CN1647868A - 散热器的焊接制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种散热器的焊接制备方法，其步骤包括：(一)备置底座、散热鳍片和焊料，其中该焊料具有助焊剂；(二)设置该焊料于该底座与该散热鳍片之间；(三)加热该焊料，以通过焊料焊接该散热鳍片于该底座，从而连接完成散热器；(四)保温该散热器，使作业温度降至该焊料的熔点；(五)冷却该散热器，使作业温度降至室温；由此，以消除焊料焊接时产生的空孔或气泡，并使焊料焊接形成的结晶颗粒长大与粗化，降低散热器的热阻。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热器的焊接制备方法，特别是关于一种应用于铝质材料与铝质材料之间的焊接，或铝质材料与铜质材料之间的焊接，以降低散热器的热阻的散热器的焊接制备方法。
背景技术
众所周知，电子装置中的电子组件，如计算机的主机板上的中央处理器(CPU)，需组装散热模块，以冷却其使用时产生的高温。该散热模块具有散热器，该散热器包括抵靠于中央处理器的铝质或铜质底座，以及焊接于该底座的铝质散热鳍片。
公知的散热器的焊接制备方法，首先，焊接前，为便于将散热鳍片焊接固定于底座，铝质散热鳍片和铝质底座需先行以电镀或熔射(Thermal Spray)等方法加工处理后再行焊接，无法直接焊接铝质散热鳍片于铝质底座或铜质底座，导致电镀制备方法的繁杂、电镀污染的产生和电镀成本的增加。
其次，散热鳍片和底座之间设有焊料，如涂布含有助焊剂的焊锡膏(Sn63/Pb37)于散热鳍片或底座表面，或如放置焊锡片(Sn63/Pb37)于底座后，再涂布助焊剂于焊锡片上。由于不易涂布焊锡膏与助焊剂的，导致作业的难度增高，而且焊料的铅(Pb)材质会污染环境。焊接时，由于焊接作业的环境温度高，该助焊剂会液化外渗并碳化，导致焊接后的散热器外观微黄不洁，清洗不易，增加处理成本。尤其在焊接的高温过程中，焊料容易产生空孔或气泡，导致散热效率大打折扣。且在焊接后的冷却过程中，焊料的结晶颗粒小，结晶颗粒之间的接触总面积大，导致热阻增加，甚至于产生龟裂现象，严重影响散热效果。另外，散热器组装散热风扇形成整体的散热模块时，需开发扣具等零件，导致所需模具和组装成本的增加。
上述公知的散热器，就材质与散热模块的设计上，已难以降低散热器的热阻，需通过散热器的焊接制备方法来改善散热鳍片和底座之间的焊料焊接形成的结晶颗粒的金相，才能加以降低散热器的热阻。而上述公知的散热器的焊接制备方法，其高温焊接与冷却结果所产生的金相热阻大。另外，电镀的过程繁杂，电镀的污染不符合环保要求，电镀的高成本降低产品的市场竞争力，电镀层会脱落，使散热器的优良率不佳。此外，焊料在焊接前的涂布工作、焊接后使散热器外观不洁、以及散热风扇的组装都增加作业成本。
因此，由上可知，上述公知的散热器的焊接制备方法，在实际制造与散热器的使用上，显然具有不便与缺陷存在，而有待加以改善。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种散热器的焊接制备方法，以消除焊料焊接时产生的空孔或气泡，并使散热鳍片和底座之间的焊料焊接形成的结晶颗粒长大与粗化，以降低散热器的热阻。
本发明的次一目的，在于提供一种散热器的焊接制备方法，应用于铝质材料与铝质材料之间的焊接，或铝质材料与铜质材料之间的焊接，以简化制备方法与设备，减少污染，降低成本，提升优良率。
为了达到上述目的，本发明主要提供了一种散热器的焊接制备方法，其步骤包括：
(一)备置底座、散热鳍片和焊料，其中该底座具有焊接面，该散热鳍片具有焊接部，该焊料具有助焊剂用以辅助焊接；
(二)设置该焊料于该底座的焊接面与该散热鳍片的焊接部之间；
(三)加热该焊料至少30秒，使作业温度从室温升至660℃以内的最高温度，以通过焊料焊接该散热鳍片的焊接部于该底座的焊接面，从而连接完成散热器；
(四)保温该散热器至多1小时，使作业温度降至该焊料的熔点，以消除焊料焊接时产生的空孔或气泡，并使焊料焊接形成的结晶颗粒长大；
(五)冷却该散热器至少1分钟，使作业温度降至室温，以完成焊料结晶的粗化。
通过加热焊料焊接散热鳍片的焊接部于底座的焊接面后，持续保温以将作业温度降至焊料的熔点，以消除焊料焊接时产生的空孔或气泡，并使焊料焊接形成的结晶颗粒长大，再冷却至室温，以完成焊料结晶的粗化，避免龟裂现象，从而降低散热器的热阻。此外，配合助焊剂的涂布，无须电镀制备方法，使制备方法与设备简化，污染减少，成本降低，优良率提升。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明的底座、焊料和散热鳍片的示意图；
图3是本发明的助焊剂涂布于片状焊料的示意图；
图4是本发明的铝质底座进一步焊接铜质导热板，且铝质底座的侧翼部组装散热风扇的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10-底座；11-焊接面；12-侧挡部；13-排气孔；14-侧翼部；
