專(zhuān)利名稱(chēng)：Method of forming a heatsink的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容主要涉及將熱解石墨(TPG)結(jié)合到金屬材料上作為用于各種用途的 散熱件的方法，并且更具體地涉及將TPG元件結(jié)合到至少一種金屬材料上而形成用作散熱 件的金屬熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在容積有限的環(huán)境中包含熱功率很高的用電構(gòu)件。容積 通常不會(huì)隨著構(gòu)件的功率耗散增大而變化，從而就對(duì)構(gòu)件溫度管理提出了重大的挑戰(zhàn)。在 過(guò)去，已經(jīng)使用了多種直接冷卻技術(shù)來(lái)管理升高的溫度，這些技術(shù)例如有包括高熱傳導(dǎo)性 材料(如鋁和/或銅)的主動(dòng)散熱件或被動(dòng)散熱件。然而，只有相對(duì)較大量的表面區(qū)域存 在于空氣流中，這些材料才是足夠的，從而需要占據(jù)大量總體可用容積的物理上較大的散 熱件結(jié)構(gòu)。當(dāng)散熱件的物理尺寸增大時(shí)，材料快速傳遞熱量到散熱件末端從而使熱量暴露 在空氣流中的能力就下降。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，熱解石墨(TPG)相比于常規(guī)金屬材料，具有在單個(gè)(X-Y)平面中提 供較好熱傳導(dǎo)的能力。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)TPG相比于銅，具有改善的總體傳導(dǎo)性。最近，已經(jīng) 開(kāi)發(fā)出一種使用擴(kuò)散結(jié)合工藝將TPG材料嵌入鋁結(jié)構(gòu)中的方法。擴(kuò)散結(jié)合工藝盡管會(huì)導(dǎo)致 在TPG材料與鋁結(jié)構(gòu)之間的適當(dāng)熱接觸，但具有的局限在于需要專(zhuān)用設(shè)備在耗時(shí)過(guò)程中形 成TPG嵌入式結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品很昂貴。因此，所需的是一種產(chǎn)生使TPG結(jié)合到一種或多種金屬材料(如，鋁結(jié)構(gòu))上的成 本效益合算的產(chǎn)品的方法，用以形成金屬熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(即，散熱件)來(lái)提供在X-Y平面內(nèi)的 有效熱傳導(dǎo)性。此外，所需的是這樣一種方法，其易于使用各種類(lèi)型的設(shè)備而在各種設(shè)施中 可再現(xiàn)和實(shí)施。發(fā)明簡(jiǎn)述一個(gè)方面，提供了一種用于將熱解石墨(TPG)結(jié)合到第一金屬材料和第二金屬材 料上用以形成散熱件的方法。該方法包括形成穿過(guò)TPG元件的至少一個(gè)開(kāi)孔；在第一金屬 材料中形成至少一個(gè)通孔件(via)，其中，該通孔件構(gòu)造成與穿過(guò)TPG元件的開(kāi)孔互補(bǔ)；提 供由第二金屬材料制成的熱間隔件，其中，該熱間隔件構(gòu)造成與熱源元件互補(bǔ)；將金屬基涂 層施加到TPG元件的外表面上；以及將第一金屬材料中的通孔件和第二金屬材料的熱間隔 件結(jié)合到TPG元件的有涂層的表面上。通孔件、熱間隔件和開(kāi)孔相結(jié)合而形成散熱件，該散 熱件構(gòu)造成用以容許熱量從熱源元件經(jīng)由熱間隔件傳導(dǎo)至穿過(guò)TPG元件中的開(kāi)孔的通孔 件。另一方面，提供了一種用于將熱解石墨(TPG)結(jié)合到第一金屬材料和第二金屬材 料上用以形成散熱件的方法。該方法包括形成穿過(guò)TPG元件的至少一個(gè)開(kāi)孔；在第一金屬 材料中形成至少一個(gè)通孔件，其中，該通孔件構(gòu)造成與穿過(guò)TPG元件的開(kāi)孔互補(bǔ)；提供由第 二金屬材料制成的熱間隔件，其中，該熱間隔件構(gòu)造成與熱源元件互補(bǔ)；以及使用電鍍工藝 將第一金屬材料中的通孔件和第二金屬材料的熱間隔件結(jié)合到TPG元件上。