CN116817648A - 陶瓷均温板及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电路基板技术领域，尤其涉及一种陶瓷均温板及其制作方法，该均温板包括陶瓷壳体、支撑柱和吸液芯；陶瓷壳体包括上盖板和下槽体，上盖板封盖于下槽体的槽口形成密封的腔室结构；陶瓷壳体内设有多个支撑柱，支撑柱的两端分别与上盖板和下槽体的底部连接；陶瓷壳体内填充工作流体，并且位于陶瓷壳体内，上盖板和下槽体的底板上分别设有吸液芯。本发明中，均温板相较于传统的PCB板和陶瓷板，陶瓷均温板基板拥有1000+W/(m·K)的导热系数，拥有极好的导热和均温性能，可应用于大功率的使用场景；陶瓷均温板具有良好的绝缘性，无需再加绝缘层，以及陶瓷均温板基板热膨胀系数接近硅，芯片与基板直接贴附可以减少热应力。
Description
技术领域
本发明涉及电路基板技术领域，尤其涉及一种陶瓷均温板及其制作方法。
背景技术
目前，可使用陶瓷基板来代替传统的PCB材质基板，例如，陶瓷基板的材质使用氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷等。陶瓷基板的优点包括：可以直接在陶瓷基板上进行芯片焊接和电路刻蚀，以及导热系数可以达到25～230W/(m·K)，其是传统PCB材质的几十倍，具有相对理想的传热性能；另外，陶瓷材料具有良好的绝缘性能，无需再设置绝缘层；并且，陶瓷基板热膨胀系数接近硅，可以减少热应力。
但是，虽然陶瓷材料的导热性能相较于传统PCB材质已经有了极大的优势，但是，参照现在的***集成度和发热量的提升，当前的导热系数仍不能满足使用需求。
发明内容
为解决现有技术中存在的至少以上技术问题，本发明提供了一种陶瓷均温板及其制作方法。
本发明一方面提供一种陶瓷均温板，包括陶瓷壳体、支撑柱和吸液芯；所述陶瓷壳体包括上盖板和下槽体，所述上盖板封盖于所述下槽体的槽口形成密封的腔室结构；所述陶瓷壳体内设有多个所述支撑柱，所述支撑柱的两端分别与所述上盖板和所述下槽体的底部连接；所述陶瓷壳体内填充工作流体，并且位于所述陶瓷壳体内，所述上盖板和所述下槽体的底板上分别设有所述吸液芯。
在一些实施例中，还包括注液管；所述注液管设于所述陶瓷壳体上，并与所述陶瓷壳体的内部连通，通过所述注液管对所述陶瓷壳体的内部进行注液、抽真空及除气操作。
在一些实施例中，所述上盖板和所述下槽体上包覆金属表层。
在一些实施例中，所述吸液芯与所述上盖板或所述下槽体的底部烧结成型；所述支撑柱与所述上盖板和所述下槽体的底部焊接，所述上盖板的边缘与所述下槽体的槽口焊接。
在一些实施例中，所述工作流体为去离子水。
在一些实施例中，所述陶瓷壳体的材质为氧化铝或氮化铝，所述支撑柱和所述吸液芯的材质为氧化铝、氮化铝或铜。
在一些实施例中，所述陶瓷均温板的导热系数为1000至6000W/(m·K)。
本发明另一方面还提供一种陶瓷均温板制作方法，所述陶瓷均温板包括陶瓷壳体，所述陶瓷壳体包括上盖板和下槽体，所述陶瓷壳体内设有支撑柱和吸液芯，所述方法包括以下步骤：将所述支撑柱和所述吸液芯设置在预设位置，并分别与所述上盖板和所述下槽体的底板固定连接；在所述陶瓷壳体上***注液管，并进行注液及抽真空操作；对注液管进行封口。
在一些实施例中，所述将所述支撑柱和所述吸液芯设置在预设位置步骤前，所述方法还包括：对所述陶瓷壳体进行表面金属处理，或者，将陶瓷粉末颗粒与银基粉末颗粒混合，并将混合后的颗粒设置在设定位置用于所述吸液芯烧结。
