(jì)算元件工作時(shí)所產(chǎn)生的熱能亦越來(lái)越大，以常見(jiàn)的中央處理器為例，在高滿載的工作量時(shí)，中央處理器散發(fā)出的熱度，足以使中央處理器整個(gè)燒毀，因此，積體電路的散熱裝置變成為重要的課題。 電子設(shè)備中之中央處理單元及晶片系為電子設(shè)備中的發(fā)熱源，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)作時(shí)，則發(fā)熱源將會(huì)產(chǎn)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系數(shù)低且不導(dǎo)電等性質(zhì)，并且該熱膨脹系數(shù)系與晶片相近，故被大量使用于封裝材料及半導(dǎo)體材料。散熱裝置一般采用鋁、銅材質(zhì)做散熱結(jié)構(gòu)之材料，并搭配風(fēng)扇及熱導(dǎo)管等散熱元件來(lái)增強(qiáng)散熱效果，不過(guò)在考慮散熱裝置整體可靠度時(shí)，采用冷卻風(fēng)扇與熱導(dǎo)管的設(shè)計(jì)都會(huì)損及整體產(chǎn)品的可靠度值。一般而言設(shè)計(jì)愈簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)材料，可直接改善熱能的傳遞。另外，“熱應(yīng)力”是散熱裝置與發(fā)熱源間另一個(gè)可靠度潛在問(wèn)題。發(fā)熱源(如CPU內(nèi)之晶片)的熱膨脹系數(shù)低，業(yè)界為追求產(chǎn)品可靠度，多采用AlN(氮化鋁)或SiC(碳化硅)等熱膨脹系數(shù)低的陶瓷材料來(lái)封裝晶片。再者，舉例來(lái)說(shuō)，于LED散熱之應(yīng)用領(lǐng)域中，鋁、銅材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)比藍(lán)寶石(sapphire)高許多，容易導(dǎo)致高亮度LED在長(zhǎng)期使用下接合面因熱疲勞(thermalfatigue)產(chǎn)生接合界破裂(crack),衍生接合界面熱阻上升。對(duì)于高亮度LED產(chǎn)品，當(dāng)散熱界面熱阻的上升會(huì)造成熱累積并進(jìn)而損傷LED晶片，造成發(fā)光體永久損壞。故針對(duì)發(fā)熱源外部陶瓷材質(zhì)與金屬材質(zhì)之散熱裝置間因不同之熱膨脹系數(shù)所衍生之接合面因熱疲勞(thermal fatigue)產(chǎn)生接合界破裂(crack)此一問(wèn)題則為現(xiàn)行最需改善之目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
為此，為解決上述公知技術(shù)之缺點(diǎn)，本發(fā)明之主要目的，系提供一種改善均溫板與發(fā)熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產(chǎn)生接合界破裂問(wèn)題的均溫板結(jié)構(gòu)。本發(fā)明次要目的，系提供一種改善均溫板與發(fā)熱源間因熱疲勞(thermalfatigue)產(chǎn)生接合界破裂問(wèn)題的均溫板結(jié)構(gòu)的制造方法。
為達(dá)上述之目的，本發(fā)明系提供一種均溫板結(jié)構(gòu)，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(duì)應(yīng)蓋合該陶瓷板體并共同界定一腔室，該腔室內(nèi)具有一毛細(xì)結(jié)構(gòu)及一支撐結(jié)構(gòu)及工作流體，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)于前述腔室內(nèi)壁，該支撐結(jié)構(gòu)連接該金屬板體及該陶瓷板體。所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)系為燒結(jié)粉末體及網(wǎng)格體及多個(gè)溝槽其中任一；所述陶瓷板體材質(zhì)系為氮化硅(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任一；所述支撐結(jié)構(gòu)系為銅柱。所述支撐結(jié)構(gòu)系通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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(jié)合。
為達(dá)上述之目的，本發(fā)明系提供一種均溫板結(jié)構(gòu)之制造方法，系包含下列步驟提供一金屬板體及一陶瓷板體；分別于該金屬板體及該陶瓷板體相對(duì)應(yīng)之一側(cè)設(shè)置毛細(xì)結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)；將該金屬板體及該陶瓷板體對(duì)應(yīng)蓋合，并進(jìn)行抽真空與填入工作流體，最后密封構(gòu)形成一均溫板。該金屬板體及該陶瓷板體系通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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(jié)合。本發(fā)明直接將陶瓷本體與均溫板結(jié)合，再由陶瓷板體與發(fā)熱源外部之陶瓷外表面結(jié)合，即可改善均溫板與發(fā)熱源間因不同熱膨脹系數(shù)所產(chǎn)生的熱疲勞(thermal fatigue)所衍生的接合界破裂問(wèn)題。


