[发明专利]一种适用于微波功率芯片焊接的底板结构

说明书

本发明提出了一种适用于微波功率芯片焊接的底板结构，底板结构包括底面以及底面中央的凸起，凸起部分用于嵌入微波腔体内部；底板结构的外壳使用与微波芯片热膨胀系数相近的金属材料，底板内部为空心结构，空心结构的壳体与底板结构外壳之间填充吸液芯，吸液芯具有毛细结构，毛细结构内部为工作液体；微波功率芯片产生的热量由焊接面导入到底板内部，一部分由底板底面两侧导出，一部分热量通过底板内部空间，由凸起部分导出，利用吸液芯的毛细结构和毛细结构中的工作液体，形成蒸发—对流—冷凝—回流—蒸发的往复循环，以带走热量。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种适用于微波功率芯片焊接的底板结构。

背景技术

微波芯片作为微波模块的核心器件，以尺寸小、价格高、易损坏而著称。对于带有功率功能(如放大、衰减)的微波芯片来说，由于功耗大、尺寸小，导致热流密度极大，需要底板有非常高的热导率把热量快速传导出去。底板作为基板，起着保护芯片、连接固定、热量传导的作用，在芯片损坏时，也方便更换。

在实际应用中，先将微波芯片焊接在底板上，再将底板用螺钉固定在微波腔体中。芯片的主要材料一般是氮化铝或砷化镓，线热膨胀系数较低(氮化铝为4.5，砷化镓为6.8)，而底板一般是金属材料，线热膨胀系数较高(铜为17.7，铝为23)，这导致焊接后冷却过程中，微波芯片经常因受到底板的拉力而断裂、破坏。

现在，应用于微波功率芯片的底板都是利用材料固有的物理性能来实现热量传导，具体有两种形式：

一种是利用高导热性材料来实现热传导，如纯铜导热率达到400W(m.K)^-1，但由于其热膨胀系数远大于芯片，焊接时会因为之间的拉力导致芯片断裂、破坏，所以通常采用导电胶粘接的方法，导电胶固化的温度远低于焊接的融化温度，这样芯片和底板之间因为热膨胀产生的应力就会小很多。但粘接的可靠性远低于焊接，导电胶本身的热导率也比较小。

另一种是利用低热膨胀系数的材料，如硅铝合金、铝碳化硅、钼铜合金等，其中，硅铝合金的导热率为140W(m.K)^-1，铝碳化硅的导热率为150～200W(m.K)^-1，钼铜合金的导热率为160～190W(m.K)^-1。但这些低热膨胀系数材料的热传导效率并不高，会使芯片长时间工作于高温状态，导致芯片的寿命和可靠性降低。

除此之外，一些微波模块采用附加的导热机构，如：利用导热柱将底板上的热量传导至盖板，但这些增加的机构会改变微波模块内的空间电磁场，对信号的传输带来影响，因此使用受到很大的限制。

图1示出的是微波模块中大功率微波芯片的安装示意图。微波芯片1采用焊接工艺固定在底板2相应位置上；底板用螺钉固定在腔体3相应的凹槽内，腔体内部通常没有其他机构，防止空间电磁场的反射或折射；盖板4用螺钉固定，与腔体一起形成一个金属封闭空间，防止内外电磁场串扰。

发明内容

本发明提出了一种适用于微波功率芯片焊接的底板结构，尤其适用于大功率芯片焊接，解决了焊接过程中因热膨胀不同而导致的微波芯片受到底板的拉力而断裂、破坏的问题，同时，本发明还增大了对热量的传导速度，保证芯片在工作时的可靠性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于微波功率芯片焊接的底板结构，底板结构包括底面以及底面中央的凸起，凸起部分用于嵌入微波腔体内部；底板结构的外壳使用与微波芯片热膨胀系数相近的金属材料，底板内部为空心结构，空心结构的壳体与底板结构外壳之间填充吸液芯，吸液芯具有毛细结构，毛细结构内部为工作液体；微波功率芯片产生的热量由焊接面导入到底板内部，一部分热量由底板底面两侧导出，一部分热量通过底板内部空间由凸起部分导出，利用吸液芯的毛细结构和毛细结构中的工作液体，形成蒸发—对流—冷凝—回流—蒸发的往复循环，以带走热量。

可选地，底板内部空心结构的形状与底板结构相同或相似。