TWI676778B - 具有至少一冷卻鰭片之散熱板、用於製造具有至少一冷卻鰭片之散熱板的方法、電子模組 - Google Patents

具有至少一冷卻鰭片之散熱板、用於製造具有至少一冷卻鰭片之散熱板的方法、電子模組 Download PDF

Info

Publication number
TWI676778B
TWI676778B TW106104097A TW106104097A TWI676778B TW I676778 B TWI676778 B TW I676778B TW 106104097 A TW106104097 A TW 106104097A TW 106104097 A TW106104097 A TW 106104097A TW I676778 B TWI676778 B TW I676778B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
heat sink
cooling fin
surface portion
alloy
Prior art date
Application number
TW106104097A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201730504A (zh
Inventor
羅納德 艾斯里
Ronald Eisele
Original Assignee
德商賀利氏德國有限兩合公司
Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 德商賀利氏德國有限兩合公司, Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG filed Critical 德商賀利氏德國有限兩合公司
Publication of TW201730504A publication Critical patent/TW201730504A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI676778B publication Critical patent/TWI676778B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4878—Mechanical treatment, e.g. deforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20254—Cold plates transferring heat from heat source to coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

本發明係有關於具有至少一冷卻鰭片之散熱板，其中該散熱板包含至少一第一層及至少一第二層，其中彎曲離開該第二層之該第二層之一基底表面的至少一表面部份形成一冷卻鰭片。

Description

具有至少一冷卻鰭片之散熱板、用於製造具有至少一冷卻鰭片之散熱板的方法、電子模組
說明 本發明有關於具有至少一冷卻鰭片之散熱板。此外，本發明有關於用於製造具有至少一第一層、至少一第二層及至少一冷卻鰭片之散熱板的方法。另外，本發明有關於電子模組及至少一散熱板。
電力電子半導體及其電路載體必須使熱路徑通入環境中以便冷卻該電力損失。上述總成與其電路載體通常一起配置在由銅製成之散熱板上。為了冷卻電力電子半導體及其電路載體，藉助液體或氣體來進行冷卻是習知的。為達此目的，多數冷卻鰭片模製在該等導熱板/散熱板上。該等冷卻鰭片通常突出超過該導熱板/散熱板之基底表面。由於該等冷卻鰭片可達成之冷卻程度主要取決於由這些冷卻鰭片相較於該平坦基底表面所達成之面積增大。
該等冷卻鰭片之面積增大/製造係例如利用由一固體板片銑削或藉助於各種鑄造技術來達成。藉由如硬焊或軟焊之熱或冷擠壓或加成技術來製造該等冷卻鰭片之形狀亦是習知的。
由於形成之製程，所有這些用於製造散熱板之方法在技術上是繁複的且昂貴的。當藉助於由一固體板片銑削製造該等冷卻鰭片時，由於這消去製程，材料浪費非常多。特別藉由砂模製造之銅模鑄造明顯地產生較少材料浪費，但這製造方法由於高尺寸公差產生許多不良品。此外，由於粗糙之材料表面，經常需要一最終表面平滑化步驟。
使用一以粉末為主之金屬射出成型製程製造散熱板/導熱板亦是習知的。但是，這種製程需要許多製造步驟且因此非常繁複且昂貴。
