[发明专利]一种相变储热复合型均热板及其制备方法

说明书

本发明涉及一种相变储热复合型均热板及其制备方法，属于电子封装技术领域。该均热板由金属壳体、上盖板、高导热支撑骨架和储热介质组成，高导热支撑骨架和储热介质设置于金属壳体内，上盖板封盖焊接在金属壳体上。储热介质通过压力浸渗或自组装的方式封装于高导热骨架中，再置于金属壳体中，金属壳体与上盖板焊接。本发明实现了热沉与均热板的一体化设计，热导率>400W/mK，同时通过储热介质的相变吸热，实现散热功能，并且通过高导热骨架毛细作用的自封装和金属壳体与盖板的焊接封装，避免了储热介质的泄漏，从而提高了部件的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种相变储热复合型均热板及其制备方法，属于电子封装技术领域。

背景技术

随着微电子技术朝着小型化、高集成化的发展，以及瞬时高功率器件的广泛应用，普通均热板不具备高的热导率，无法满足高功率器件及瞬时高功率脉冲型器件散热的需要。

中国专利CN105202956A公布了一种钨铜或钼铜为基板的复合均热板的制造方法，用于解决热沉材料与均热板之间热阻过大及稳定性问题。但由于其导热系数低(小于200W/mK)，不能满足现在更高功率器件的使用，对于瞬时高功率的器件，易受热冲击而失效。

发明内容

本发明的目的是为了解决均热板热导率低，热沉材料与均热板封装结构复杂，实现传热与储热耦合，提供一种瞬时高功率器件的散热途径。

为解决以上问题，本发明提出了储热型均热板以及热沉材料与均热板进行复合的方式。利用液态金属相变吸收大量热量进行散热，并且对液态金属进行了有效的封装。

一种相变储热复合型均热板，该均热板由金属壳体、上盖板、高导热支撑骨架、储热介质四部分构成，高导热支撑骨架和储热介质置于金属壳体内，上盖板封盖在金属壳体上。

所述金属壳体的材质为无氧铜、硅铝或铝合金，其横截面形状为矩形或者圆形。所述上盖板的材质为经表面金属化的金刚石-铜或金刚石-铝复合材料，具有高热导率，热膨胀系数与高功率芯片相匹配，可以直接作为热沉使用，其形状为矩形或者圆形的复合材料板。金刚石-铜或金刚石-铝复合材料通过化学镀镍进行表面金属化，优选金刚石-铜或金刚石-铝复合材料通过镀镍、再在镍层电镀金进行表面金属化。

所述的高导热支撑骨架的材质为泡沫铜、泡沫铝或泡沫碳，孔隙率为50％-90％，平均孔径为0.3-1mm。高导热支撑骨架为三维连通的泡沫结构，充满整个腔体，根据采用材料孔隙率、孔径的不同，实际占据的体积不同，占金属壳体内部的体积比为10vol％～80vol％。

所述储热介质为铟基、镓基或铋基低熔点合金，熔点为5-80℃，体积相变焓为200-500KJ/L。

储热介质通过压力浸渗方式封装于高导热支撑骨架中，利用毛细作用进行自封装，浸渗的储热介质与高导热支撑骨架的体积比介于1/1～9/1之间；所述的金属壳体与上盖板之间为焊接连接。

上述相变储热复合型均热板的制备方法，包括如下步骤：采用压力浸渗法(优选真空压力浸渗法)将储热介质压入高导热支撑骨架中，利用毛细作用进行自封装；将高导热支撑骨架通过过盈配合装配到金属壳体内，金属壳体与上盖板之间通过焊接连接。

高导热支撑骨架与金属壳体各面及上盖板相接触，它们之间存在过盈配合。

本发明具有以下优点：(1)针对瞬时高功率器件，引入液态金属相变材料，通过储热介质的相变吸热，实现传热和储热功能的耦合。(2)简化了高功率器件的封装结构，使用高导热金刚石基复合材料作为上盖板，高功率芯片可以直接安装到均热板上，减少封装层次，实现了热沉与均热板的复合，相较普通纯金属均热板Z方向散热效率提高了70％。(3)该复合型均热板具有高导热性，通过引入高导热支撑骨架，以及使用金刚石基复合材料作为上盖板材料，相较于普通纯金属均热板，X-Y方向热导率可达400W/mK以上。