一種鋁碳化硅復合散熱結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種鋁碳化硅復合材料，尤其是一種鋁碳化硅復合散熱結構。
【背景技術】
[0002]在電子及微電子封裝領域，如晶閘管、整流管封裝；電力電子器件、汽車電子功率模塊封裝領域；大功率液晶顯示器件、高性能PCB板、微處理器芯片、計算機硬盤等領域都會遇到散熱的問題，因為熱量的積累會導致器件的損壞。如今熱管理能力越來越成為企業(yè)的核心技術能力。
[0003]并且隨著功率器件更高性能的要求，對封裝材料提出了更新、更高的要求，傳統(tǒng)材料不再適用于高功率密度器件的封裝。過去大量使用的鋁等高熱導率的金屬材料不能達到良好的散熱指標和輕便的要求，而且成本較高，已不能滿足這種高功率密度的需要。這使得電子器件熱管理問題成為瓶頸。電子器件熱管理問題得不到很好的解決，會導致電子器件的熱失效，從而造成封裝體與功率器件因受熱膨脹而開裂，功率器件散熱性不佳而停止工作。同時，由于現(xiàn)有的金屬等材料的熱膨脹系數(shù)與功率器件不匹配，使得結構不穩(wěn)定。
[0004]碳化硅材料具有接近金屬鋁材料的熱導率，其與空氣的對流換熱能力比金屬鋁材料優(yōu)異，常常被用作功率器件的散熱基板和熱沉。并且輕便、價格便宜、擁有與功率器件相匹配的熱膨脹系數(shù)，是熱源管理領域常用的材料。然而單純的碳化硅材料存在著熱導率不及金屬鋁材料的缺點，需要進一步提升散熱的綜合性能。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決上述綜合散熱性能的不足，綜合利用金屬鋁材料和碳化硅材料的優(yōu)點，本實用新型提供一種鋁碳化硅復合散熱結構。
[0006]本實用新型的鋁碳化硅復合散熱結構，包括碳化硅陶瓷片和金屬鋁，具體是所述碳化硅陶瓷片為多孔碳化硅陶瓷片，所述金屬鋁填充到所述多孔碳化硅陶瓷片的孔內(nèi)。
[0007]進一步地，所述的鋁碳化硅復合散熱結構，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔隙率為20-30%ο
[0008]進一步地，所述的鋁碳化硅復合散熱結構，所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接觸熱源。
[0009]進一步地，所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接觸熱源，并在所述接觸熱源的表面一側，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔被金屬鋁填充；遠離所述接觸熱源的表面一側，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔未被金屬鋁填充所述；被金屬鋁填充的多孔碳化硅陶瓷片部分的厚度是整個多孔碳化硅陶瓷片厚度的1/5-1/3。
[0010]進一步地，所述的鋁碳化硅復合散熱結構，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔隙率為25%。
[0011 ] 進一步地，所述熱源為發(fā)熱芯片。
【附圖說明】
[0012]圖1本實用新型的一種鋁碳化硅復合結構示意圖；
[0013]圖2散熱過程示意圖；
[0014]圖3本實用新型的另一種鋁碳化硅復合結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]參見圖1，本實用新型的鋁碳化硅(AlSiC)復合結構包括多孔碳化硅陶瓷片001，該陶瓷片001的幾何形狀可根據(jù)需要設計。該多孔碳化硅陶瓷片的孔為開放性孔，即孔是與外界空氣環(huán)境相通的，并且空隙率控制在20-30%之間，即單位體積內(nèi)孔的體積占20-30%。在與熱源H接觸的表面002 —側，該多孔碳化硅陶瓷片的孔被金屬鋁003填充。被金屬鋁003填充的多孔碳化硅陶瓷片部分的厚度dl是整個多孔碳化硅陶瓷片厚度d2的1/5-1/3。
[0016]熱源H貼設或者之間接觸在002表面上，熱源H產(chǎn)生的熱流密度進過金屬鋁和碳化硅迅速傳遞到碳化硅的各個表面，這些表面包括孔的表面和外表面，在這些表面上，熱量與空氣環(huán)境進行對流換熱，將熱量釋放到周圍環(huán)境中。
[0017]參見圖2上述過程可分為導熱過程和對流換熱過程，由于金屬鋁的導熱性能高于碳化硅材料，在熱源附近的鋁和碳化硅起著迅速將熱分散傳導的作用，在這個過程中熱導率為最主要的參數(shù)，在這個過程中孔反而會阻礙流量的傳導，因此在碳化硅散熱片與熱源接觸的表面部分使用高熱導率的金屬鋁填充孔有利于熱量的迅速傳導，同時以多空碳化硅陶瓷為本體采用填充的方式填充鋁能夠使得工藝簡單。當熱量迅速被傳導分散時，這時對流換熱成為最主要的過程，該過程要求更多的與空氣環(huán)境換熱的表面，因此多孔的碳化硅陶瓷能夠最大限度的有利于對流散熱。
[0018]綜上所述，本實施例具有優(yōu)異的散熱綜合性能，是通過金屬鋁與多孔碳化硅陶瓷的結合，并優(yōu)化結構設計得到。
[0019]本實用新型提供另一個實施例。
[0020]如圖3所示，具有平坦上表面SI和下表面S2的多孔碳化硅主體100，其孔隙率為25%，該主體的橫截面為圓形，在該主體100的上表面SI上形成有若干深度為d3的凹坑102，圖3只示意性的顯示了一個凹坑，若干發(fā)熱芯片101設置在該凹坑102中，所述凹坑的深度d3與該發(fā)熱芯片101的厚度相同。在距離上表面SI 一定厚度d4以內(nèi)的多孔碳化硅主體100部分的孔隙被金屬鋁填滿。該一定厚度d4大于兩倍凹坑的深度d3，優(yōu)選該一定厚度d4為10毫米。在上表面SI除凹坑的部分覆蓋絕緣層(附圖未標出)，在絕緣層上形成與發(fā)熱芯片101電性連接的線路層(附圖未標出)。
【主權項】
1.一種鋁碳化硅復合散熱結構，包括碳化硅陶瓷片和金屬鋁，其特征在于:所述碳化硅陶瓷片為多孔碳化硅陶瓷片，所述金屬鋁填充到所述多孔碳化硅陶瓷片的孔內(nèi)。2.如權利要求1所述的鋁碳化硅復合散熱結構，其特征在于:所述多孔碳化硅陶瓷片的孔隙率為20-30%。3.如權利要求1所述的鋁碳化硅復合散熱結構，其特征在于:所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接觸熱源。4.如權利要求1所述的鋁碳化硅復合散熱結構，其特征在于:所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接觸熱源，并在所述接觸熱源的表面一側，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔被金屬鋁填充；遠離所述接觸熱源的表面一側，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔未被金屬鋁填充所述；被金屬鋁填充的多孔碳化硅陶瓷片部分的厚度是整個多孔碳化硅陶瓷片厚度的1/5-1/3。5.如權利要求4所述的鋁碳化硅復合散熱結構，其特征在于:所述多孔碳化硅陶瓷片的孔隙率為25%。6.如權利要求4或5任一項所述的鋁碳化硅復合散熱結構，其特征在于:所述熱源為發(fā)熱芯片。
【專利摘要】本實用新型提供一種鋁碳化硅復合散熱結構，包括多孔碳化硅陶瓷片和金屬鋁，所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接觸熱源，并在所述接觸熱源的表面一側，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔被金屬鋁填充；遠離所述接觸熱源的表面一側，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔未被金屬鋁填充所述；被金屬鋁填充的多孔碳化硅陶瓷片部分的厚度是整個多孔碳化硅陶瓷片厚度的1/5-1/3，本實用新型的鋁碳化硅復合散熱結構具有優(yōu)異的散熱綜合性能。
【IPC分類】H01L23/373
【公開號】CN204696101
【申請?zhí)枴緾N201520439221
【發(fā)明人】劉淮祥
【申請人】劉淮祥
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月25日