依據技術現況，本發明之需求係提出一種具有至少一鰭片之更進步的散熱板，其可以一簡單且低成本方式製成且以一有利於面積增大之方式構成。
此外，本發明之需求係提出一種用於製造散熱板之方法，其中該方法可以一簡單且符合經濟效益之方式實行且可在沒有另外材料支出之情形下達成一非常大之面積增大。
此外，本發明之需求係提出一種具有至少一電子組件及依據本發明之一散熱板或依據本發明製成之一散熱板的電子模組。
依據本發明，就具有至少一冷卻鰭片之散熱板而言，該需求係藉由請求項1之標的物達成；就用於製造具有至少一第二層、至少一第二層及至少一冷卻鰭片之散熱板的方法而言，該需求係藉由請求項8之標的物達成；且就具有至少一電子組件及至少一散熱板的電子模組而言，該需求係藉由請求項14之標的物達成。
本發明係以提出具有至少一冷卻鰭片之散熱板的觀念為基礎，其中依據本發明之散熱板包含至少一第一層及至少一第二層，其中至少一冷卻鰭片係藉由彎曲離開該第二層之一基底表面的至少一表面部份來形成。
該散熱板亦可稱為一導熱板或一除熱板。
依據本發明，該散熱板包含至少二層，其中至少第二層具有彎曲離開該基底表面之至少一表面部份，其中這表面部份形成一冷卻鰭片。
應了解的是一彎出表面部份可為相對於該基底表面具有一不同方位且至少在多數區段中包含一彎曲部份的任何表面部份。換言之，該彎出表面部份可被摺出及/或壓出及/或推出，其中這些表面部份亦至少在多數區段中包含一彎曲部份。
該第二層係單體地形成，即，形成具有該至少一出表面部份之單件。該彎出表面部份與該基底表面連接。這連接部份可為該表面部份之該彎曲部份。一面積增大部份可與該彎曲部份接合。換言之，該冷卻鰭片之該面積增大部份透過一彎曲部份與該基底表面連接。
該第一層及/或該至少第二層宜由一導熱材料形成。該第一層及該至少第二層宜都由一導熱材料形成。依據本發明之一較佳實施例，該第一層及/或該至少第二層係由銅及/或一銅合金及/或鋁及/或一鋁合金及/或碳化鋁矽(AlSiC)製成。
一連接層，特別是一燒結層或黏著劑層或焊料層，可形成在該第一層與該第二層之間。
較佳地，該連接材料係施加成為在該至少第一層與該至少第二層間之燒結材料或該燒結材料之一部份。適合燒結用於製造一導電層之一化合物因此可用以在欲連接之該等層間產生一燒結連接。一仍可燒結化合物可以一墨水、一糊或一燒結預製件之形式呈一層狀顆粒(壓製部件)之形狀來施加。燒結預製件係由施加及乾燥金屬糊/金屬燒結糊產生。這種燒結預製件仍可燒結。
或者，該連接材料可構成為一薄膜，特別是一金屬薄膜且對這薄膜，特別是一金屬薄膜而言，可配置在該第一層與該第二層之間。
該燒結糊可藉由印刷，特別是網版印刷或模板印刷施加在該第一層及/或該第二層上。或者，該燒結糊或金屬燒結糊可在實行真正燒結製程前乾燥。在未通過該液體階段之情形下，該燒結糊之金屬顆粒在透過擴散燒結時互相接合，因此在該至少第一與該至少第二層之間形成一牢固電力與導熱金屬接合。特佳地，在接合該至少第一層與該至少第二層時使用包含銀及/或一銀合金及/或碳酸銀及/或氧化銀之一燒結糊。
此外，可使用包含金(Au)及/或一金合金及/或銅(Cu)及/或一銅合金之一燒結糊。
依據本發明之另一實施例，由一低伸展材料構成之一第三層可形成在該第一層與該第二層之間。該低伸展材料可為一鎳合金，特別是恆範鋼(Fe65 Ni35 )或恆範鋼36(Fe64 Ni36 )或科伐合金(Fe54 Ni29 Co17 )、及/或鎢(W)及/或一鐵鎳鈷合金(FeNiCo合金)。關於該第三層之低伸展材料的一特佳材料已證實是鉬(Mo)或一鉬合金。該第三層可因此由鉬或一鉬合金構成或可包含鉬或一鉬合金。
由一低伸展材料構成之該第三層在溫度上升時使膨脹減少，藉此減少相對於連接或欲連接於該散熱板之一電子總成之材料的膨脹差。由於該第三層由一低伸展材料構成，可避免在一電子總成與該散熱板間之一接合區域中形成主要由應力產生之裂縫，因此可防止熱流至一明顯程度。若連接或欲連接之電子總成包含一電路載體，且該電路載體之熱伸展比該散熱板之第一層及/或第二層之熱伸展小，這特別有利。
該至少一冷卻鰭片可以一銷之形式構成或可包含一矩形或半圓形或正方形之形狀。這並非幾何圖形之有限列舉。可有用於該至少一冷卻鰭片之其他形狀。例如，可使該至少一冷卻鰭片具有一多邊形，特別是三角形或五邊形。
在該散熱板具有多數冷卻鰭片之情況下，該等冷卻鰭片之形狀可互不相同。