圖Ia為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例之立體分解圖；圖Ib為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例之立體組合圖；圖2為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例之剖視圖；圖3為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)第二實(shí)施例之剖視圖；圖4為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)第三實(shí)施例之剖視圖；圖5為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)之制造方法步驟流程圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明本體 I金屬板體11陶瓷板體12腔室13毛細(xì)結(jié)構(gòu)14支撐結(jié)構(gòu)15工作流體1具體實(shí)施例方式本發(fā)明之上述目的及其結(jié)構(gòu)與功能上的特性，將依據(jù)所附圖式之較佳實(shí)施例予以說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖la、圖lb、圖2，為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)第一實(shí)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(jié)構(gòu)，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(duì)應(yīng)蓋合該陶瓷板體12，并共同界定一腔室13，該腔室13內(nèi)具有一毛細(xì)結(jié)構(gòu)14及一支撐結(jié)構(gòu)15，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)14設(shè)于前述腔室13內(nèi)壁，該支撐結(jié)構(gòu)15連接該金屬板體11及該陶瓷板體12，所述腔室內(nèi)具有工作流體16。所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)14系以燒結(jié)粉末體作為說(shuō)明但并不引以為限。所述陶瓷板體12材質(zhì)系為氮化硅(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任
一
所述支撐結(jié)構(gòu)15系通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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(jié)合。所述支撐結(jié)構(gòu)15系為銅柱；所述金屬板體11之材質(zhì)系為銅材質(zhì)及鋁材質(zhì)及不銹鋼及散熱與導(dǎo)熱性質(zhì)較佳之材質(zhì)其中任一。請(qǐng)參閱圖3，為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)第二實(shí)施例之剖視圖，如圖所示，本實(shí)施例系與前述第一實(shí)施例部分結(jié)構(gòu)及連結(jié)關(guān)系相同，故在此將不再贅述，惟本實(shí)施例與前述第一實(shí)施例不同處系為所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)14系以網(wǎng)格體作為說(shuō)明但并不引以為限。請(qǐng)參閱圖4，為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)第三實(shí)施例之剖視圖，如圖所示，本實(shí)施例系與前述第一實(shí)施例部分結(jié)構(gòu)及連結(jié)關(guān)系相同，故在此將不再贅述，惟本實(shí)施例與前述第一實(shí)施例不同處系為所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)14系以多個(gè)溝槽作為說(shuō)明但并不引以為限。請(qǐng)參閱圖5，為本發(fā)明之均溫板結(jié)構(gòu)之制造方法步驟流程圖，并一并參閱圖I 圖4，如圖所示，本發(fā)明均溫板結(jié)構(gòu)之制造方法，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(zhì)系為銅材質(zhì)及鋁材質(zhì)及不銹鋼及散熱與導(dǎo)熱性質(zhì)較佳之材質(zhì)其中任一，本說(shuō)明實(shí)施例系以銅材質(zhì)作為說(shuō)明但不引以為限，所述陶瓷板體12之陶瓷材質(zhì)系為氮化硅(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任一，本說(shuō)明實(shí)施例系以氧化鋁(Al2O3)作為說(shuō)明但并不僅限于此種物質(zhì)。S2 :分別于該金屬板體及該陶瓷板體相對(duì)應(yīng)之一側(cè)設(shè)置毛細(xì)結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)；于前述金屬板體11與陶瓷板體12相對(duì)應(yīng)之一側(cè)設(shè)置毛細(xì)結(jié)構(gòu)14及支撐結(jié)構(gòu)15，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)14系為燒結(jié)粉末體及網(wǎng)格體及多個(gè)溝槽其中任一，其中當(dāng)所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)14選擇為燒結(jié)粉末體時(shí)系可通過(guò)燒結(jié)之方式將燒結(jié)粉術(shù)成型于金屬板體11與陶瓷板體12上。當(dāng)所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)14選擇為該網(wǎng)格體時(shí)系通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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(wǎng)格體與該陶瓷板體12及該金屬板體結(jié)合11。當(dāng)所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)14選擇為多個(gè)溝槽時(shí)，系先于該金屬板體11與該陶瓷板體12施以機(jī)械加工對(duì)該金屬板體11及該陶瓷板體12進(jìn)行開(kāi)設(shè)溝槽，所述機(jī)械加工為銑銷(xiāo)及刨銷(xiāo)及雷射切割及蝕刻其中任一。所述支撐結(jié)構(gòu)15系為銅柱，且亦可同樣通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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(jié)合。
