[發明專利]一種大功率芯片散熱裝置制作方法

在審

• 申請號: 201610186187.8
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105682428A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 季興橋;何國華;吳昌勇
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑;徐靜

技術領域

本發明涉及微電子散熱領域，尤其是一種大功率芯片散熱裝置制作方法。

背景技術

大功率半導體芯片對散熱要求特別高，同時芯片材料熱膨脹系數比較低， 傳統的AlSiC、銅、鉬銅、鎢銅等金屬都無法同時滿足其散熱和工藝匹配要求。 大功率模塊的微流道散熱結構多采用鋁、銅、硅鋁等金屬材料，這些材料存在 熱膨脹系數無法和芯片匹配，同時這些材料的熱導率不夠高，散熱效果不明顯。 微流道散熱需要液體流入流出接頭，會占用較大的體積。現有的均熱板散熱雖 然無接頭，但是一般采用鋁或銅等金屬材料，裸芯片無法直接焊接在均熱板上， 會影響大功率芯片的散熱效率。

田玉福在《新型分形結構及其電子器件微通道散熱應用研究》，陳慧雁在《高 熱流密度相變均熱板傳熱特性的理論研究》，曹紅在《一體化均熱板在某毫米 波功率放大器熱設計中的應用》等文獻中提到了平板均熱板散熱方法，但這些 文章都是關于均熱板流道的設計和加工，采用的是鋁合金或銅材料，未提到采 用金剛石銅作為均熱板材質，也未提到大功率芯片直接焊接在均熱板上。

徐興龍《電子封裝用金剛石/銅復合粉體的制備及表征》、張榮博《高導熱 金剛石/銅復合熱沉的研究》、馮達《界面對封裝用金剛石/鋁復合材料性能的影 響》等人在文獻中提到了金剛石/銅，但是這些文章都是關于金剛石/銅這種材 料的制備和表面鍍涂，未涉及到高導熱散熱的應用。鄭新在文章《寬禁帶半導 體器件的特點與應用分析》提到了寬禁帶半導體芯片的封裝，但文章中并未涉 及到金剛石/銅相變散熱方案。張梁娟在文獻《基于裸芯片封裝的金剛石/銅復 合材料基板性能研究》提到了金剛石/銅導熱基板，但文章僅僅介紹了金剛石/ 銅做高效散熱基板的應用，并未涉及到相變散熱方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術存在的大功率芯片高熱流密 度(即大功率芯片熱耗大需要較好的散熱才能確保芯片正常工作，否則芯片很 容易因散熱不良而燒毀)、散熱困難的問題，提供一種大功率芯片散熱裝置制 作方法。本發明采用了高導熱金剛石銅復合材料作為大功率半導體散熱熱沉， 同時在金剛石銅熱沉上設計微流通道，并通過液體相變層，采用焊接技術形成 蒸汽腔，然后抽真空，注入工作介質，最后收口，然后通過大功率芯片直接焊 接在帶有蒸汽空腔的金剛石銅載體上，利用金剛石銅高導熱率和液體相變散熱， 提高大功率芯片的散熱效率。該散熱方法不需要安裝液體流入流出接頭，同時 芯片可以直接焊接在載體上，既降低了體積又提高了散熱效率。

一種大功率芯片散熱裝置制作方法包括：

步驟1：采用激光或者水刀在金剛石銅頂板及金剛石銅底板上，加工微流道； 其中金剛石銅頂板的邊緣與中間部分最大高度差w，金剛石銅底板與中間部分 最大高度差w；

步驟2：在金剛石銅底板、金剛石銅頂板中間部分內壁上設置液體相變層；金 剛石銅頂板邊緣設置通氣孔；

步驟3：焊接金剛石銅底板邊緣與金剛石銅頂板邊緣部分，形成具有蒸汽腔的 焊接工件；

步驟4：采用檢漏儀檢測步驟3中焊接處是否滿足氣密要求；若滿足焊接要求， 執行步驟5；否則，重新焊接；

步驟5：通過通氣孔將焊接工件抽真空，然后通過通氣孔在微流道中注入工作 介質，然后將通氣孔密封；

步驟6：將大功率芯片焊接在金剛石銅頂板外壁頂端，并采用X射線檢測焊接空 洞，完成制作。

進一步的，所述步驟1中w范圍為1-2mm。

進一步的，所述步驟1中微流道加工精度為±0.05mm，表面粗糙度為小于 等于0.8微米；微流道寬度方向h范圍是0.5-1mm；

進一步的，所述步驟2中液體相變層材料是金屬粉末燒結吸液芯、槽道式 吸液芯或絲網屏吸液芯。

進一步的，所述步驟2中液體相變層厚度為30～300微米。

進一步的，所述步驟3中焊接金剛石銅底板邊緣與金剛石銅頂板邊緣部分 的焊接材料是銀銅、金硅、金銻、金鍺、金錫、錫銀銅、錫鉛或銦錫。

進一步的，所述步驟5的工作介質指的是蒸餾水、乙醇或丙酮。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：