一/該彎出表面部份可配置成相對該第二層之基底表面呈10º至90º之一角度。詳而言之，該彎出表面部份之面積增大部份可相對該基底表面形成一10º至90º之角度。較佳地，一/該彎出表面部份係配置成垂直於該第二層之基底表面延伸。
在該散熱板具有多數冷卻鰭片之情況下，這些冷卻鰭片，特別是該等彎出表面部份，宜全部配置成相對該第二層之基底表面呈相同角度。
在設置形成為彎曲離開一基底表面之表面部份的多數冷卻鰭片之情況下，若這些冷卻鰭片配置成互相分開相同距離是有利的。
該散熱板之表面可至少在多數區段中具有一抗蝕塗層，特別是一電鍍鎳塗層。應了解的是該散熱板之表面可為該第一層之表面及該第二層之表面。該散熱板之表面亦包括該等冷卻鰭片。朝向該第二層的該第一層之第二側亦可至少在多數區段中形成該散熱板之該表面。該第一層之這第二側暴露在這些區段中，其中該等彎出表面部份離開該基底表面形成。
較佳地，該散熱板之全表面具有一抗蝕塗層。該抗蝕塗層可為一雙電鍍鎳塗層。當該散熱板配合一水冷卻或液體冷卻系統使用時，一抗蝕塗層最為有利。
或者，可只有該第二層或該第二層之該第二側及該(等)冷卻鰭片具有一鎳塗層。此外，該第一層之該第二側的多數暴露部份可包含一塗層。該散熱板之這些部份在使用時特別暴露於水或一液體。
依據本發明之散熱板提供具有至少一冷卻鰭片之一散熱板，該至少一冷卻鰭片係對面積增大有利地構成，其中該面積增大係在沒有任何另外材料支出之情形下構成。熱阻之百分比與該面積增大成正比地下降。較佳地，該散熱板具有多數冷卻鰭片。
關於一冷卻鰭片，即關於一彎出表面部份之面積增大/面積增加係由四面積部分構成。該第一面積部分係該彎出表面部份之背側。該背側係原本朝向該第一層的該第二層之第一側。該第二面積部分係該彎出表面部份之邊緣面積。該邊緣面積對應於該第二層之厚度。該第三面積部分係該第一層之暴露面積。該暴露面積係該第一層之第二側的一面積。該第一層之該第二側原本朝向該第二層。該第四面積部分亦為該第二層之厚度，其中這邊緣面積不是該彎出表面部份之一部分，但該第二層之該部份的一部分仍在該基底表面中。
在另一附屬形態中，本發明以提出用於製造一散熱板之一方法的觀念為基礎，其中該散熱板包含一第一層及至少一第二層以及至少一冷卻鰭片。該散熱板宜為依據本發明之一前述散熱板。
依據本發明觀念之方法係以至少一弱化輪廓及/或凹部設置在該第二層之一基底表面中的事實為基礎，且該弱化輪廓至少在多數區段中界定一表面部份使得該表面部份藉由少一連接點與該基底表面連接，其中該表面部份接著彎曲離開該基底表面。
該至少一弱化輪廓及/或該至少一凹部因此必須形成在該第二層中，特別是在第二層之基底表面中，使得弱化輪廓及/或凹部未形成為允許該表面部份由該第二層完全分離。該弱化輪廓及/或該凹部係成形為使得該表面部份之至少一連接點與該基底表面連接。換言之，該弱化輪廓及/或該凹部係組配成使得該表面部份不可能由該第二層之基底表面完全分離。
與該基底表面之連接點宜為該表面部份之後來彎曲部份。如上所述，該彎出表面部份可包含一彎曲部份及一面積增大部份。
在至少一弱化輪廓及/或至少一凹部設置在該第二層之基底表面中後，該表面部份接著彎曲離開該基底表面。
應了解的是彎出之動作可為形成具有一彎曲部份之一表面部份的任何機械動作。該彎出動作因此亦可為壓出或拉出、或摺出或推出中之一動作。用以形成一彎出表面部份之這些機械選項產生在該基底表面形成該表面部份之一彎曲部份的該連接點。
該弱化輪廓及/或該凹部可藉由特別是雷射切割或水刀切割之切割，及/或藉由銑削及/或藉由衝壓而形成在該第二層之基底表面中。
在該第二層之基底表面中形成該弱化輪廓及/或該凹部決定欲彎出之該表面部份的圖案/幾何形狀。由於形成一弱化輪廓及/或一凹部而與該第二層之基底表面至少部份地分開的該表面部份之這彎出可藉由一上衝頭，特別是藉由一上衝頭及與其互補地形成之一相對衝頭來達成。
藉由一上衝頭彎出該表面部份係，例如，藉由用如多數獨立壓出突起壓抵該第二層的一上衝頭來達成。若該散熱板具有多數冷卻鰭片，該等壓出突起宜在該上衝頭上配置成互相分開與該等弱化輪廓及/或凹部相同之距離。該至少一壓出突起壓抵由該弱化輪廓及/或該凹部界定之表面部份。
與該上衝頭互補之相對衝頭宜包含至少一凹部，最好是多數凹部，且該上衝頭之該(等)壓出突起***或可***該(等)凹部中。該表面部份延伸遠離該基底表面之欲達成角度可藉助該下衝頭之壁來界定。該彎出表面部份可設置成相對該第二層之基底表面呈10º至90º之一角度。該相對衝頭之壁可因此在多數區段中以90º至170º之一角度封閉。
