一种复合结构热沉制备方法与流程

本发明涉及电子设备散热技术领域，更具体地，涉及一种电子器件冷却用散热器(热沉)。本发明通过在热沉肋片表面增加微结构来增加热沉的对流换热面积，从而强化整体热沉的换热效率。

背景技术：

热沉作为一种电子器件热管理中常用的部件，电子器件产生的热量通过热界面传导至热沉并与外界环境(如空气)进行热量交换。为了最大化热交换的效率，热沉通常被设计成具有较大的表面积的结构(针肋型、平行板肋型等)来增加换热面积。

随着半导体集成工艺技术的不断发展，单个芯片上集成的晶体管数量在不断增加，相应的芯片功耗与单位芯片面积的热量密度也越来越大。在有限的器件体积上增加器件的换热面积成为一种散热功率的可行方法

硅基材料在今天的半导体产业扮演着重要角色，与金属材料相比，由于其优良的半导体特性与机械特性，它被广泛应用在集成电路、半导体器件、MEMS器件等领域。与常用的金属热沉材料(铝，铜等)相比，硅具有比铝合金高的热导率，比铜小的密度。同时，硅具有比铝合金以及铜更高的硬度，更小的膨胀系数。因此硅是一种理想的热沉材料。

得益于微加工技术的发展，特别是针对硅材料加工技术的发展，我们可以在硅材料上做出尺度更小的结构。应用到热沉中，热沉换热表面结构可以减小到微米级尺度。在相同体积的情况下，与传统的热沉结构相比，采用微加工技术做出的热沉具有更大的表面积，换热效率也相对较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复合结构高换热性能的热沉的制作方法，应用于电子器件上，增强器件的散热效率。本发明采用硅材料制造，并采用平等板肋式的热沉结构，与传统的一体成型的热沉加工方法不同，本发明采用底座与肋片分开加工的方式。

本发明采用的技术方案是：

一种复合结构热沉制备方法，该制备方法制备的热沉由带有微沟槽结构的肋片与带有插槽的底座两部分组成；该热沉中为了方便肋片与底座的接连，在底座中加工有插槽结构。

进一步的，该热沉中肋片与底座采用硅作为原材料制成。

进一步的，该热沉中肋片表面微沟槽结构与底座表面插槽结构由深硅刻蚀工艺加工。

进一步的，肋片宏观上的深宽比大于10，肋片表面微沟槽结构的深宽比大于10。

进一步的，肋片的加工步骤如下：1)、六甲基二硅胺处理，用来增加光刻胶的黏附性；2)、匀胶；3)、显影；4)、深硅刻蚀，在硅片表面刻蚀出深宽比大于10的二级微沟槽结构。5)、清洗并划片，将硅片切割成相应大小的肋片。

本发明的复合结构硅基热沉的优点如下：

(1)本发明的复合结构热沉具有两级的复合结构:宏观的肋片结构与肋片表面的微结构。与相同体积形状的传统热沉相比，换热表面积可以增加十倍以上，相应的换热效率也得到增大。

(2)本发明适用于自然对流与强制对流的应用中，根据不同的散热需求，可以通过焊接或者导热硅胶粘接的方式固定在芯片或者电路板表面，而且由于硅片极高的表面平整度，有利于减少贴合面的空隙，在与芯片或电路板粘时具有较高的贴合度，从而减小热接触热阻。

(3)本发明采用硅材料制造，与传统的热沉材料铝合金相比，硅具有以下优点：更高的热导率、更高的硬度、更低的密度、更低的热膨胀系数。结合微加工技术，用硅料作为本发明的材料，可以做出比传统热沉性能更好的热沉。

附图说明

图1(a)为复合结构硅基热沉侧视图；

图1(b)为复合结构硅基热沉俯视图；

图2为复合结构硅基热沉示意图；

图2(a)为复合结构硅基热沉整体示意图；

图2(b)为复合结构硅基热沉肋片表面微沟槽结构示意图；

图3为肋片加工步骤示意图；

图4为肋片表面微沟槽结构示意图；

图5为复合结构硅基热沉安装方式图；

图5(a)为水平安装图；

图5(b)为垂直安装图；

图6复合结构硅基热沉示意图；

图6(a)为复合结构硅基热沉整体示意图，其中肋片为双排阵列式；

图6(b)为复合结构硅基热沉肋片表面微圆柱结构示意图。

图中：1-肋片，2-底座，3-插槽结构，4-肋片与底座结合部分，5-微沟槽结构，6-发热电子器件，7-热界面材料，8-重力方向。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例，具体为肋片表面微结构不限于以下实施例中的微沟槽结构，肋片的排列不限于以下实施例中的方式。

本实施例的结构图如图1、2所示，与传统的一体成型的热沉加工方法不同，本发明采用底座2与肋片1分开加工的方式。其中底座2的制作方法是在硅底座上通过微加工的方法加工出与肋片1厚度相当的插槽结构3，插槽结构3具有一定的深度与间隔便于肋片1的固定和排列。在完成插槽结构3的加工之后，根据散热器件的应用尺寸，通过划片机器，将底座2切割成预定大小的形状。肋片1是通过深硅刻蚀的微加工方法在硅肋片上，加工出深宽比大于10的微沟槽结构5。之后通过划片机将肋片1切割成与底座插槽结构3相对应的尺寸。

下面对具体的加工步骤做进一步描述。

如图3所示，肋片的加工步骤如下：

1、HMDS(六甲基二硅胺)处理，用来增加光刻胶的黏附性。

2、匀胶。

3、显影。

4、深硅刻蚀，在硅片表面刻蚀出深宽比大于10的二级微沟槽结构5。

5、清洗并划片，将硅片切割成相应大小的肋片1。

通过以上步骤，我们可以得到具有表面微结构的热沉肋片1。底座2的加工方法同肋片1的加工步骤相同。在完成以上加工之后，将热沉肋片1插入底座插槽结构3中，在接口处用导热胶粘接来保证接口处的粘接强度与导热性，待导热胶固化后完成本复合结构硅基热沉的制作。

在本实施例中，利用深硅刻蚀工艺在硅基片肋片1部分刻蚀出方向与底座2垂直的微沟槽结构5。其宽度为15μm，深度为180μm，间隔为15μm。同样利用深硅刻蚀工艺在硅基片底座2部分刻蚀出插槽结构3。肋片1数量为7个，高度15mm，宽度30mm，间隔3.8mm，厚度1.2mm；底座2厚度0.5mm，长度35.2mm，宽度30mm，插槽2深度200μm。

在该实施例热沉中，具有两级的复合结构。第一级为宏观的肋片1，第二级结构为肋片1表面的微沟槽结构5。根据图4中肋片表面微结构示意图，可以得到如下公式来计算与无结构表面相比的面积增加百分比

根据以上数据，肋片结构在宏观上的面积增加百分比

Area increase％＝1+2×15/5×100％＝700％

肋片表面微观结构的面积增加百分比

Area increase％＝1+2×180/30×100％＝1300％

由以上公式可以看出，在肋片1上增加微沟槽结构5可以大大增加换热表面积。具体增加的数值可以通过调节微沟槽结构5的高度H与间距P来调整。在本实施例中，肋片1的表面积增加百分比为1300％。

该复合结构硅基热沉在电子器件中的应用方式如图5所示，本发明与电子器件6通过热界面材料7接触，保证了电子器件中的热量能传导至热沉。图5中(a)(b)中表示的为自然对流条件下的水平安装与垂直安装，为了保证散热效率，在此条件下肋片中微沟槽的方向与重力方向8平行。

当然，本发明不限于上述实施例，参见附图6，其中的肋片1部分，可采用双排或多排的排列方式安装在底座2上，如图6(a)所示双排阵列式。肋片1表面微结构也不限于上述实施例中的微沟槽结构5，也可以为微圆柱结构表面或能增加肋片1散热表面积的其他结构，如图6(b)所示。

需要说明的是，以上所述仅为本发明优选实施例，仅仅是解释本发明，并非因此限制本发明专利范围。对属于本发明技术构思而仅仅显而易见的改动，同样在本发明保护范围之内。