15-锁固部；16-锁固孔；20-散热鳍片；21-焊接部；22-排气孔；
30-焊料；40-助焊剂；50-涂布装置；51-容器；52-出料滚筒；
53-流道口；60-铜质导热板；70-散热风扇。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达到预定目的所采取的技术手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，根据本发明的目的、特征与特点，可由此得以深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
请参阅图1所示，本发明是一种散热器的焊接制备方法，其步骤包括：
(一)备置底座10、散热鳍片20和焊料30，其中该底座10顶面具有焊接面11，该散热鳍片20底缘具有焊接部21，该焊料30具有助焊剂40用以辅助焊接。
请配合参阅图2所示，本实施例中，该底座10概呈长方形板体，底座10可配合电子装置的电子组件而有不同的外型。底座10的材质可为铝质底座或铜质底座。底座10具有一体成型的二侧挡部12，所述二侧挡部12分别自二相对侧缘向上延伸。
该散热鳍片20的材质为铝质散热鳍片20。散热鳍片20的焊接部21自其底缘垂直弯折形成，并设有排气孔22。
本实施例中，该焊料为片状焊料30，该片状焊料30的厚度介于0.05毫米至1毫米较佳。片状焊料30的助焊剂40可由机械或手工涂布完成，请配合参阅图3所示，为本实施例提供的涂布装置50，其包括一容器51和一组出料滚筒52，该容器51设有流道口53对应于该出料滚筒52。该助焊剂40填充于该容器5 1中，助焊剂40以自重流出该流道口53，并附着于出料滚筒52表面，该片状焊料30通过出料滚筒52的滚动而前进，出料滚筒52滚压于片状焊料30，使助焊剂40涂布于片状焊料30表面，再裁切成对应于底座10的焊接面11的尺寸大小。此外，也可涂布助焊剂40于该底座10的焊接面11或该散热鳍片20的焊接部21，再设置该片状焊料30于该底座10的焊接面11与该散热鳍片20的焊接部21之间。或者，助焊剂40可含于焊料30中。
该焊料30可为有铅焊料或无铅焊料。请参阅下表，为无铅焊料的合金成分比，该无铅焊料包含锡Sn和选自于银Ag、铜Cu、铋Bi、锑Sb、锌Zn或铟In至少一种，如锡Sn含95％以及锑Sb含5％所组成。无铅焊料的熔点较高，因此耐热性佳，有利于焊接两不同的材质，并可避免污染，以符合环保要求。
本发明的无铅焊料的合金成分表的实施例：
| 合金组成 | 熔点(℃) | |||||||
| Sn | Ag | Cu | Bi | Sb | Zn | In | 固相温度 | 液相温度 |
| BaL | …… | …… | …… | 5.0 | …… | …… | 240 | 243 |
| BaL | …… | 0.7 | …… | 0.3 | …… | …… | 270 | 229 |
| BaL | …… | 0.75 | …… | …… | …… | …… | 227 | |
| BaL | 3.5 | …… | …… | …… | …… | …… | 227 | |
| BaL | 3.35 | 0.65 | …… | …… | …… | …… | 217 | 219 |
| BaL | 1.0 | 0.5 | …… | …… | …… | …… | 217 | 227 |
| BaL | 0.3 | 0.7 | …… | …… | …… | …… | 217 | 227 |
| BaL | 2.5 | 0.5 | 1.0 | …… | …… | …… | 215 | 217 |
| BaL | 2.0 | 0.5 | 2.0 | …… | …… | …… | 212 | 222 |
| BaL | 2.0 | 0.75 | 3.0 | …… | …… | …… | 207 | 220 |
| BaL | 3.0 | 0.7 | …… | …… | …… | 1.0 | 215 | 217 |
| BaL | 3.0 | 0.7 | …… | …… | …… | …… | 217 | 219 |
| BaL | 3.35 | 0.7 | …… | 0.3 | …… | …… | 218 | 220 |
| BaL | 3.0 | 0.5 | …… | …… | …… | …… | 217 | 219 |
| BaL | …… | …… | 3.0 | …… | 7.5 | …… | 189 | 199 |
| BaL | …… | …… | 58.0 | …… | …… | …… | 139 | |
| BaL | 2.0 | 0.5 | 7.5 | …… | …… | …… | 190 | 213 |