在本發明之一實施例中，形成一弱化輪廓及/或一凹部及彎曲一表面部份可藉由一所謂連續衝壓技術(後續動作)來實施。
特別藉由焊接或擴散退火或燒結或共晶連接或低溫燒結或擴散焊接或膠合，該第二層可與該第一層連接。該第二層可在該弱化輪廓及/或該凹部形成前與該第一層連接。此外，該第一層可在彎出該表面部份前與該第二層連接。為彎出該表面部份，若該第一層已與該第二層連接，則必須藉助於一夾鉗裝置將該表面部份拉出該第二層之基底表面。當拉出該表面部份時，一彎曲部份亦形成在該表面部份與該基底表面之連接點。
可在該第一層與該第二層之間提供由一低伸展材料形成之一第三層。該低伸展材料可為一鎳合金，特別是恆範鋼(Fe65 Ni35 )或恆範鋼36(Fe64 Ni36 )或科伐合金(Fe54 Ni29 Co17 )、及/或鎢(W)及/或一鐵鎳鈷合金(FeNiCo合金)。特佳地，該第三層係由鉬或一鉬合金形成。
在一第三層設置在該第一層與該第二層之間的情況下，在150º至300℃之一連接溫度下，特別使用一低溫製程互相連接該第一層、該第二層及該第三層是有利的。
依據本發明之另一實施例，在該至少一表面部份已彎曲後，該第二層可仍定位在該相對衝頭或下衝頭上。接著將欲製造該散熱板之該等層逐層地放在該第二層上。藉助於沒有任何壓出突起之另一上衝頭，施壓在所有欲連接之層上。藉由多數連接層，特別是使用該壓力燒結製程藉由一燒結糊，可實質地連接該散熱板之該等層。為達此目的，該上衝頭加壓在該相對衝頭上及因此在位於其間的該散熱板之該等層上。
此外，本發明係以提出一種具有至少一電子組件及至少一散熱板之電子模組的觀念為基礎，其中該散熱板係依據本發明之一上述散熱板或依據本發明製成之一散熱板。
該電子模組包含至少一電子組件，該至少一電子組件與組配成不面對該第二層的該第一層之一第一側間接地或直接地連接。該第一層之該第一側亦可稱為該第一層之表面。由該電子組件產生之熱因此作用在，特別是該第一層之該表面/該第一層之該第一側上。在該至少一電子組件與該第一層之該表面間接連接的情形中，一接觸層，特別是一黏著劑層或焊料層或燒結糊層可設置在該電子組件與該散熱板之間。
該散熱板之第二層宜組配成暴露於一冷媒，特別是空氣及/或水及/或乙二醇及/或油的一組件。
該散熱板之該至少一冷卻鰭片可相對於該冷媒之流動方向形成10º至90º之一角度。詳而言之，該冷卻鰭片可對齊成與該冷媒之流動方向平行或垂直。依據應用之型態，該至少一冷卻鰭片可具有一較佳形狀及/或對齊。以下示範實施例可在實驗及流體動力模擬時實現：
冷媒：具有小質量流之空氣 該等冷卻鰭片宜包含一大冷卻表面且宜為正方形或矩形；該等冷卻鰭片之冷卻表面與該冷媒之流動方向平行地作用，且在該等表面間具有大距離。
冷媒：具有大質量流之空氣 該等冷卻鰭片宜包含多數小冷卻表面，特別是銷形冷卻表面；該等冷卻鰭片之冷卻表面宜與該冷媒之流動方向平行地作用，且在該等表面間具有小距離。
冷媒：具有小質量流及小壓力損失之水(選擇地具有乙二醇)： 該等冷卻鰭片包含宜為銷形或半圓形之多數小冷卻表面；該等冷卻鰭片之冷卻表面與該冷媒之流動方向平行地或稍微傾斜地作用，且在該等表面間具有中等大小之距離。
冷媒：具有高質量流及高壓力損失之水(選擇地具有乙二醇)： 該等冷卻鰭片包含多數中等冷卻表面且宜為矩形或半圓形；該等冷卻鰭片之冷卻表面與該冷媒之流動方向大幅傾斜地或垂直地作用，且在該等表面間宜具有小距離。
冷媒：具有小質量流之油 該等冷卻鰭片宜包含多數大冷卻表面且特別為矩形或半圓形；該等冷卻鰭片之冷卻表面宜與該冷媒之流動方向平行地作用，且在該等表面間宜具有大距離。
冷媒：具有大質量流及大壓力損失之油 該等冷卻鰭片包含多數大冷卻表面且宜為矩形或半圓形；該等冷卻鰭片之冷卻表面宜相對該冷媒之流動方向呈一角度地作用，且在該等表面間宜具有大距離。
一冷卻鰭片之冷卻表面宜稱為該冷卻鰭片之最大表面組件。該冷卻表面/該冷卻表面之形狀係由該最終凹部之形狀及/或最終弱化輪廓之形狀決定。
以下用相同參考符號標示相同部件及功能相同之部件。
圖1a顯示欲製造之一散熱板10(請參見圖1b)之各層及表面部份。因此，該第一層20及至少一第二層30係配置成上下相疊。一連接層40設置在該第一層20與該第二層30之間。該第二層30包含設置成與該第一層20大致平行之一基底層31。該第一層20包含一第一側21及一第二側22。組配成不面對該第二層30之該第一側21形成欲製造之該散熱板10的表面。該第一層20之第二側22面向該第二層30。該第二層30亦包含分配給該第一層20之一第一側32。但是，該第二層30之第二側33組配成不面對該第一層20。