在一些实施例中，所述在所述陶瓷壳体上***注液管步骤后，所述方法还包括：对所述陶瓷壳体内进行除气操作，所述除气操作包括：对所述下槽体的底部进行加热，所述陶瓷壳体内的工业流体受热蒸发为气体，其中不凝性气体堆积于所述注液管的顶部，将所述注液管的顶部切除，从而完成去除不凝性气体的操作。
本发明提供的一种陶瓷均温板及其制作方法，均温板采用陶瓷壳体、支撑柱、吸液芯及工作流体的结构形式，相较于传统的PCB基板和陶瓷基板，陶瓷均温板基板拥有1000+W/(m·K)的导热系数，拥有极好的导热和均温性能，可应用于大功率的使用场景；陶瓷均温板具有良好的绝缘性，无需再加绝缘层，以及陶瓷均温板基板热膨胀系数接近硅，芯片与基板直接贴附可以减少热应力。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
图1为本发明实施例提供的陶瓷均温板的剖视图；
图2为本发明实施例提供的陶瓷均温板制作方法的流程框图一；
图3为本发明实施例提供的陶瓷均温板制作方法的流程框图二。
图中：
1：上盖板；2：下槽体；3：吸液芯；4：支撑柱；5：注液管。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种陶瓷均温板，包括陶瓷壳体、支撑柱和吸液芯；陶瓷壳体内部设置腔室，在腔室内填充工作流体，支撑柱位于腔室内用作支撑，吸液芯位于腔内内，用于增大热传递效率。
以下结合附图，对陶瓷均温板的各结构，以及各结构之间的连接关系进行详细的说明。
如图1所示，陶瓷壳体包括上盖板1和下槽体2，上盖板1封盖于下槽体2的槽口形成密封的腔室结构；陶瓷壳体的外形即为均温板的外形形状。陶瓷壳体内设有多个支撑柱4，支撑柱4的两端分别与上盖板1和下槽体2的底部连接；陶瓷壳体具有一定的长度/宽度，通过设置多个支撑柱4，可对上盖板1和下槽体2之间进行稳定的支撑，避免出现局部变形的情况。例如，多个支撑柱4均匀分布。陶瓷壳体内填充工作流体，并且位于陶瓷壳体内，上盖板1和下槽体2的底板上分别设有吸液芯3。
工作流体用于导热使用，而吸液芯3分别设置在上盖板1和下槽体2上，用于增大热传递面积，上盖板1所连元件产生的热量经由上盖板1、吸液芯3、工作流体、吸液芯3和下槽体2，进而快速的导热，进而提高热量传递的效率，由此设置的均温板可具有更高的导热系数。
继续参考图1所示，本发明实施例中，陶瓷均温板还包括注液管5；注液管5设于陶瓷壳体上，并与陶瓷壳体的内部连通，通过注液管5对陶瓷壳体的内部进行注液、抽真空及除气操作。
其中，注液管5***陶瓷壳体后，其与陶瓷壳体进行焊接，经由注液管5向陶瓷壳体内注入工作流体，例如，工作流体为去离子水；并且，对陶瓷壳体内部进行抽真空操作，使均温板为真空设计，可提高导热效率。
另外，通过注液管5还可进行二次排气作用。具体的，对均温板的底部进行加热，陶瓷壳体内的工作流体受热蒸发为气体，其中的不凝性气体堆积于注液管5顶部，将注液管5顶部切除从而排除不凝性气体。
本发明实施例中，上盖板1和下槽体2上包覆金属表层。也即对陶瓷壳体进行表面金属化，例如，采用电镀工艺，在陶瓷壳体的表面镀厚度为1微米至3微米的铜。
本公开实施例中，吸液芯3与上盖板1或下槽体2的底部烧结成型；支撑柱4与上盖板1和下槽体2的底部焊接，上盖板1的边缘与下槽体2的槽口焊接。陶瓷壳体的材质为氧化铝或氮化铝，支撑柱4和吸液芯3的材质为氧化铝、氮化铝或铜。例如，吸液芯3为铜粉或铜丝网烧结成型，或者吸液芯3为氧化铝或氮化铝粉末颗粒与银基粉末颗粒混合而成的颗粒烧结成型。
本发明实施例中，陶瓷均温板的导热系数为1000至6000W/(m·K)，与传统的PCB基板的1～3W/(m·K)以及陶瓷基板的25～230W/(m·K)相比，本发明实施例提供的陶瓷均温板的导热系数得到了有效的提升。
本发明实施例还提供一种陶瓷均温板制作方法，陶瓷均温板包括陶瓷壳体，陶瓷壳体包括上盖板和下槽体，陶瓷壳体内设有支撑柱和吸液芯，方法包括以下步骤：将支撑柱和吸液芯设置在预设位置，并分别与上盖板和下槽体的底板固定连接；在陶瓷壳体上***注液管，并进行注液及抽真空操作；对注液管进行封口。
根据本发明实施例提供的方法，可制作如图1所示的陶瓷均温板，该陶瓷均温板具备陶瓷材料的壳体，而在壳体的内部填充有吸液芯及工作流体，用于加速均温导热的作用，当陶瓷均温板上的元件，如，芯片，产生热量时，局部的热量被传递至均温板上，由均温板对热量进行快速的均温、导热，进而提高热传导效率。
本发明实施例中，将支撑柱和吸液芯设置在预设位置步骤前，方法还包括：对陶瓷壳体进行表面金属处理，或者，将陶瓷粉末颗粒与银基粉末颗粒混合，并将混合后的颗粒设置在设定位置用于吸液芯烧结。
本发明实施例中，在陶瓷壳体上***注液管步骤后，方法还包括：对陶瓷壳体内进行除气操作，除气操作包括：对下槽体的底部进行加热，陶瓷壳体内的工业流体受热蒸发为气体，其中不凝性气体堆积于注液管的顶部，将注液管的顶部切除，从而完成去除不凝性气体的操作。
以下结合附图，对本发明实施例中的陶瓷均温板制作方法进行说明。
如图2所示，本发明实施例中，一种陶瓷均温板制作方法包括以下步骤：
S1：陶瓷壳体进行表面金属化，其中，表面金属化的操作可采用电镀工艺，镀铜厚度为1um～3um。例如，陶瓷壳体的材料为氧化铝或氮化铝，将氧化铝或氮化铝均温板的上盖板和下槽体进行表面覆铜；
S2：上盖板和下槽体的底部分别进行铜粉/铜丝网的吸液芯烧结成型和铜支撑柱的预置。例如，吸液芯烧结采用气氛烧结炉中进行高温烧结工艺，气氛为氮氢混合气，烧结温度为900℃至980℃，烧结时间为1小时至2小时；支撑柱预置采用模具定位的方式将铜支撑柱定位于设计位置。
S3：上盖板和下槽体之间，以及上盖板和下槽体与支撑柱之间进行焊接，以形成稳定且密封的结构。例如，采用扩散焊或铜基钎焊进行焊接操作。
S4：铜注液管***陶瓷壳体并进行高频钎焊；并通过注液管对壳体进行注液抽真空；其中，注液方式以及抽真空方式为目前常用的注液及抽真空方式，本发明实施例中不进行限定。例如，采用低温抽真空等工艺。
S5：对铜注液管进行封口，并焊接制备成陶瓷均温板。例如，封口方式为斜口钳冷封后氩弧焊点焊热封。
如图3所示，本发明实施例中，另一种陶瓷均温板制作方法包括以下步骤：
S1：氧化铝或氮化铝粉末颗粒与银基粉末颗粒混合。例如，混合方式为使用行星搅拌机进行均匀混合，其中，银基粉末占比2％～10％，在高温下熔化对氧化铝或氮化铝粉末颗粒进行焊接强度的粘结。
S2：将混合后的粉末颗粒在模具的设计位置进行定位预置，并进行烧结吸液芯成型和支撑柱预置；例如，烧结吸液芯采用真空钎焊炉进行烧结，真空度＜10-4Pa，烧结温度800℃至950℃，烧结时间1小时值2小时；支撑柱预置采用模具定位的方式将铜支撑柱定位于设计位置。
S3：上盖板和下槽体的底板的焊接面预置银基焊料进行钎焊；以将上盖板和下槽体，以及上盖板和下槽体分别与支撑柱焊接成型，进而形成密封结构。
S4：铜注液管***陶瓷壳体并通过银基焊环进行高频钎焊；以及通过注液管对壳体进行注液抽真空；其中，注液方式以及抽真空方式为目前常用的注液及抽真空方式，本发明实施例中不进行限定。例如，采用低温抽真空等工艺。
S5：对铜注液管进行封口，并焊接制备成陶瓷均温板。例如，封口方式为斜口钳冷封后氩弧焊点焊热封。
本发明提供的一种陶瓷均温板及其制作方法，均温板采用陶瓷壳体、支撑柱、吸液芯及工作流体的结构形式，相较于传统的PCB板和陶瓷板，陶瓷均温板基板拥有1000+W/(m·K)的导热系数，拥有极好的导热和均温性能，可应用于大功率的使用场景；陶瓷均温板具有良好的绝缘性，无需再加绝缘层，以及陶瓷均温板基板热膨胀系数接近硅，芯片与基板直接贴附可以减少热应力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种陶瓷均温板，其特征在于，包括陶瓷壳体、支撑柱(4)和吸液芯(3)；
所述陶瓷壳体包括上盖板(1)和下槽体(2)，所述上盖板(1)封盖于所述下槽体(2)的槽口形成密封的腔室结构；
所述陶瓷壳体内设有多个所述支撑柱(4)，所述支撑柱(4)的两端分别与所述上盖板(1)和所述下槽体(1)的底部连接；
所述陶瓷壳体内填充工作流体，并且位于所述陶瓷壳体内，所述上盖板(1)和所述下槽体(2)的底板上分别设有所述吸液芯(3)。
2.根据权利要求1所述的陶瓷均温板，其特征在于，还包括注液管(5)；
所述注液管(5)设于所述陶瓷壳体上，并与所述陶瓷壳体的内部连通，通过所述注液管(5)对所述陶瓷壳体的内部进行注液、抽真空及除气操作。
3.根据权利要求1所述的陶瓷均温板，其特征在于，所述上盖板(1)和所述下槽体(2)上包覆金属表层。
4.根据权利要求1所述的陶瓷均温板，其特征在于，所述吸液芯(3)与所述上盖板(1)或所述下槽体(2)的底部烧结成型；
所述支撑柱(4)与所述上盖板(1)和所述下槽体(2)的底部焊接，所述上盖板(1)的边缘与所述下槽体(2)的槽口焊接。
5.根据权利要求1所述的陶瓷均温板，其特征在于，所述工作流体为去离子水。
6.根据权利要求1所述的陶瓷均温板，其特征在于，所述陶瓷壳体的材质为氧化铝或氮化铝，所述支撑柱(4)和所述吸液芯(3)的材质为氧化铝、氮化铝或铜。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的陶瓷均温板，其特征在于，所述陶瓷均温板的导热系数为1000至6000W/(m·K)。
8.一种陶瓷均温板制作方法，其特征在于，所述陶瓷均温板包括陶瓷壳体，所述陶瓷壳体包括上盖板和下槽体，所述陶瓷壳体内设有支撑柱和吸液芯，所述方法包括以下步骤：
将所述支撑柱和所述吸液芯设置在预设位置，并分别与所述上盖板和所述下槽体的底板固定连接；
在所述陶瓷壳体上***注液管，并进行注液及抽真空操作；
对注液管进行封口。
9.根据权利要求8所述的陶瓷均温板制作方法，其特征在于，所述将所述支撑柱和所述吸液芯设置在预设位置步骤前，所述方法还包括：
对所述陶瓷壳体进行表面金属处理，或者，将陶瓷粉末颗粒与银基粉末颗粒混合，并将混合后的颗粒设置在设定位置用于所述吸液芯烧结。
10.根据权利要求8所述的陶瓷均温板制作方法，其特征在于，所述在所述陶瓷壳体上***注液管步骤后，所述方法还包括：
对所述陶瓷壳体内进行除气操作，所述除气操作包括：对所述下槽体的底部进行加热，所述陶瓷壳体内的工业流体受热蒸发为气体，其中不凝性气体堆积于所述注液管的顶部，将所述注液管的顶部切除，从而完成去除不凝性气体的操作。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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