TW201309995A - 散熱裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種散熱裝置及其製造方法，係包含：一散熱元件，該散熱元件具有一導熱部，並該散熱元件相反前述導熱部之另端具有一散熱部，該導熱部連接一陶瓷本體；透過焊接及直接覆銅之方式將該散熱裝置與陶瓷本體直接結合，用以改善散熱裝置與發熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂問題者。

Description

散熱裝置及其製造方法
一種散熱裝置及其製造方法，尤指一種直接將散熱元件與陶瓷材質之元件結合，藉以改善散熱裝置與發熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂問題的散熱裝置及其製造方法。
按，隨著半導體技術的進步，積體電路的體積亦逐漸縮小，而為了使積體電路能處理更多的資料，相同體積下的積體電路，已經可以容納比以往多上數倍以上的計算元件，當積體電路內的計算元件數量越來越多時，計算元件工作時所產生的熱能亦越來越大，以常見的中央處理器為例，在高滿載的工作量時，中央處理器散發出的熱度，足以使中央處理器整個燒毀，因此，積體電路的散熱裝置變成為重要的課題。
　　 電子設備中之中央處理單元及晶片係為電子設備中的發熱源，當電子設備運作時，則發熱源將會產生熱量，該中央處理單元及晶片外部封裝主要係以陶瓷材料作為封裝材料，該陶瓷材料具有熱膨脹係數低且不導電等性質，並且該熱膨脹係數係與晶片相近，故被大量使用於封裝材料及半導體材料。
散熱裝置一般採用鋁、銅材質做散熱結構之材料，並搭配風扇及熱導管等散熱元件來增強散熱效果，不過在考慮散熱裝置整體可靠度時，採用冷卻風扇與熱導管的設計都會損及整體產品的可靠度值。
一般而言設計愈簡單散熱裝置整體之可靠度愈好，因此，若能用比銅散熱能力更好的材料做散熱結構材料，可直接改善熱能的傳遞。
另外，『熱應力』是散熱裝置與發熱源間另一個可靠度潛在問題。發熱源（如CPU內之晶片）的熱膨脹係數低，業界為追求產品可靠度，多採用AlN (氮化鋁)或SiC (碳化矽)等熱膨脹係數低的陶瓷材料來封裝晶片。
再者，舉例來說，於LED散熱之應用領域中，鋁、銅材質的熱膨脹係數比藍寶石(sapphire)高許多，容易導致高亮度LED在長期使用下接合面因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂(crack)，衍生接合界面熱阻上升。對於高亮度LED產品，當散熱界面熱阻的上升會造成熱累積並進而損傷LED晶片，造成發光體永久損壞。
故針對發熱源外部陶瓷材質與金屬材質之散熱裝置間因不同之熱膨脹係數所衍生之接合面因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂(crack)此一問題則為現行最需改善之目標。
爰此，為解決上述習知技術之缺點，本發明之主要目的，係提供一種改善散熱裝置與發熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂問題的散熱裝置。
本發明次要目的，係提供一種改善散熱裝置與發熱源間因熱疲勞(thermal fatigue)產生接合界破裂問題的散熱裝置的製造方法。
為達上述之目的，本發明係提供一種散熱裝置，係包含：一散熱元件；
所述散熱元件具有一導熱部，並該散熱元件相反前述導熱部之另端具有一散熱部，該導熱部連接一陶瓷本體。
所述散熱元件係為一散熱器及一均溫板及一熱管及一水冷頭其中任一。
　 所述陶瓷本體之材質係為氮化矽（Si3N4）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁（Al2O3）其中任一。
為達上述之目的，本發明係提供一種散熱裝置之製造方法，係包含下列步驟：
提供一散熱元件及一陶瓷本體；
　 將該散熱元件與該陶瓷本體結合。
所述散熱元件及該陶瓷本體結合係透過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法（Direct Bonding Cooper，DBC）其中任一。
本發明直接將陶瓷本體與散熱元件結合，再由陶瓷本體與發熱源外部之陶瓷外表面結合，即可改善散熱裝置與發熱源間因不同熱膨脹係數所產生的熱疲勞(thermal fatigue)所衍生的接合界破裂問題。
本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。
　 請參閱第1a、1b、2圖，係為本發明之散熱裝置第一實施例之立體分解及組合圖與正視圖，如圖所示，所述散熱裝置1，係包含：一散熱元件11；
所述散熱元件11具有一導熱部111，並該散熱元件11相反前述導熱部111之另端具有一散熱部112，該導熱部111連接一陶瓷本體12，於本實施例中所述散熱元件11係為一散熱器，所述陶瓷本體12之材質係為氮化矽（Si3N4）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁（Al2O3）其中任一。
請參閱第3、4圖，係為本發明之散熱裝置第二實施例之立體分解及組合圖，如圖所示，本實施例係與前述第一實施例部分結構及連結關係相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述第一實施例不同處係為所述散熱元件11係為一均溫板，所述陶瓷本體12係設於前述散熱元件11之導熱部111與該散熱元件11結合。
請參閱第5圖，係為本發明之散熱裝置第三實施例之剖視圖，如圖所示，本實施例係與前述第一實施例部分結構及連結關係相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述第一實施例不同處係為所述散熱元件11係為一熱管，所述陶瓷本體12係設於前述散熱元件11之導熱部111與該散熱元件11結合。
請參閱第6、7圖，係為本發明之散熱裝置第四實施例之立體分解及組合圖，如圖所示，本實施例係與前述第一實施例部分結構及連結關係相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述第一實施例不同處係為所述散熱元件11係為一水冷頭，所述陶瓷本體12係設於前述散熱元件11之導熱部111與該散熱元件11結合。
請參閱第8圖，係為本發明之散熱裝置之製造方法步驟流程圖，並一併參閱第1～7圖，如圖所示，本發明散熱裝置之製造方法，係包含下列步驟：
S1：提供一散熱元件及一陶瓷本體；
係提供一散熱元件11及一陶瓷本體12，所述散熱元件11係可為一散熱器及一均溫板及一熱管及一水冷頭其中任一，所述陶瓷本體12之材質係為氮化矽（Si3N4）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁（Al2O3）其中任一。
　 S2：將該散熱元件與該陶瓷本體結合。
係將該散熱元件11之導熱部111與該陶瓷本體12結合，所述散熱元件11與該陶瓷本體12結合係透過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法（Direct Bonding Cooper，DBC）其中任一方式作結合。
本發明主要係透過於散熱元件11（如散熱器、均溫板、熱管、水冷頭等）與發熱源接觸傳導熱量之部位結合一陶瓷本體12，透過陶瓷本體12之熱膨脹係數與發熱源外部封裝之陶瓷外殼相近，故可避免散熱元件11與發熱源間因不同熱膨脹係數所產生的熱疲勞(thermal fatigue)所衍生的接合界破裂問題，並且可增加散熱元件所適用之領域。
1．．．散熱裝置
11．．．散熱元件
111．．．導熱部
112．．．散熱部
12．．．陶瓷本體
第1a圖係為本發明之散熱裝置第一實施例之立體圖；
第1b圖係為本發明之散熱裝置第一實施例之立體圖；
第2圖係為本發明之散熱裝置第一實施例之正視圖；
第3圖係為本發明之散熱裝置第二實施例之立體分解圖；
第4圖係為本發明之散熱裝置第二實施例之立體組合圖；
第5圖係為本發明之散熱裝置第三實施例之剖視圖；
第6圖係為本發明之散熱裝置第四實施例之立體分解圖；
第7圖係為本發明之散熱裝置第四實施例之立體組合圖；
第8圖係為本發明之散熱裝置之製造方法步驟流程圖。
1．．．散熱裝置
11．．．散熱元件
111．．．導熱部
112．．．散熱部
12．．．陶瓷本體

Claims (10)

  1. 一種散熱裝置，係包含：
    一散熱元件，具有一導熱部，並該散熱元件相反前述導熱部之另端具有一散熱部，該導熱部連接一陶瓷本體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中所述散熱元件係為一散熱器及一均溫板及一熱管及一水冷頭其中任一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中所述陶瓷本體之材質係為氮化矽（Si3N4）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁（Al2O3）其中任一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中所述散熱元件及該陶瓷本體結合係透過軟焊及硬焊及擴散接合及超音波焊接及直接覆銅法（Direct Bonding Cooper，DBC）其中任一。
  5. 一種散熱裝置之製造方法，係包含下列步驟：
    　 提供一散熱元件及一陶瓷本體；
    　 將該散熱元件與該陶瓷本體結合。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之散熱裝置之製造方法，其中所述將該散熱元件與該陶瓷本體結合係透過軟焊及硬焊及超音波焊接其中任一方式結合。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之散熱裝置之製造方法，其中所述將該散熱元件與該陶瓷本體結合係透過擴散接合方式結合。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之散熱裝置之製造方法，其中所述陶瓷本體之材質係為氮化矽（Si3N4）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁（Al2O3）其中任一。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之散熱裝置之製造方法，其中所述將該散熱元件與該陶瓷本體結合係透過直接覆銅法（Direct Bonding Cooper，DBC）結合。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之散熱裝置之製造方法，其中所述
    散熱元件係為一散熱器及一均溫板及一熱管及水冷頭其中任一。
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