S3:將該金屬板體及該陶瓷板體對(duì)應(yīng)蓋合并進(jìn)行抽真空與填入工作流體最后密封構(gòu)形成一均溫板。將金屬板體11及該陶瓷板體12對(duì)應(yīng)蓋合并通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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,并施以抽真空以及填入工作流體16，最后密封構(gòu)形成一均溫板。本發(fā)明主要系透將均溫板與發(fā)熱源接觸傳導(dǎo)熱量之一側(cè)直接以陶瓷板體12取代傳統(tǒng)均溫板一側(cè)之金屬板體，通過(guò)陶瓷板體12之熱膨脹系數(shù)與發(fā)熱源外部封裝之陶瓷外殼相近，故可避免均溫板與發(fā)熱源間因不同熱膨脹系數(shù)所產(chǎn)生的熱疲勞(thermalfatigue)所衍生的接合界破裂問(wèn)題，并且可增加散熱元件所適用之領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種均溫板結(jié)構(gòu),其特征在于,包含 一本體，具有一金屬板體及一陶瓷板體，該金屬板體對(duì)應(yīng)蓋合該陶瓷板體并共同界定一腔室，該腔室內(nèi)具有一毛細(xì)結(jié)構(gòu)及一支撐結(jié)構(gòu)及工作流體，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)于前述腔室內(nèi)壁，該支撐結(jié)構(gòu)連接該金屬板體及該陶瓷板體。
2.如權(quán)利要求I所述的均溫板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)為燒結(jié)粉末體及網(wǎng)格體及多個(gè)溝槽其中任一。
3.如權(quán)利要求I所述的均溫板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陶瓷板體材質(zhì)為氮化硅(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任一。
4.如權(quán)利要求I所述的均溫板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)是通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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(jié)合。
5.如權(quán)利要求I所述的均溫板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)為銅柱。
6.如權(quán)利要求I所述的均溫板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬板體的材質(zhì)為銅材質(zhì)及鋁材質(zhì)及不銹鋼及散熱與導(dǎo)熱性質(zhì)較佳的材質(zhì)其中任一。
7.—種均溫板結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包含下列步驟 提供一金屬板體及一陶瓷板體； 分別于該金屬板體及該陶瓷板體相對(duì)應(yīng)的一側(cè)設(shè)置毛細(xì)結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)； 將該金屬板體及該陶瓷板體對(duì)應(yīng)蓋合并進(jìn)行抽真空與填入工作流體最后密封構(gòu)形成一均溫板。
8.如權(quán)利要求7所述的均溫板結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)為燒結(jié)粉末體及網(wǎng)格體及多個(gè)溝槽其中任一。
9.如權(quán)利要求7所述的均溫板結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述陶瓷板體材質(zhì)為氮化硅(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)其中任一。
10.如權(quán)利要求7所述的均溫板結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)是通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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(jié)合。
11.如權(quán)利要求7所述的均溫板結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)為銅柱。
12.如權(quán)利要求7所述的均溫板結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述步驟將該金屬板體及該陶瓷板體對(duì)應(yīng)蓋合并進(jìn)行抽真空與填入工作流體最后密封構(gòu)形成一均溫板，該金屬板體及該陶瓷板體是通過(guò)軟焊及硬焊及擴(kuò)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(jié)構(gòu)及其制造方法，該均溫板結(jié)構(gòu)，包含一本體具有一金屬板體及一陶瓷板體，并對(duì)應(yīng)蓋合共同界定一腔室，該腔室具有一毛細(xì)結(jié)構(gòu)及一支撐結(jié)構(gòu)及工作流體，該金屬與陶瓷板體結(jié)合以及與毛細(xì)結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)結(jié)合是通過(guò)焊接或直接覆銅法之方式完成，被用以改善均溫板與發(fā)熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產(chǎn)生接合界破裂問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/48GK102956583SQ20111025171
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者楊修維 申請(qǐng)人:奇鋐科技股份有限公司