| BaL | …… | …… | …… | …… | 9 | …… | ||
该助焊剂40为水洗型助焊剂或松脂型助焊剂。请参阅下表，为助焊剂40的成分比，助焊剂40包含选自于市售的助焊剂(如AMCO64、AMCO2213、AMCO66A)、多醇胺(如TRIETHANOLAMINE)、氟硼化物(如AMMONIUMFLUOBORATE、STANNOUS FLUOBORATE、ZINC FLUOBORATE)、铵与氢氟酸中和的铵盐(如AMINE·HF)、氧化锌(ZINC OXIDE)或多醇类(如PEG200)至少一种，如AMCO64含40％、AMINE·HF含50％以及TRIETHANOLAMINE含10％所组成。
本发明的助焊剂成分表的实施例：
| #1 | #2 | #3 | #4 | #5 | #6 | #7 | #8 | |
| AMOC64 | 100 | 0 | 0 | 0 | 40 | 0 | 0 | 0 |
| AMCO 2213 | 0 | 100 | 0 | 0 | 0 | 40 | 0 | 0 |
| AMCO 66A | 0 | 0 | 100 | 0 | 0 | 0 | 40 | 0 |
| Amine·HF | 0 | 0 | 0 | 400 | 50 | 50- | 50 | 50 |
| Triethanolamine | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| AmmoniumFluobrate | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| StannousFluobrate | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| Zinc Fluobrate | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| Zinc Oxide | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| PEG 200 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |
(二)设置该焊料30于该底座10的焊接面11与该散热鳍片20的焊接部21之间，并叠置形成焊接前的散热器。
(三)加热该焊料30至少30秒，使作业温度从室温升至660℃以内的最高温度，以通过焊料30焊接该散热鳍片20的焊接部21于该底座10的焊接面11，从而连接完成散热器：
加热制备方法将步骤(二)所形成焊接前的散热器送入隧道炉，通过隧道炉加热，以获得焊接固定的散热器，其中该隧道炉内填充氮气，并保持氧气于5000PPM以内，以避免助焊剂40碳化，便于焊接后的清洗工作。
加热制备方法也可直接加热该底座10的底面，或同时加热该底座10的底面和底座10的侧边缘。
在加热制备方法中，该散热鳍片20的焊接部21的排气孔22有利于助焊剂40的蒸发与焊料30的渗出，使焊接更为稳固均匀。另外，该底座10的侧挡部12可防止助焊剂40的外溢。
(四)保温该散热器至多1小时，使作业温度降至该焊料的熔点：
保温过程将步骤(三)所焊接固定的散热器送入隧道炉中的保温段，使作业温度降至焊料30的熔点，如上述的无铅焊料的合金成分表所示的熔点，以消除焊料30焊接时产生的空孔或气泡，并使焊料30焊接形成的结晶颗粒长大，减少结晶颗粒数量，因此结晶颗粒之间的接触总面积减少，而能降低热阻。
(五)冷却该散热器至少1分钟，使作业温度降至室温，以完成焊料30结晶的粗化：
作业温度由焊料30的熔点缓慢降低至室温，避免焊料30焊接形成的结晶颗粒以急速降温的方式而造成龟裂现象。
通过上述的焊接制备方法，能焊接完成散热器。若该助焊剂40为松脂型助焊剂，用热溶剂加以洗涤。若该助焊剂40为水洗型助焊剂，可以热温水加以洗涤。通过实际的测试结果，该散热器可降低热阻0.01℃/W以上。
请参阅图4所示，当该底座10为铝质底座时，为提升散热器的散热效果，该步骤(一)进一步备置铜质导热板60，该底座10的焊接面11进一步设有排气孔13贯穿至底座10的底面，该铜质导热板60位于底座10的底面下，且设置该焊料30于该底座10与该铜质导热板60之间，该排气孔13有利于助焊剂40的蒸发与焊料30的渗出。由此，可同时将铜质导热板60焊接于底座10。
请续参阅图4所示，该底座10具有一体成型的二侧翼部14，所述二侧翼部14分别自二相对侧缘向上延伸，侧翼部14顶端向内延伸锁固部15，锁固部15设有锁固孔16。侧翼部14一方面可防止助焊剂40的外溢，另一方面可通过锁固孔16锁合散热风扇70，以构成整体的散热模块，无须再开发扣具夹持散热风扇70与散热器。
因此，通过本发明的散热器的焊接制备方法，具有如下述的特点：