通孔件、熱間隔件和開(kāi)孔相結(jié)合而形成散熱件，該散熱件構(gòu)造成用以容許熱量從熱源元件經(jīng)由熱間隔件 傳導(dǎo)至通孔件，且穿過(guò)TPG元件中的開(kāi)孔。另一方面，提供了一種用于將熱解石墨(TPG)結(jié)合到第一金屬材料上用以形成散 熱件的方法。該方法包括形成穿過(guò)TPG元件的至少一個(gè)開(kāi)孔；將金屬基涂層施加到TPG元 件的外表面上；將至少一個(gè)焊接球沉積在第一金屬材料的外表面上，其中，該焊接球構(gòu)造成 用以填充穿過(guò)TPG元件的開(kāi)孔；將第一金屬材料壓制到TPG元件上，使得焊接球填充開(kāi)孔； 以及加熱第一金屬材料以將第一金屬材料(低溫)焊接到TPG元件上。附圖簡(jiǎn)述

圖1繪出了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法而結(jié)合的TPG元件、第一金屬材料和第二金屬 材料。圖2繪出了在根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法中使用的施加到由第二金屬材料制成的熱 間隔件上的熱界面材料。圖3繪出了使用根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的方法而形成的散熱件。圖4繪出了散熱件中的熱傳導(dǎo)性的X平面、Y平面和Z平面。圖5繪出了在根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法中使用的金屬翼片(fin)組件。圖6繪出了使用根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的第二實(shí)施例的方法而形成的散熱件。發(fā)明詳述本公開(kāi)內(nèi)容涉及將熱解石墨(TPG)結(jié)合到至少一種金屬材料上用于形成散熱件。 如文中所用，“TPG"是指石墨沿一個(gè)方向?qū)?zhǔn)而有最佳熱傳遞的任何石墨基材料。這些 材料通常稱(chēng)作"對(duì)準(zhǔn)石墨"、“TPG"和/或"高定向熱解石墨(HOPG)"。TPG元件提供 在金屬熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(即，散熱件)的X-Y平面中的改善的熱傳導(dǎo)性。更具體而言，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 通過(guò)使用如在本公開(kāi)內(nèi)容中所提供的將TPG元件結(jié)合到至少一種金屬材料上的方法，相比 于常規(guī)熱解決方案，由使用用電系統(tǒng)如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的溫度可降低大約12°C或更多。 這種改善的溫度釋放容許在相同容積環(huán)境中幾乎加倍的用電系統(tǒng)功率容量。此外，功率增 大可導(dǎo)致對(duì)不能由其它方式如此支持的系統(tǒng)得到支持，或可容許現(xiàn)有系統(tǒng)在具有較高周?chē)?溫度的環(huán)境中使用。如上文所述，散熱件是通過(guò)將TPG元件結(jié)合到至少一種材料上而形成的。在一個(gè) 實(shí)施例中，如圖1至圖3中所示，TPG元件結(jié)合到第一金屬材料和第二金屬材料上而在散熱 件中使用。在該實(shí)施例中，至少一個(gè)開(kāi)孔10形成為穿過(guò)TPG元件100。至少一個(gè)通孔件12 形成在第一金屬材料200中。形成在第一金屬材料200中的通孔件12和由第二金屬材料 制成的熱間隔件300結(jié)合到TPG元件100的有涂層的表面上。TPG元件100可使用本領(lǐng)域中公知的用于制造TPG元件的任何方法和/或設(shè)備來(lái) 獲得。TPG元件100還可通過(guò)商業(yè)方式從供應(yīng)商(例如位于康涅狄格州威爾頓鎮(zhèn)(Wilton， Connecticut) StJ MomentivePerformance Material 處獲得。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1中所示，TPG元件100構(gòu)造為平坦的TPG元件。在特定的 實(shí)施例中，TPG元件100為具有大致矩形形狀的平坦片材。