CN103700636B - 散热板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种散热板（10），该散热板由金属材料制成的并且包括：平板部分（10a）；多个圆柱形突出部分（10b），这些圆柱形突出部分从平板部分的一个主表面突出出来并且与平板部分形成一体；以及加强板构件（12），该加强板构件材料的熔点高于平板部分和圆柱形突出部分的金属材料的熔点，加强板构件布置在一个区域内，该区域布置在平板部分内并靠近平板部分一个主表面，加强构件穿过平板部分以沿着大致平行于平板部分一个主表面的方向延伸，并具有暴露在外面的端面，加强构件除了端面之外的整个表面直接粘结到平板部分。该散热板可容易地从模具中取出而形成具有理想形状的圆柱状（或支柱状）的突出部分。

Description

散热板及其生产方法
技术领域
本发明总的涉及散热板及其生产方法。具体来说，本发明涉及与散热片形成一体的散热板及其生产方法。
背景技术
在用作电源模块的绝缘基底的传统的金属/陶瓷粘结基底中，金属电路板粘结在陶瓷基底的一侧，而用于散热的金属基体板粘结在另一侧，金属电路板上安装有半导体芯片等。
为了将热量从诸如半导体芯片的发热元件中辐射到外面去，已知有一种将散热片安装在金属基体板反面的方法，以通过散热油脂来辐射热量。还已知一种方法，其通过铜焊金属填料将散热片粘结到半导体器件安装基底上（例如，参见日本专利公开No.4-363052）。
为了进一步提高金属/陶瓷粘结基底的冷却功率，提出了一种散热器，该散热器具有与多个圆柱状（或支柱状）的突出部分（用作散热片）形成一体的构件，每个突出部分具有大致截头圆锥的形状（例如，参见日本专利公开 No.2007-294891）。
当多个具有大致截头圆锥形状的圆柱突出部分，像日本专利公开 No.2007-294891所披露散热器那样形成为散热片时，如果采用冷却和固化注射到模具内的熔融金属（铝、铝合金等）的方法（所谓熔融金属粘结方法），则由于模具（各向同性的碳等）的热膨胀系数和铝、铝合金等的热膨胀系数之间有很大差异，在熔融金属冷却和固化过程中会产生很大热应力，于是，如果为了增加散热片的总表面面积，而使大量散热片具有小的锥度角（不大于5 °），那么，要从模具中取出突出部分就会非常困难。出于这样的原因，存在的问题是，由于散热片有瑕疵和裂纹，故不可能获得具有理想形状的散热片，和/或模具会碎裂。
发明内容
因此，本发明的目的是消除上述问题并提供散热板及其生产方法，该散热板可容易地从模具中取出而形成具有理想形状的圆柱状（或支柱状）的突出部分，同时，即使由模具生产的散热板具有平板部分，该平板部分与多个从平板部分一个主表面突出出来的突出部分形成一体，也可防止模具碎裂。
为了达到上述目的和其它目的，发明人经过细心和不断的研究，发现如果在用金属制造的且具有与多个从平板部分一个主表面突出出来的突出部分形成一体的平板部分的散热板中，在布置在平板部分内且靠近平板部分的一个主表面的区域内，布置沿着基本上平行于该平板部分一个主表面的方向延伸的加强构件，那么就有可能生产如此的散热板，该散热板可容易地从模具中取出而形成具有理想形状的圆柱状（或支柱状）的突出部分，同时，即使由模具生产的散热板具有平板部分，该平板部分与多个从平板部分一个主表面突出出来的突出部分形成一体，也可防止模具碎裂。因此，发明人提出了本发明。
根据本发明的一个方面，提供一种散热板，该散热板由金属材料制成并且包括：平板部分；多个圆柱形突出部分，这些圆柱形部分从平板部分一个主表面突出出来并且与平板部分形成一体；以及加强构件，该加强构件沿着基本上平行于该平板部分的一个主表面的方向延伸且该加强构件布置在一区域内，该区域布置在平板部分内且靠近平板部分的一个主表面。
在该散热板内，加强构件较佳地穿过平板部分而在其中延伸，穿过平板部分而在其中延伸的加强构件的一部分的整个表面较佳地直接粘结到平板部分。加强构件较佳地具有暴露在外面的端面，加强构件除了端面之外的整个表面较佳地直接粘结到平板部分。加强构件较佳地是板构件，加强构件可以是彼此间距开延伸的多个板构件。加强构件用这样材料制造，该材料的熔点高于平板部分和圆柱形突出部分的金属材料的熔点。平板部分和圆柱形突出部分的金属材料较佳地是铝或铝合金。在该情形中，加强构件较佳地用这样的金属制造，该金属含有铁和选自以下组群中至少一个元素：镍、钴、铜和锰。替代地，加强构件可由选自以下组群的至少一个陶瓷材料制造：氧化铝、氮化铝、氮化硅和碳化硅。大量圆柱形突出部分中的每个较佳地都具有大致圆柱形或截头圆锥形的形状，并可具有大致矩形柱或平板的形状。靠近平板部分一个主表面的区域较佳地是与平板部分的一个主表面隔开0.1至1.0mm的区域。陶瓷基底的一个主表面可直接粘结到平板部分的另一个主表面，而金属板可直接粘结到陶瓷基底的另一个主表面。