該第一層20及該第二層30宜由導熱材料製成。該等材料可為銅及/或一銅合金及/或鋁及/或一鋁合金及/或碳化鋁矽。設置在該第一層20與第二層30間之連接層40宜為一燒結層。這燒結層可例如包含銀顆粒。
一表面部份50彎曲離開該第二層30之基底表面31。這彎出表面部份50包含一彎曲部份51及一面積增大部份52。由於該彎出表面部份50，該第二層30包含一切口25。由於該切口25，當該等層20與30(請參見圖1b)連接時，可進接該第一層20之第二側22。在此情形中，該連接層40未形成在該切口25中。可作為一連接層40使用之一燒結糊可例如藉助於模板施加在該第一層20上或該第二層30上，使得該連接層40亦可包含多數切口。或者，該連接層40亦可連續地設置，即沒有切口。
在此情形中，該彎出表面部份50係配置成相對於該第二層30之基底表面31呈90º之一角度a。該角度a形成在該冷卻表面53與該第一層20之第二側22之間。換言之，該角度a形成在該切口25之區域中。
該散熱板10之全表面宜包含一電鍍施加之鎳塗層。該鎳塗層係抗蝕的。在該散熱板10作為一水冷卻器使用之情況下，該電鍍鎳塗層防止腐蝕。應了解的是該第一層20之第一側21及該第二層30之第二側都是33該散熱板10之表面。該散熱板10之表面亦包含該彎出表面部份50之冷卻表面53與54。位在該切口25內的該第一層20之第二側22之部份亦算是屬於該表面。該第一層20及該第二層30之所示厚度d1與d2亦同樣如此。
或者，只有該第二層30或該第二層30之第二側33及該冷卻鰭片50具有一鎳塗層。此外，該第一層20之第二側22的多數暴露部份可具有一塗層。散熱板10之這些部份係特別在使用時暴露於水/一液體。
圖2顯示具有形成多數冷卻鰭片之多數彎出表面部份50的一散熱板10。該第一層20之第一側21上配置有多數電子組件70。這些電子組件70設置在一基板75上。具有該等電子組件70之基板75係藉由例如焊接77附接在該第一層20之第一側21上。除了一焊接77以外，亦可提供一黏著連接或一燒結連接。該散熱板10與該等冷卻鰭片50及由該基板75與該等電子組件70形成之電子總成一起形成一電子模組80。該散熱板10之第二層30組配為暴露於一冷媒之一組件。該冷媒可為例如空氣或一液體。
互相平行地延伸之箭號表示該冷媒之流動方向S。該等冷卻鰭片50係組配成與該冷媒之流動方向S垂直地延伸。該冷媒因此以直角投射在該等冷卻鰭片50之冷卻表面54上。因為該等冷卻鰭片54呈直角地作用，所以在該等冷卻鰭片50間產生渦流，因此產生一特別好之冷卻效能。
圖3顯示一電子模組80之另一實施例。所示之散熱板10包含一第一層20、一第二層30及一第三層45。這第三層45係一低伸展層。該低伸展材料可為一鎳合金，特別是恆範鋼(Fe65 Ni35 )或恆範鋼36(Fe64 Ni36 )或科伐合金(Fe54 Ni29 Co17 )、及/或鎢(W)及/或一鐵鎳鈷合金(FeNiCo合金)。關於該第三層45之低伸展材料的一特佳材料已證實是鉬(Mo)或一鉬合金。該第三層45可因此由鉬或一鉬合金構成或可包含鉬或一鉬合金。這低伸展第三層45/由一低伸展材料形成之這第三層45在溫度上升時膨脹減少且依此方式減少相對該等電子組件70/該基板75之材料的膨脹差。這可避免在該散熱板10與該基板75間之接合區域中形成主要由應力產生之裂縫，因此可明顯減少因該等裂縫產生之熱流。這種情形通常是利用平均具有4至8ppm/K之一熱膨脹的以陶瓷為主的基板來達成。該第三低伸展層45係例如由鉬製成。
圖4顯示具有冷卻鰭片50之另一散熱板10。這散熱板10之層構造是非對稱的。這表示該第一層20之厚度d1比該第二層30之厚度d2大且比該第三層45之厚度d3大。該第三層45係一低伸展層。由於該非對稱構造，該散熱板10具有一凹形。該凹形產生一凹陷60及一凸側65。
圖5a至5e逐步地顯示如何可製造該第二層30之彎出表面部份50。圖5a顯示由上方看該第一側32的該第二層30。關於該第一側32及該第二側33之方位，應參考以上配合圖1a與1b的說明。
該第二層30具有形成在其中之多數凹部90。詳而言之，三列水平凹部及五行垂直凹部總共形成15凹部90。該等凹部90呈U形。該等凹部90亦可具有一V形或一半圓形。在一列凹部90間之水平方向的距離相等。相鄰凹部90間之水平方向的距離亦可不相等。
在該第二層30中之凹部90係例如藉由切割，特別是藉由雷射切割或水刀切割產生。亦可在該第二層30中藉由衝壓或銑削產生該等凹部90。該等凹部90界定該等表面部份92，該等表面部份92係欲彎出之表面部份92。在被彎出前，所有表面部份92位在與該第二層30之基底表面31相同的平面中。各表面部份92在至少一連接點91與該基底表面31連接。換言之，該凹部90可以該表面部份92未與該基底表面31完全地分離之一方式形成在該基底表面31中。該連接點91形成該後來之彎曲部份51。該凹部90之形狀亦決定欲接著被彎出之該表面部份50的輪廓/幾何形狀。
在該等凹部90形成在該第二層30中後，該等表面部份92被壓出該基底表面31。為達此目的，該第二層30被***一衝壓裝置100中。該衝壓裝置100包含一上衝頭101及一相對衝頭102。該上衝頭101包含多數壓出突起103。較佳地，該上衝頭101具有與欲製造之彎出表面部份50數目一樣多的壓出突起103。該第二層30係定位在該衝壓裝置100中使得該等壓出突起103可加壓在該等表面部份92上。較佳地，該等連接點91被支持抵靠該相對衝頭102之壁104。該相對衝頭102包含可供該等壓出突起103滑入之多數凹部105。
如圖5e所示，由於由該上衝頭101及該相對衝頭102朝箭號方向施加之壓力，該等表面部份92該等表面部份92被壓出或彎曲離開該基底表面31。該基底表面31仍定位在該相對衝頭102之砧狀相對元件106(請參見圖5c)上。
如圖5d所示，該等凹部105比該等壓出突起103寬，因此該等表面部份92可被沿該壁104垂直地向下壓。
如圖5e所示，該上衝頭101以該表面部份92相對於該基底表面31彎曲90º之一角度的一方式壓抵該相對衝頭102。在這狀態中，該表面部份50被完全地壓出。該等壁104之形狀(請參見圖5b)決定該後來之角度a。該等後來之彎曲部份51分別形成在一壁104之一邊緣上。
圖6a至6c透過舉例顯示該第二層30可如何與欲製造之散熱板10的其他層連接。為達此目的，移除具有該等壓出突起103之上衝頭101。該第二層30仍具有在該相對衝頭中之彎出表面部份50(請參見圖6a)。首先，可施加一連接層40在該第二層30之第一側32上。這連接層40可例如為一黏著劑層或一燒結層或一焊料層。較佳地，該連接層40只施加在該第一側32之基底表面31上。由一低伸展材料形成之第三層45宜施加在該連接層40上。該第三層45可例如為一鉬層。接著可施加另一連接層41在該第三層45上。這亦可為一黏著劑層或一燒結層或一焊料層。然後配置該第一層20。該第一層20之第二側22朝向該第二層30之方向。
接著如圖6b所示地藉助於一上衝頭110及一相對衝頭102加壓各層20、30、40、41與45之配置。這可例如作為一低壓溫度燒結製程之一部分來實施。加熱係在150℃至300℃之溫度下實施。藉由施加5MPa與30MPa間，特別是25MPa之壓力，在250℃之一溫度下，最好在1至10分鐘之期間，例如4分鐘，產生一耐用之燒結連接。
如圖6c所示，接著移除該上衝頭110使得該散熱板10可由該衝壓裝置100移除。
最後，該散熱板10可具有抗蝕塗層。例如，接著可施加一鎳塗層在該散熱板10之全表面上。
10‧‧‧散熱板
20‧‧‧第一層
21‧‧‧第一側
22‧‧‧第二側
25‧‧‧切口
30‧‧‧第二層
31‧‧‧基底層(基底表面)
32‧‧‧第一側
33‧‧‧第二側
40‧‧‧連接層
41‧‧‧另一連接層
45‧‧‧第三層
50‧‧‧彎出表面部份(冷卻鰭片)
51‧‧‧彎曲部份
52‧‧‧面積增大部份
53,54‧‧‧冷卻表面
60‧‧‧凹陷
65‧‧‧凸側
70‧‧‧電子組件
75‧‧‧基板
77‧‧‧焊接
80‧‧‧電子模組
90,105‧‧‧凹部
91‧‧‧連接點
92‧‧‧表面部份
100‧‧‧衝壓裝置
101,110‧‧‧上衝頭
102‧‧‧相對衝頭
103‧‧‧壓出突起
104‧‧‧壁
106‧‧‧砧狀相對元件
a‧‧‧角度
d1,d2,d3‧‧‧厚度
S‧‧‧冷媒之流動方向
以下將透過示範實施例參照示意圖完整地說明本發明來提供進一步細節，其中 圖1a顯示依據一第一實施例之具有冷卻鰭片的一散熱板之各層及元件配置； 圖1b顯示關於圖1a之具有冷卻鰭片的一散熱板在連接狀態； 圖2顯示具有多數冷卻鰭片之一散熱板； 圖3顯示依據另一實施例之具有多數冷卻鰭片的一散熱板； 圖4顯示具有一凹形散熱板之依據本發明的一電子模組； 圖5a至5e顯示關於彎曲離開一表面部份的各製程步驟；及 圖6a至6c顯示關於該散熱板之各層可互相連接之方式的各製程步驟。

Claims (9)

  1. 一種具有至少一冷卻鰭片之散熱板，其中：該散熱板包含至少一第一層及至少一第二層，其中彎曲離開該第二層之一基底表面的至少一表面部份形成一冷卻鰭片，其中，該第一層及/或該至少第二層係由銅及/或一銅合金及/或鋁及/或一鋁合金及/或碳化鋁矽(AlSiC)形成，其中，一連接層，特別是一燒結層或黏著劑層或焊料層形成在該第一層與該第二層之間，其中，由一低伸展材料構成之至少一第三層形成在該第一層與該第二層之間，且該第一層及該第二層係分別藉由該連接層與該第三層連接，且其中該低伸展材料係鎳合金，或者係鎳合金及鎢(W)及/或一鐵鎳鈷合金(FeNiCo合金)及/或鉬(Mo)，且該鎳合金係恆範鋼(Fe65Ni35)或恆範鋼36(Fe64Ni36)或科伐合金(Fe54Ni29Co17)。
  2. 如請求項1之散熱板，其中：該至少一冷卻鰭片呈銷形或矩形或半圓形或正方形。
  3. 如請求項1之散熱板，其中：一/該彎出表面部份配置成相對該第二層之該基底表面呈10°至90°之一角度。
  4. 如請求項1之散熱板，其中：至少在多數區段中形成一抗蝕塗層，特別是一電鍍鎳塗層，且該抗蝕塗層形成該散熱板之表面。
  5. 一種用於製造如請求項1至4中任一項之散熱板的方法，其中：至少一弱化輪廓及/或一凹部設置在該第二層之一基底表面中，該弱化輪廓至少在多數區段中界定一表面部份使得該表面部份藉由至少一連接點與該基底表面連接，其中該表面部份接著彎曲離開該基底表面；彎曲離開該表面部份係藉由一上衝頭，特別是藉由上衝頭及一互補形狀之一相對衝頭來實施；且該第一層、第二層及該第三層係在150℃至300℃之一連接溫度下，特別使用一低溫燒結製程互相連接。
  6. 如請求項5之方法，其中：該弱化輪廓及/或該凹部係在該第二層之該基底表面中藉由特別是雷射切割或水刀切割之切割，及/或藉由銑削及/或藉由衝壓來形成。
  7. 一種電子模組，其具有至少一電子組件且具有如請求項1至4中任一項之至少一散熱板或具有由如請求項5至6中任一項之方法製成的至少一散熱板，其中：至少一電子組件與組配成不面對該第二層的該第一層之一側間接地或直接地連接。
  8. 如請求項7之電子模組，其中：該散熱板之該第二層係組配為暴露於一冷媒，特別是空氣及/或水及/或乙二醇及/或油的一組件。
  9. 如請求項8之電子模組，其中：該至少一冷卻鰭片係形成為與該冷媒之流動方向呈10°至90°之一角度，特別是垂直或平行。
TW106104097A 2016-02-19 2017-02-08 具有至少一冷卻鰭片之散熱板、用於製造具有至少一冷卻鰭片之散熱板的方法、電子模組 TWI676778B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16156492.7 2016-02-19
EP16156492.7A EP3208840A1 (de) 2016-02-19 2016-02-19 Wärmespreizplatte mit mindestens einer kühlfinne, verfahren zur herstellung einer wärmespreizplatte mit mindestens einer kühlfinne, elektronikmodul

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201730504A TW201730504A (zh) 2017-09-01
TWI676778B true TWI676778B (zh) 2019-11-11

Family

ID=55442657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106104097A TWI676778B (zh) 2016-02-19 2017-02-08 具有至少一冷卻鰭片之散熱板、用於製造具有至少一冷卻鰭片之散熱板的方法、電子模組

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210210403A1 (zh)
EP (1) EP3208840A1 (zh)
JP (1) JP2019506001A (zh)
TW (1) TWI676778B (zh)
WO (1) WO2017140572A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020092239A (ja) * 2018-12-07 2020-06-11 Ｊｘ金属株式会社 ヒートシンク、半導体モジュール及び、ヒートシンクの製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW524435U (en) * 2002-05-13 2003-03-11 Waffer Technology Corp Improved fin structure of heat sink
JP2006100640A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板及びこれを用いたパワー半導体モジュール
TW200833225A (en) * 2007-01-23 2008-08-01 Tysun Inc Thermal module of composite structure
TW201130095A (en) * 2009-12-19 2011-09-01 Bridge Semiconductor Corp Semiconductor chip assembly with post/base heat spreader and signal post

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0779658A3 (de) * 1995-12-14 1998-07-29 Texas Instruments Incorporated Kühlkörper
US6205662B1 (en) * 1999-05-14 2001-03-27 Yun-Ching Chen Method of producing a built-up heat exchanger and product thereof
US20010030039A1 (en) * 2000-03-10 2001-10-18 Showa Aluminum Corporation Aluminum-copper clad member, method of manufacturing the same, and heat sink
JP2001252772A (ja) * 2000-03-10 2001-09-18 Showa Denko Kk アルミニウム−銅クラッド材およびその製造方法
JP2001284505A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Sanko:Kk ヒートシンク及びその製造方法
JP2009099740A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 筐体の冷却装置
JP2009129983A (ja) * 2007-11-20 2009-06-11 Toyota Central R&D Labs Inc 接合体及びその製造方法、並びにパワー半導体モジュール及びその製造方法
EP2345316A1 (en) * 2008-07-10 2011-07-20 Graftech International Holdings Inc. Improved heat dissipation for low profile devices
JP6085968B2 (ja) * 2012-12-27 2017-03-01 三菱マテリアル株式会社 金属部材付パワーモジュール用基板、金属部材付パワーモジュール、及び金属部材付パワーモジュール用基板の製造方法
JP6287428B2 (ja) * 2014-03-25 2018-03-07 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW524435U (en) * 2002-05-13 2003-03-11 Waffer Technology Corp Improved fin structure of heat sink
JP2006100640A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板及びこれを用いたパワー半導体モジュール
TW200833225A (en) * 2007-01-23 2008-08-01 Tysun Inc Thermal module of composite structure
TW201130095A (en) * 2009-12-19 2011-09-01 Bridge Semiconductor Corp Semiconductor chip assembly with post/base heat spreader and signal post

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019506001A (ja) 2019-02-28
US20210210403A1 (en) 2021-07-08
EP3208840A1 (de) 2017-08-23
TW201730504A (zh) 2017-09-01
WO2017140572A1 (de) 2017-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6488917B2 (ja) 放熱板付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール
JP4888721B2 (ja) 板状のフィンを有する放熱器の製造方法
JP4867793B2 (ja) 半導体装置
JP6706253B2 (ja) パワーモジュール用基板およびパワーモジュール用基板集合体およびパワーモジュール用基板の製造方法
KR101188150B1 (ko) 냉각 장치
US20100091463A1 (en) Cooling body
JP5759902B2 (ja) 積層材およびその製造方法
CN108140625A (zh) 带散热片的功率模块用基板及功率模块
JP2008235852A (ja) セラミックス基板及びこれを用いた半導体モジュール
CN106575639A (zh) 功率模块用基板的制造方法
JP2008311294A (ja) パワーモジュール用基板の製造方法
JP5665355B2 (ja) セラミック部材とフィン付き放熱部材との接合体の製造方法
TWI676778B (zh) 具有至少一冷卻鰭片之散熱板、用於製造具有至少一冷卻鰭片之散熱板的方法、電子模組
WO2022267268A1 (zh) 微通道热沉及其制造方法
JP5914968B2 (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びその製造方法
JP4311303B2 (ja) パワーモジュール用基板の製造方法
JP4605009B2 (ja) パワーモジュールの製造方法
JP6360722B2 (ja) くし歯形放熱ピン部材を用いたパワー半導体の水冷用ピン付き放熱板
JP6020256B2 (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
JP2008124187A (ja) パワーモジュール用ベース
WO2017217236A1 (ja) 回路基板付きヒートシンク及びその製造方法
TWI636719B (zh) 結合金屬與陶瓷基板的製造方法
JP5021290B2 (ja) ヘリボーン型液冷ヒートシンクおよびその製造方法
JP5678323B2 (ja) 半導体基板用放熱板
JP2002050723A (ja) 放熱器

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees