一种铝碳化硅复合散热结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝碳化硅复合材料，尤其是一种铝碳化硅复合散热结构。
【背景技术】
[0002]在电子及微电子封装领域，如晶闸管、整流管封装；电力电子器件、汽车电子功率模块封装领域；大功率液晶显示器件、高性能PCB板、微处理器芯片、计算机硬盘等领域都会遇到散热的问题，因为热量的积累会导致器件的损坏。如今热管理能力越来越成为企业的核心技术能力。
[0003]并且随着功率器件更高性能的要求，对封装材料提出了更新、更高的要求，传统材料不再适用于高功率密度器件的封装。过去大量使用的铝等高热导率的金属材料不能达到良好的散热指标和轻便的要求，而且成本较高，已不能满足这种高功率密度的需要。这使得电子器件热管理问题成为瓶颈。电子器件热管理问题得不到很好的解决，会导致电子器件的热失效，从而造成封装体与功率器件因受热膨胀而开裂，功率器件散热性不佳而停止工作。同时，由于现有的金属等材料的热膨胀系数与功率器件不匹配，使得结构不稳定。
[0004]碳化硅材料具有接近金属铝材料的热导率，其与空气的对流换热能力比金属铝材料优异，常常被用作功率器件的散热基板和热沉。并且轻便、价格便宜、拥有与功率器件相匹配的热膨胀系数，是热源管理领域常用的材料。然而单纯的碳化硅材料存在着热导率不及金属铝材料的缺点，需要进一步提升散热的综合性能。
【发明内容】
[0005]为了解决上述综合散热性能的不足，综合利用金属铝材料和碳化硅材料的优点，本发明提供一种铝碳化硅复合散热结构。
[0006]本发明的铝碳化硅复合散热结构，包括碳化硅陶瓷片和金属铝，具体是所述碳化硅陶瓷片为多孔碳化硅陶瓷片，所述金属铝填充到所述多孔碳化硅陶瓷片的孔内。
[0007]进一步地，所述的铝碳化硅复合散热结构，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔隙率为20-30%ο
[0008]进一步地，所述的铝碳化硅复合散热结构，所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接触热源。
[0009]进一步地，所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接触热源，并在所述接触热源的表面一侧，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔被金属铝填充；远离所述接触热源的表面一侧，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔未被金属铝填充所述；被金属铝填充的多孔碳化硅陶瓷片部分的厚度是整个多孔碳化硅陶瓷片厚度的1/5-1/3。
[0010]进一步地，所述的铝碳化硅复合散热结构，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔隙率为25%。
[0011 ] 进一步地，所述热源为发热芯片。
【附图说明】
[0012]图1本发明的一种铝碳化硅复合结构示意图；
图2散热过程示意图。
[0013]图3本发明的另一种铝碳化硅复合结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]参见图1，本发明的铝碳化硅(AlSiC)复合结构包括多孔碳化硅陶瓷片001，该陶瓷片001的几何形状可根据需要设计。该多孔碳化硅陶瓷片的孔为开放性孔，即孔是与外界空气环境相通的，并且空隙率控制在20-30%之间，即单位体积内孔的体积占20-30%。在与热源H接触的表面002 —侧，该多孔碳化硅陶瓷片的孔被金属铝003填充。被金属铝003填充的多孔碳化硅陶瓷片部分的厚度dl是整个多孔碳化硅陶瓷片厚度d2的1/5-1/3。
[0015]热源H贴设或者之间接触在002表面上，热源H产生的热流密度进过金属铝和碳化硅迅速传递到碳化硅的各个表面，这些表面包括孔的表面和外表面，在这些表面上，热量与空气环境进行对流换热，将热量释放到周围环境中。
[0016]参见图2上述过程可分为导热过程和对流换热过程，由于金属铝的导热性能高于碳化硅材料，在热源附近的铝和碳化硅起着迅速将热分散传导的作用，在这个过程中热导率为最主要的参数，在这个过程中孔反而会阻碍流量的传导，因此在碳化硅散热片与热源接触的表面部分使用高热导率的金属铝填充孔有利于热量的迅速传导，同时以多空碳化硅陶瓷为本体采用填充的方式填充铝能够使得工艺简单。当热量迅速被传导分散时，这时对流换热成为最主要的过程，该过程要求更多的与空气环境换热的表面，因此多孔的碳化硅陶瓷能够最大限度的有利于对流散热。
[0017]综上所述，本实施例具有优异的散热综合性能，是通过金属铝与多孔碳化硅陶瓷的结合，并优化结构设计得到。
[0018]本发明提供另一个实施例。
[0019]如图3所示，具有平坦上表面SI和下表面S2的多孔碳化硅主体100，其孔隙率为25%，该主体的横截面为圆形，在该主体100的上表面SI上形成有若干深度为d3的凹坑102，图3只示意性的显示了一个凹坑，若干发热芯片101设置在该凹坑102中，所述凹坑的深度d3与该发热芯片101的厚度相同。在距离上表面SI 一定厚度d4以内的多孔碳化硅主体100部分的孔隙被金属铝填满。该一定厚度d4大于两倍凹坑的深度d3，优选该一定厚度d4为10毫米。在上表面SI除凹坑的部分覆盖绝缘层(附图未标出)，在绝缘层上形成与发热芯片101电性连接的线路层(附图未标出)。
【主权项】
1.一种铝碳化硅复合散热结构，包括碳化硅陶瓷片和金属铝，其特征在于:所述碳化硅陶瓷片为多孔碳化硅陶瓷片，所述金属铝填充到所述多孔碳化硅陶瓷片的孔内。2.如权利要求1所述的铝碳化硅复合散热结构，其特征在于:所述多孔碳化硅陶瓷片的孔隙率为20-30%。3.如权利要求1所述的铝碳化硅复合散热结构，其特征在于:所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接触热源。4.如权利要求1所述的铝碳化硅复合散热结构，其特征在于:所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接触热源，并在所述接触热源的表面一侧，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔被金属铝填充；远离所述接触热源的表面一侧，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔未被金属铝填充所述；被金属铝填充的多孔碳化硅陶瓷片部分的厚度是整个多孔碳化硅陶瓷片厚度的1/5-1/3。5.如权利要求4所述的铝碳化硅复合散热结构，其特征在于:所述多孔碳化硅陶瓷片的孔隙率为25%。6.如权利要求4或5任一项所述的铝碳化硅复合散热结构，其特征在于:所述热源为发热芯片。
【专利摘要】本发明提供一种铝碳化硅复合散热结构，包括多孔碳化硅陶瓷片和金属铝，所述多孔碳化硅陶瓷片的一表面接触热源，并在所述接触热源的表面一侧，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔被金属铝填充；远离所述接触热源的表面一侧，所述多孔碳化硅陶瓷片的孔未被金属铝填充所述；被金属铝填充的多孔碳化硅陶瓷片部分的厚度是整个多孔碳化硅陶瓷片厚度的1/5-1/3，本发明的铝碳化硅复合散热结构具有优异的散热综合性能。
【IPC分类】H01L23/373
【公开号】CN104934388
【申请号】CN201510353740
【发明人】司红康, 刘淮祥
【申请人】刘淮祥
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月25日