1、加热焊料焊接散热鳍片的焊接部于底座的焊接面后，持续保温以将作业温度降至焊料的熔点，使散热器的焊接不会有空孔或气泡，并使焊料焊接形成的结晶颗粒长大，减少结晶颗粒的接触总面积，再冷却至室温，以完成焊料结晶的粗化，避免龟裂现象，如此可降低热阻。
2、加热、保温和冷却制备方法，配合助焊剂的使用，可无须电镀制备方法，使铝质散热鳍片直接焊接于铝质底座或铜质底座，且助焊剂容易涂布于片状焊料，大幅简化制备方法与设备，减少污染，降低成本，提升优良率。
3、隧道炉填充氮气，可避免助焊剂的碳化，此外，底座的侧挡部或侧翼部可避免助焊剂外溢，另外，侧翼部可供固定散热风扇，使散热模块的组装更为简便。
以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明与附图，并非用以限制本发明及本发明的特征，凡熟悉该项技术者，按照本发明的精神所做的等效修饰或变化，皆应包含于本发明的权利要求书内。
Claims (15)
1、一种散热器的焊接制备方法，其步骤包括：
(一)备置底座、散热鳍片和焊料，其中该底座具有焊接面，该散热鳍片具有焊接部，该焊料具有助焊剂用以辅助焊接；
(二)设置该焊料于该底座的焊接面与该散热鳍片的焊接部之间；
(三)加热该焊料至少30秒，使作业温度从室温升至660℃以内的最高温度，以通过焊料焊接该散热鳍片的焊接部于该底座的焊接面，从而连接完成散热器；
(四)保温该散热器至多1小时，使作业温度降至该焊料的熔点，以消除焊料焊接时产生的空孔或气泡，并使焊料焊接形成的结晶颗粒长大；
(五)冷却该散热器至少1分钟，使作业温度降至室温，以完成焊料结晶的粗化。
2、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)的底座为铝质底座或铜质底座，该散热鳍片为铝质散热鳍片。
3、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)的散热鳍片的焊接部设有排气孔。
4、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)进一步备置铜质导热板，该底座的焊接面进一步设有排气孔贯穿至底座的底面，该铜质导热板位于底座的底面下，且设置该焊料于该底座与该铜质导热板之间。
5、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)的底座具有一体成型的二侧翼部，所述二侧翼部分别自二相对侧缘向上延伸，侧翼部顶端向内延伸锁固部，锁固部设有锁固孔。
6、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)的底座具有一体成型的二侧挡部，所述二侧挡部分别自二相对侧缘向上延伸。
7、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)的焊料为片状焊料，该片状焊料的厚度介于0.05毫米至1毫米，该助焊剂涂布于该片状焊料表面。
8、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)的焊料包含锡Sn和选自于银Ag、铜Cu、铋Bi、锑Sb、锌Zn或铟In至少一种。
9、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)的助焊剂为水洗型助焊剂或松脂型助焊剂。
10、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(一)的助焊剂包含选自于多醇胺、氟硼化物、铵与氢氟酸中和的铵盐、氧化锌或多醇类至少一种。
11、如权利要求10所述的散热器的焊接制备方法，其中氟硼化物为氟硼酸铵、氟硼酸锡或氟硼酸锌。
12、如权利要求10所述的散热器的焊接制备方法，其中多醇类为PEG200。
13、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(三)通过隧道炉加热，该隧道炉内填充氮气，并保持氧气于5000PPM以内。
14、如权利要求1所述的散热器的焊接制备方法，其中该步骤(三)直接加热该底座的底面和底座的侧边缘。
15、一种散热器的焊接制备方法，其步骤包括：
(一)备置底座、散热鳍片和焊料，其中该底座具有焊接面，该散热鳍片具有焊接部；
(二)涂布助焊剂于该底座的焊接面或该散热鳍片的焊接部用以辅助焊接，设置该焊料于该底座的焊接面与该散热鳍片的焊接部之间；
(三)加热该焊料至少30秒，使作业温度从室温升至660℃以内的最高温度，以通过焊料焊接该散热鳍片的焊接部于该底座的焊接面，从而连接完成散热器；
(四)保温该散热器至多1小时，使作业温度降至该焊料的熔点，以消除焊料焊接时产生的空孔或气泡，并使焊料焊接形成的结晶颗粒长大；
(五)冷却该散热器至少1分钟，使作业温度降至室温，以完成焊料结晶的粗化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |