[發明專利]改善大功率熱管散熱器與發熱元件之間的接觸熱阻的方法

有效

• 申請號: 200710035082.3
• 申請日: 2007-06-08
• 公開（公告）號: CN101059324A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 付成勇;徐達清
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: F28F9/26
• 分類號: F28F9/26;F28D15/02;H01L23/427
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種功率器件的散熱技術，尤其是一種功率器件的熱管散熱技術，國際專利分類號為F28F9/26和H05K7/20，由于熱管散熱技術有高效節能的優點，該類型的散熱器有了廣泛的應用，本發明的技術主要用于大功率半導體元件用熱管散熱器。

背景技術

大功率整流(變流)裝置中使用半導體元件作開關器件，為了減少單個橋臂元件并聯的數量，均趨向于使用大元件，如電力機車用整流裝置由原來一個橋臂用6個2英寸晶閘管串、并聯，到現在的一個橋臂只用一個5英寸晶閘管，單個半導體元件的發熱功耗達數千瓦。所以，要求配套的散熱器有更高的散熱能力，而且要在有限的空間里實現散熱。由于熱管散熱器具有高效節能的特點，所以，在大功率半導體元件散熱領域有了廣泛的應用和發展。

目前使用最多的是熱管散熱器由圓形熱管、散熱翅片和基板組成，優點是技術成熟，制造方便。其中基板主要用來固定發熱元件，在發熱元件與熱管之間起傳遞熱的作用，同時有一定的強度要求，常用材料有合金鋁和紫銅。與銅材相比合金鋁材重量輕，有較好的強度，且有較大的成本優勢。所以，通常用合金鋁材做基板。但是合金鋁材與發熱元件的接觸熱阻不如銅—銅接觸，如我們在5英寸元件散熱用鋁基板的熱管散熱器(2個)，當發熱功率達到4200W時，接觸溫升有30～50℃之大，大大超過元件給出的接觸熱阻值(0.0008K/W)。不利于器件的散熱，因此很必要對此加以改進。

發明內容

本發明要達到的目標是針對現有合金鋁材做基板的不足，提出一種既要獲得合金鋁的強度高、質量輕、成本低的優點，同時獲得銅—銅接觸的低接觸熱阻的，改善大功率熱管散熱器與發熱元件之間的接觸熱阻的方法。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：一種改善大功率熱管散熱器與發熱元件之間的接觸熱阻的方法，包括基板和發熱元件，仍采用合金鋁材作為基板材料，在其表面鍍一層鎳或銅等金屬，使其表面獲得可以釬焊的條件。再用與發熱元件接觸面大小相當的紫銅板，厚度在1.5～5mm，釬焊在基板上，與發熱元件實現銅—銅接觸，從而降低大功率熱管散熱器與發熱元件之間的接觸熱阻。

具體制作方式是：先將合金鋁材基板加工好；再在合金鋁材基板表而上鍍一層鎳或銅等適合釬焊的金屬；再將釬焊材料做成板狀，厚度0.5～2mm，夾在紫銅板與基板之間；用釬焊設備對夾在紫銅板與基板之間的釬焊材料加熱，在加熱的同時加壓，當釬焊材料加熱成熔融狀時，在壓力的作用下填滿各處表面不平處，并與各接觸表面融為一體，消除彼此的接觸熱阻；再對釬焊在基板上紫銅板的表面進行磨削加工，獲得高的平面度和粗糙度。

本發明通過在合金鋁材基板表面上鍍一層鎳或銅等金屬，并通過釬焊將紫銅板與基板焊接在一起，實現基板與發熱元件實現銅—銅接觸，獲得銅—銅接觸的低接觸熱阻，但由于基板仍采用合金鋁材制作，因此仍然可獲得合金鋁的強度高、質量輕、成本低的優點。

附圖說明

圖1是本發明實施例正視圖；

圖2是本發明實施例俯視視圖；

圖中：1、基板，2、圓形熱管，3、散熱翅片，4、紫銅板，5、釬焊材料。

具體實施方式

附圖給出了本發明的一個實施例原理示意圖，可應用于大功率晶閘管元件的散熱，下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。

實施例一

從附圖中可以看出，本發明使整流器用5英寸晶閘管(整流管)實現了銅—銅接觸，滿足大功率半導體元件的散熱要求。

該熱管散熱器，包括基板1、圓形熱管2、散熱翅片3、紫銅板4、釬焊材料5。其中基板1用合金鋁材，圓形熱管2用銅材，散熱翅片3用鋁材，其結構通用。為了降低接觸熱阻，在基板1表面上鍍有一層鎳，在基板1表面鎳層上通過釬焊，焊接有與圓形熱管接觸面積相當的紫銅板4，紫銅板厚度為2mm，將紫銅板4釬焊在基板1上，實現銅—銅接觸，從而降低大功率熱管散熱器與發熱元件之間的接觸熱阻。所用熱管元件的接觸面也是紫銅。

其制作方法是：先將合金鋁材基板加工好；再在合金鋁材基板表面上鍍一層鎳；再將釬焊材料做成板狀，厚度1mm，夾在紫銅板與基板之間；用釬焊設備對夾在紫銅板與基板之間的釬焊材料加熱，在加熱的同時加壓，當釬焊材料加熱成熔融狀時，在壓力的作用下填滿各處表面不平處，并與各接觸表面融為一體；再對釬焊在基板上紫銅板的表面進行磨削加工，獲得高的平面度和粗糙度。焊接材料用銀錫焊材料，做成板狀便于填滿所有的縫隙。在磨削的時候外加固定的措施，避免焊料強度不夠造成的錯位。