[发明专利]一种高导热散热装置

说明书

本发明提出了一种高导热散热装置，所述装置自下而上依次由高导热底板、围框和盖板组成；高导热底板上且围框内设有至少一层HTCC基板，所述单层HTCC基板的上下表面中的至少一面用于放置发热器件；所述HTCC基板与高导热底板相连接的一面不放置发热器件。本发明提供的高导热散热装置利用大面积的HTCC基板和金刚石铝底板，解决了微波功率模块的高热流密度发热芯片的散热问题。

技术领域

本发明涉及微波功率模块领域，尤其涉及一种高导热散热装置。

背景技术

微波功率模块广泛应用于雷达、电子对抗、通信等军事和民用领域，随着GaN三代半导体材料的发展，集成度和功率不断提高，微波功率模块的发热量成倍提高，X波段功率芯片的热流密度达到200W/cm2甚至更高，对模块散热能力尤其是热传导提出了很大挑战。

目前国内的军用或者民用领域，微波功率模块发热芯片的热沉多采用钨铜、铜-钼铜等二代热管理材料，例如专利CN201310001249.X“层叠结构热沉材料及制备方法”中提到的铜-钼铜热沉材料，采用三层复合，实现钼铜或钨铜热沉的制备。专利CN200910213372.1“铜钼铜热沉材料及制备方法”中提到的铜钼铜热沉材料。封装壳体则是可伐、铝硅等一至三代热管理材料，例如专利CN201810044629.4“电子封装用可伐合金墙体的制备方法”中提到的可伐合金封装壳体，专利CN201510812388.X“一种梯度铝硅电子封装材料的制备方法”中提到的铝硅壳体封装材料。在部分高端应用领域，开始逐步应用金刚石铝、金刚石铜等第四代热沉材料，例如专利CN201710434894.9“一种用作电子封装材料的金刚石-铝复合材料”中提到的热沉材料，专利CN201520980982.5“金刚石铜热沉材料”中提到的热沉材料。金刚石基复合材料，虽然热导率高达约600W/m/K，是铝的3倍左右，由于金刚石颗粒的存在，导致难加工、成本高的缺点，一般只能通过研磨的办法实现平板结构。而对于微波功率模块的封装壳体而言，需要设计供电、射频接口以便安装连接端子，必然存在螺纹、倒角、阶梯孔等精细复杂结构，只能通过机加工方式完成，从而限制了金刚石基复合材料在封装壳体上的应用，因此封装壳体上应用金刚石基复合材料未见报道。

此外，在微波功率模块内部，LTCC基板应用非常广泛，随着基板功能扩展和集成度提高，功率芯片热沉的可用面积逐渐减小，在Ka等高频段，热沉面积甚至和芯片相当，没有发挥扩热作用。在高导热需求下，HTCC(High Temperature co-fired Ceramic,高温共烧陶瓷)基板也开始逐渐使用，例如专利CN201811144572.1“一种四通道微波T/R组件”中提到的基板材料，专利CN201520794769.5“一种TR组件的高密度组装结构”中提到的HTCC基板，同样存在热沉扩热面积不够的问题。

综合来看，为提高大功率微波功率模块的散热能力，亟需解决如何实现金刚石基高导热材料作为封装壳体应用，如何提高热沉的扩热能力的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种高导热散热装置，所述装置自下而上依次由高导热底板、围框和盖板组成；高导热底板上且围框内设有至少一层HTCC基板，所述单层HTCC基板的上下表面中的至少一面用于放置发热器件；所述HTCC基板与高导热底板相连接的一面不放置发热器件。

进一步地，所述发热器件为芯片，除最下层芯片外的任一芯片的功率不大于位于其下方的芯片的功率。

进一步地，所述高导热底板为金刚石铝复合材料，HTCC基板和高导热底板的热膨胀系数的差值大于等于-3ppm/K小于等于3ppm/K。

进一步地，所述HTCC基板为一层，上表面设置有凹腔，所述凹腔用于放置芯片，所述凹腔内的芯片的表面位于所在HTCC基板的上下表面之间，所述芯片在竖直方向上错位分布。