此外，盡管在一個(gè)實(shí)施例中TPG 元件100具有大約0. 06英寸的厚度，但TPG元件100的尺寸是可變的。至少一個(gè)開(kāi)孔10形成為穿過(guò)TPG元件100。開(kāi)孔10可使用本領(lǐng)域中公知的任何 方法來(lái)形成。在特定實(shí)施例中，如圖1中所示，多個(gè)開(kāi)孔10形成為穿過(guò)TPG元件100。開(kāi)孔10的尺寸、開(kāi)孔10的數(shù)目和/或形成為穿過(guò)TPG元件100的開(kāi)孔10之間的間距將取決于 所期望的最終產(chǎn)品。在一個(gè)實(shí)施例中，TPG元件100包括適合數(shù)目的開(kāi)孔10，各開(kāi)孔10具有 相對(duì)較小的直徑，以便減少穿過(guò)開(kāi)孔10的焊劑材料或熱傳導(dǎo)性粘合劑(當(dāng)使用時(shí))的流動(dòng) 和對(duì)TPG元件100的電連接和/或物理連接的干擾，同時(shí)具有適合的直徑用以容許穿過(guò)開(kāi) 孔10的焊劑材料或粘合劑產(chǎn)生足夠的機(jī)械結(jié)合。此外，通過(guò)使用直徑較小的開(kāi)孔10，可產(chǎn) 生毛細(xì)管作用的效果，從而容許穿過(guò)開(kāi)孔10的焊劑材料或粘合劑向上有更好的芯吸作用。開(kāi)孔10可具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的任何適合的形狀。在不限制本公開(kāi) 內(nèi)容的范圍的情況下，各開(kāi)孔10均可具有任何適合的形狀，例如包括圓形、橢圓形、正方 形、矩形或三角形。在一個(gè)實(shí)施例中，各開(kāi)孔10均具有圓形形狀，因?yàn)閳A形開(kāi)孔更易于制 造。在特定的實(shí)施例中，各圓形開(kāi)孔均具有大約0. 5英寸的直徑。此外，至少一個(gè)通孔件12形成在第一金屬材料200中。在一個(gè)實(shí)施例中，通孔件 12構(gòu)造成位于形成為穿過(guò)TPG元件100的互補(bǔ)開(kāi)孔或?qū)?yīng)開(kāi)孔10內(nèi)。因此，通孔件12的 尺寸、通孔件12的數(shù)目和/或形成在第一金屬材料200中的通孔件12之間的間距取決于 形成為穿過(guò)TPG元件100的開(kāi)孔10的對(duì)應(yīng)尺寸和/或數(shù)目。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1中所 示，多個(gè)通孔件12形成為穿過(guò)第一金屬材料200。在特定的實(shí)施例中，如圖1中所示，一個(gè)或多個(gè)通孔件12構(gòu)造成扣狀形狀，用以填 充形成為穿過(guò)TPG元件100的開(kāi)孔10。在另一實(shí)施例中，通孔件12在策略上構(gòu)造成一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的蘑菇蓋形扣狀體 (未示出)。通過(guò)使用蘑菇蓋形狀，通孔件12可自由浮動(dòng)而彼此分開(kāi)，以便容許與TPG元件 100且因此與熱源元件(未示出)更好地結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)通孔件12為蘑菇蓋形 時(shí)，通孔件12還包括桿部。桿部延伸穿過(guò)開(kāi)孔10 ；即是說(shuō)，桿部延伸穿過(guò)TPG元件100的 整個(gè)厚度。對(duì)于通孔件12的其它適合的形狀可包括僅有桿部的蘑菇形通孔件；即是說(shuō)，僅 具有桿部的蘑菇形通孔件。在備選實(shí)施例中，開(kāi)孔限定為穿過(guò)各通孔件12的中心。該開(kāi)孔其尺寸可確定和構(gòu) 造成用以容許插入單獨(dú)的機(jī)械聯(lián)接構(gòu)件，從而加強(qiáng)在第一金屬材料200與TPG元件100之 間的連接。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，該開(kāi)孔其尺寸可確定和構(gòu)造為用以收容螺釘或鉚釘而有 助于將第一金屬材料200的如本文所述的金屬翼片或傳導(dǎo)冷卻式熱構(gòu)架聯(lián)接到第一金屬 材料200的通孔件12上。機(jī)械聯(lián)接構(gòu)件可在結(jié)合之前、之后或在結(jié)合的同時(shí)提供。第一金屬材料200由具有適合的熱傳導(dǎo)性的金屬材料制成。例如，第一金屬材料 200可包括鋁、銅、銦以及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，第一金屬材料200為鋁。在用于散 熱件時(shí)，鋁和銅兩者都已經(jīng)顯示出可提供高傳導(dǎo)性。更具體而言，當(dāng)用于散熱件時(shí)，鋁在"Z “平面中提供良好的熱傳導(dǎo)性。然而，如上文所述，單獨(dú)的鋁和銅不能在X-Y平面內(nèi)提供充 分的熱傳遞，且因此，本公開(kāi)內(nèi)容使TPG與鋁、銅或它們的組合相結(jié)合。圖4提供為用以示 出散熱件700的X平面、Y平面和Z平面。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖5中所示，第一金屬材料200包括金屬翼片組件400。金屬 翼片組件400提供熱傳導(dǎo)金屬材料200的較大表面面積，從而有助于從熱源元件高效且有 效地釋放熱量。在一個(gè)特定實(shí)施例中，金屬翼片組件400為大約6英寸X5英寸，而厚度為 大約0. 3英寸。在一個(gè)實(shí)施例中，翼片組件400的翼片2，4，6為大約0. 24英寸高和大約 0. 024英寸厚，以及相鄰翼片之間的間距為大約0. 096英寸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本公開(kāi)內(nèi)容的范圍的情況下，翼片2，4，6其尺寸和/或間距可與上文所述的 不同。更具體而言，如翼片組件400領(lǐng)域中所公知的和由在此提供的教導(dǎo)內(nèi)容所指導(dǎo)的翼 片2，4，6的任何尺寸和/或間距都可用于本公開(kāi)內(nèi)容。當(dāng)?shù)谝唤饘俨牧?00包括金屬翼片組件400時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，形成在第一金屬 材料200中的通孔件12可形成為與金屬翼片組件400的翼片2，4，6相分離的構(gòu)件。在備選實(shí)施例中，第一金屬材料200為旨在將熱量傳遞到熱構(gòu)架邊緣的傳導(dǎo)冷卻 式熱構(gòu)架。傳導(dǎo)冷卻式熱構(gòu)架是本領(lǐng)域中公知的，且在市場(chǎng)上例如由位于北卡羅來(lái)納州 (Morrisville)的 North Carolina 的商業(yè)供應(yīng)商 Simon Industries 供應(yīng)。如圖1中所示，提供了由第二金屬材料制成的熱間隔件300。如下文更為全面描述 的那樣，熱間隔件300構(gòu)造成與熱源元件(未示出)互補(bǔ)。熱間隔件300將熱源元件聯(lián)接 到TPG元件100上。熱間隔件300可為與上文所述的第一金屬材料200相同的材料或不同 的材料。用于熱間隔件300的適合的第二金屬材料包括例如包含有鋁、銅、銦以及它們的組 合的金屬材料。在特定的實(shí)施例中，熱間隔件為銅。熱間隔件300可具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的任何適合的尺寸。在一個(gè)實(shí)施 例中，熱間隔件300的尺寸為大約1.4英寸X 1.4英寸X0. 25英寸。如上文所述，熱間隔件300構(gòu)造成與熱源元件互補(bǔ)。通常，熱源元件為電熱源元 件。例如，熱源元件為半導(dǎo)體集成電路。如上文所述，在使用諸如集成電路的熱源元件期間， 所產(chǎn)生的大量熱量必須釋放到外部環(huán)境中，以便防止熱源元件過(guò)熱和/或出故障。例如，在 一個(gè)實(shí)施例中，集成電路耗散大約30瓦或更多的熱功率，其中，芯片(die)溫度達(dá)到大約 100°C以上。這些熱量必須釋放以防止集成電路過(guò)熱。除TPG元件100、第一金屬材料200和熱間隔件300之外，在一個(gè)實(shí)施例中，第三金 屬材料(未示出)可用來(lái)提供與通孔件12獨(dú)立的通孔件。形成在第三金屬材料中的通孔 件構(gòu)造成與TPG元件100中的開(kāi)孔10互補(bǔ)。該通孔件將TPG元件100聯(lián)接到散熱件的熱 量耗散結(jié)構(gòu)上，通常是金屬翼片組件400的翼片2，4，6上(圖5中所示)。用于提供通孔件 的第三金屬材料可為與上文所述的第一金屬材料200和熱間隔件300相同的材料或不同的 材料。適合的第三金屬材料可包括例如包含有鋁、銅、銦和它們的組合的金屬材料。在特定 的實(shí)施例中，通孔件為銅的。正如形成在第一金屬材料100內(nèi)的通孔件12，第三金屬材料的通孔件可為本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員所公知的任何適合的尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，第三金屬材料內(nèi)的通孔件尺寸 其直徑為大約0. 5英寸，而厚度為大約0. 25英寸。在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容的方法包括將金屬基涂層材料施加到TPG元件100 的外表面102上。更具體而言，在使用時(shí)，金屬基涂層材料施加到面朝第一金屬材料200的 外表面102上。諸如鋁、銅、鐵、銀、金、鎳、鋅、錫或它們的組合的金屬材料層施加到TPG元 件100的外表面102上。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬基涂層材料為具有鎳外涂層(保護(hù)層)的 銅涂層材料。在備選實(shí)施例中，采用了基于金屬銦的涂層材料。金屬基涂層材料適于在加熱和附接期間提供機(jī)械強(qiáng)度和用于焊劑材料或粘合劑 (如果使用的話)的接觸點(diǎn)。金屬基涂層材料還可提供順應(yīng)性表面，該順應(yīng)性表面與同其相 連(例如，通孔件12)的表面相一致。金屬基涂層材料通常至少為大約0.001英寸厚。更 適合的是，基于銅/鎳的涂層材料施加到TPG元件100上，該TPG元件100具有的厚度為從
7大約0. 0005英寸至大約0. 002英寸。金屬基涂層材料可采用本領(lǐng)域所公知的任何適合的圖案而施加到TPG元件100的 外表面102上。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬基涂層材料以交叉影線圖案施加。在備選實(shí)施例中， 金屬基涂層材料以條紋圖案施加。在一個(gè)實(shí)施例中，熱界面材料14施加到通孔件12的表面(即第一金屬材料200 的一部分)，以及第一金屬材料200的金屬翼片或傳導(dǎo)冷卻式熱構(gòu)架部分上。當(dāng)使用一種以 上的金屬材料時(shí)，例如，在使用熱間隔件300和第三金屬材料時(shí)，將熱界面材料14施加到第 一金屬材料200的表面與第三金屬材料的通孔件之間。熱界面材料彌補(bǔ)第一金屬材料200和熱間隔件300的表面光潔度方面的缺陷，以 便產(chǎn)生具有較低熱阻抗的熱界面。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2中所示，熱界面材料14是由位 于明尼蘇達(dá)州(Minnesota)Chanhassen的Bergquist市售的TIC-4000，且以條紋圖案施加 到熱間隔件300上?，F(xiàn)在參看圖3，為了形成散熱件500，第一金屬材料200中的通孔件12、熱間隔件 300(當(dāng)使用時(shí)，且圖3中未示出)、第三金屬材料(當(dāng)使用時(shí)，且圖3中未示出)中的通孔 件以及TPG元件100(圖3中未示出)結(jié)合在一起。適合的是，現(xiàn)在共同參看圖1至圖3，通 孔件12、熱間隔件300和TPG元件100相結(jié)合用以形成散熱件500，該散熱件500構(gòu)造成有 助于將來(lái)自于熱源元件(未示出)的熱量經(jīng)由熱間隔件300傳導(dǎo)至TPG元件100，且然后經(jīng) 由TPG元件100的開(kāi)孔10而到達(dá)第一金屬材料200中的通孔件12，而之后通向外部環(huán)境。在一個(gè)實(shí)施例中，使用了適合的電鍍工藝來(lái)結(jié)合構(gòu)件。本領(lǐng)域中公知的任何適合 的電鍍工藝都可用于本公開(kāi)內(nèi)容的方法。通常，如本領(lǐng)域中所公知，包含陽(yáng)極端、相對(duì)的陰 極端，以及處在陽(yáng)極端與陰極端之間的非傳導(dǎo)性殼體的電解設(shè)備用于該電鍍工藝。電解設(shè) 備的殼體包含電解溶液。在一個(gè)實(shí)施例中，該工藝包括利用電解溶液同時(shí)接觸TPG元件 100、第一金屬材料200、熱間隔件300 (當(dāng)使用時(shí))，以及第三金屬材料(當(dāng)使用時(shí))。鍍層 通常多次重復(fù)地沉積，以便構(gòu)筑層用以填充可存在的任何空隙。更具體而言，一旦TPG元件 100、第一金屬材料200、熱間隔件300和第三金屬材料與電解溶液相接觸，則通過(guò)使電流在 電解設(shè)備的陽(yáng)極端與陰極端之間通過(guò)而執(zhí)行電鍍。在備選實(shí)施例中，TPG元件100、第一金屬材料200、熱間隔件300 (當(dāng)使用時(shí))和 第三金屬材料(當(dāng)使用時(shí))使用焊接工藝(見(jiàn)圖6)結(jié)合在一起。在特定實(shí)施例中，該方法 包括將至少一個(gè)焊接球(未示出)沉積在第一金屬材料200 (或結(jié)合有上文所述的通孔件 12，或沒(méi)有通孔件12)的外表面上。然而，通常的是多個(gè)焊接球沉積在第一金屬材料200上。 適合的是，類(lèi)似于上文所述的通孔件12，焊接球構(gòu)造成用以填充TPG元件100的開(kāi)孔10，以 便填充熱間隔件300(當(dāng)使用時(shí)，且圖6中未示出)周?chē)娜魏伍g隙，且使用常規(guī)焊接機(jī)理 將第一金屬材料200和熱間隔件300 (當(dāng)使用時(shí))結(jié)合到TPG元件100上。在另一特定實(shí) 施例中，焊劑600施加到通位于通孔件12、熱間隔件300 (當(dāng)使用時(shí)；圖6中未示出)和TPG 元件100之間的界面上。通過(guò)預(yù)先沉積的焊接球或從外部施加的焊劑600，不論如何施加焊 劑，都對(duì)焊劑加熱以容許其熔化，且同時(shí)填充處在第一金屬材料200 (以及熱間隔件300和 第三金屬材料(當(dāng)使用時(shí)，且圖6中未示出))與TPG元件100之間的間隙，且將第一金屬 材料200和TPG元件100壓制在一起用以容許熔融的焊接球流過(guò)且填充開(kāi)孔10以及TPG 元件100的間隙。焊劑600熔化所處的溫度將取決于用于焊劑600的材料而變化，但通常
8焊劑600經(jīng)加熱達(dá)到大約185°C或更高的溫度。一旦冷卻，焊劑600將圍繞TPG元件100凝 固和粘結(jié)。盡管文中描述為同時(shí)傳導(dǎo)，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，在不脫離本 公開(kāi)內(nèi)容的范圍的情況下，第一金屬材料200和熱間隔件300(未示出)(以及第三金屬材 料，當(dāng)使用時(shí))以及TPG元件100可壓制在一起，且然后加熱，或反之亦然。適合的焊劑可由包括但不限于鉛/錫合金、無(wú)鉛的錫合金、錫/銀合金、錫/銀/銅 合金以及錫/銀/銅/銻合金的材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，焊膏引入在TPG元件100的 開(kāi)孔10和間隙處。焊膏包含懸浮在凝膠中的鉛/錫合金顆粒，該凝膠在濕態(tài)下施加到第一 金屬材料200 (以及熱間隔件300和第三金屬材料，當(dāng)使用時(shí))上。施加的熱量使非傳導(dǎo)性 凝膠熔化，且焊劑600熔化并將TPG元件100結(jié)合到第一金屬材料200上。在另一實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容的方法包括使用熱傳導(dǎo)性粘合劑而結(jié)合TPG元件 100、第一金屬材料200以及熱間隔件300。通常，粘合劑施加到TPG元件100、第一金屬材 料200、熱間隔件300以及第三金屬材料中的至少一個(gè)上。更具體而言，粘合劑通常可使用 本領(lǐng)域中公知的任何方法在半固態(tài)(如在膏態(tài))或凝膠狀形式下施加。在一個(gè)實(shí)施例中，熱傳導(dǎo)性粘合劑為位于加利福尼亞州維塞利亞市(Visalia， California)的 Arctic Silver, Inc.所市售的 Arctic SilverEpoxy 粘合劑的使用量通 常取決于特定散熱件構(gòu)造。在一個(gè)實(shí)施例中，大約1.5毫升(mL)的粘合劑使用注射器和刮 刀施加，以便將粘合劑散布到TPG元件100、第一金屬材料200和熱間隔件300上的薄層中。在一個(gè)實(shí)施例中，使用可從位于明尼蘇達(dá)州(Minnesota)的Chanhassen城的 Bergquist獲得的TIC400熱油脂而將散熱件施加到熱源元件上。如上文所述，盡管單獨(dú)地描述了用于結(jié)合(例如，電鍍工藝、焊接工藝和粘合劑) 的上述方法，但應(yīng)當(dāng)理解的是，該三種結(jié)合方法的任何組合都可結(jié)合地用來(lái)形成散熱件而 并未脫離本公開(kāi)內(nèi)容的范圍。盡管已經(jīng)根據(jù)各種具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到， 本發(fā)明可利用處在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改而予以實(shí)施。
權(quán)利要求
一種用于形成散熱件的方法，所述方法包括穿過(guò)熱解石墨(TPG)元件形成至少一個(gè)開(kāi)孔；在第一金屬材料中形成至少一個(gè)通孔件，所述至少一個(gè)通孔件中的各通孔件均構(gòu)造成位于所述至少一個(gè)開(kāi)孔中的對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔內(nèi)；提供由第二金屬材料制成的熱間隔件，所述熱間隔件構(gòu)造成用以收容熱源元件；將金屬基涂層施加到所述TPG元件的外表面上；以及將所述至少一個(gè)通孔件和所述熱間隔件結(jié)合到所述TPG元件的有涂層的外表面上，所述熱間隔件和所述TPG元件相結(jié)合而形成所述散熱件，用以有助于將熱量從所述熱源元件經(jīng)由所述熱間隔件傳導(dǎo)至各通孔件，且穿過(guò)所述對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括穿過(guò)平坦的TPG元件形成所 述至少一個(gè)開(kāi)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述至少一個(gè)開(kāi)孔包括穿過(guò)所述TPG 元件形成多個(gè)開(kāi)孔，所述多個(gè)開(kāi)孔形成為圓形、橢圓形、正方形、矩形和三角形中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述第一金屬材料中形 成多個(gè)通孔件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)通孔件為彼此獨(dú)立的通孔件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)通孔件形成在選自由鋁、 銅、銦以及它們的組合所構(gòu)成的組的第一金屬材料中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)通孔件形成在金屬翼片組 件中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)通孔件形成在傳導(dǎo)冷卻式 熱構(gòu)架中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱間隔件由選自鋁、銅、銦以及它們 的組合所構(gòu)成的組的第二金屬材料提供。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，銅鎳涂層材料施加到所述TPG元件的外表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)通孔件和所述熱間隔件使 用熱傳導(dǎo)性粘合劑而結(jié)合到所述TPG元件的有涂層的外表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)通孔件和所述熱間隔件使 用焊劑而結(jié)合到所述TPG元件的有涂層的外表面上。
13.一種用于形成散熱件的方法，所述方法包括穿過(guò)熱解石墨(TPG)元件形成至少一個(gè)開(kāi)孔；在第一金屬材料中形成至少一個(gè)通孔件，所述至少一個(gè)通孔件中的各通孔件均構(gòu)造成 位于所述至少一個(gè)開(kāi)孔中的對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔內(nèi)；提供由第二金屬材料制成的熱間隔件，所述熱間隔件構(gòu)造成用以收容熱源元件；以及使用電鍍工藝將各通孔件和所述熱間隔件結(jié)合到所述TPG元件上，各通孔件、所述熱 間隔件和所述TPG元件相結(jié)合而形成所述散熱件，所述散熱件構(gòu)造成用以有助于將熱量從 所述熱源經(jīng)由所述熱間隔件傳導(dǎo)至各通孔件，且穿過(guò)所述對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，形成至少一個(gè)開(kāi)孔包括穿過(guò)所述TPG元件形成多個(gè)開(kāi)孔，所述多個(gè)開(kāi)孔形成為圓形、橢圓形、正方形、矩形和三角形中的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述第一金屬材料中 形成多個(gè)通孔件。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在選自由鋁、銅、銦以及它們的組合所 構(gòu)成的組的第一金屬材料中形成至少一個(gè)通孔件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)通孔件形成在金屬翼片 組件中。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述熱間隔件提供在選自由鋁、銅、銦 以及它們的組合所構(gòu)成的組的第一金屬材料中。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述第一金屬材料 的通孔件的外表面與所述第一金屬材料的金屬翼片組件之間施加熱界面。
20.一種用于形成散熱件的方法，所述方法包括穿過(guò)熱解石墨(TPG)元件形成至少一個(gè)開(kāi)孔；將金屬基涂層施加到所述TPG元件的外表面上；將至少一個(gè)焊接球沉積在第一金屬材料的外表面上，所述至少一個(gè)焊接球構(gòu)造成用以 填充所述至少一個(gè)開(kāi)孔中的對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔；將所述第一金屬材料壓制到所述TPG元件上，使得所述焊接球大致充滿(mǎn)所述對(duì)應(yīng)的開(kāi) 孔；以及加熱所述第一金屬材料以將所述第一金屬材料焊接到所述TPG元件上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，形成至少一個(gè)開(kāi)孔包括穿過(guò)所述TPG元 件形成多個(gè)開(kāi)孔，所述多個(gè)開(kāi)孔形成為圓形、橢圓形、正方形、矩形和三角形中的一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，沉積至少一個(gè)焊接球包括將多個(gè)焊接 球沉積在所述第一金屬材料的外表面上。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)焊接球沉積在所述第一金屬 材料的外表面上，所述第一金屬材料選自由鋁、銅、銦以及它們的組合所構(gòu)成的組。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，將所述至少一個(gè)焊接球沉積在所述第 一金屬材料的外表面上包括將選自由鋁、銅、銦以及它們的組合所構(gòu)成的組的所述至少一 個(gè)焊接球沉積在所述第一金屬材料的外表面上。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，將所述金屬基涂層施加到所述TPG元件 的外表面上包括將銅鎳涂層材料施加到所述TPG元件的外表面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述第一金屬材料 的外表面與所述TPG元件的外表面之間施加熱界面材料。
全文摘要
文檔編號(hào)H05K7/20GK101953240SQ200880124099
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月31日
發(fā)明者David L Mcdonald, David S Slaton 申請(qǐng)人:Ge Fanuc Intelligent Platforms