根据本发明另一个方面，提供一种生产散热板的方法，该散热板由金属材料制成且该散热板具有平板部分和多个从平板部分的一个主表面突出出来并与平板部分形成一体的圆柱形突出部分，该方法包括以下步骤：将加强构件的端部支承在模具上，该加强构件材料的熔点高于平板部分和圆柱形突出部分的材料熔点；将金属材料的熔融金属注入到模具内，使熔融金属接触加强构件除了加强构件在模具内的端部之外的整个表面；然后，冷却和固化熔融金属，形成平板部分和从平板部分的一个主表面突出出来并与平板部分形成一体的多个圆柱形突出部分，并将大致平行于平板部分的一个主表面延伸的加强构件布置在一个区域内，该区域布置在平板部分内并靠近平板部分的一个主表面，同时使加强构件直接粘结到平板部分。
根据本发明另一个方面，提供一种生产散热板的方法，该散热板由金属材料制成且该散热板具有平板部分和多个从平板部分的一个主表面突出出来并与平板部分形成一体的圆柱形突出部分，平板部分的另一个主表面直接粘结到陶瓷基底的一个主表面，该方法包括以下步骤：将陶瓷基底的端部和加强构件的端部支承在模具上，该加强构件的材料的熔点高于平板部分和圆柱形突出部分的材料熔点，以使陶瓷基底远离模具中的加强构件；将金属材料的熔融金属注入到模具内，使熔融金属接触基底的两个主表面和加强构件除了加强构件在模具内的端部之外的整个表面；然后，冷却和固化熔融金属，形成金属板，将金属板直接粘结在陶瓷基底的另一主表面，形成平板部分部分和从平板部分的一个主表面突出出来并与平板部分形成一体的多个圆柱形突出部分，并将大致平行于平板部分一个主表面延伸的加强构件布置在一个区域内，该区域布置在平板部分内并靠近平板部分一个主表面，同时使加强构件直接粘结到平板部分。
在生产散热板的这些方法中，加强构件较佳地穿过平板部分并在其中延伸，穿过平板部分而在其中延伸的加强构件的一部分的整个表面较佳地直接粘结到平板部分。较佳地移去加强构件从平板部分突出出来的端部。模具较佳地包括上模具构件和下模具构件，加强构件的端部较佳地夹紧在上模具构件和下模具构件之间，以便支承在模具上。加强构件较佳地是板构件，加强构件可以是彼此间距开延伸的多个板构件。熔融金属是铝或铝合金的熔融金属。在该情形中，加强构件较佳地用这样的金属制造，该金属含有铁和选自以下组群中至少一个元素：镍、钴、铜和锰。替代地，加强构件可由选自以下组群的至少一个陶瓷材料制造：氧化铝、氮化铝、氮化硅和碳化硅。多个圆柱形突出部分较佳地各具有大致圆柱形或截头圆锥形的形状，并可具有大致矩形柱或平板的形状。靠近平板部分一个主表面的区域较佳地是与平板部分的一个主表面隔开 0.1至1.0mm的区域。
根据本发明，即使由模具生产的散热板具有与多个从平板部分一个主表面突出出来的突出部分形成一体的平板部分，也有可能生产如此的散热板，该散热板可容易地从模具中取出而形成具有理想形状的圆柱状（或支柱状）的突出部分。
附图说明
从以下给出的本发明优选实施例的详细描述和附图中，将会更完整地理解本发明。然而，附图并不意图将本发明限制在具体的实施例，只是用于解释和理解之用。
图1A是根据本发明散热板的第一优选实施例的立体图；
图1B是图1A散热板的平面图；
图1C是沿图1B的线IC-IC截取的剖视图；
图2A是用于生产图1A至1C所示散热板的模具的剖视图；
图2B是图2A模具的下模具构件的立体图；
图2C是图2A模具的下模具构件的平面图；
图2D是图2A模具的上模具构件的仰视图；
图3A是根据本发明散热板的第二优选实施例的剖视图；
图3B是图3A散热板的平面图（在金属/陶瓷粘结基底的侧面上）；
图4A是用于生产图3A和3B所示散热板的模具的剖视图；
图4B是图4A模具的下模具构件的立体图；
图4C是图4A模具的下模具构件的平面图；
图4D是图4A模具的上模具构件的仰视图；
图5A是根据本发明散热板的第三优选实施例的立体图；
图5B是图5A散热板的平面图（在圆柱突出部分的侧面上）；
图6是第一至第三优选实施例中散热板的圆柱形突出部分第一修改实例的平面图；
图7是第一至第三优选实施例中散热板的圆柱形突出部分第二修改实例的平面图。
具体实施方式
现参照附图，下面将详细地描述根据本发明的散热板及其生产方法的优选实施例。
〔第一优选实施例〕
图1A至1C示出根据本发明散热板的第一优选实施例。图1A是该优选实施例中散热板的立体图，图1B是图1A散热板的平面图，以及图1C是沿图 1B的线IC-IC截取的剖视图。
在该优选实施例中，散热板10由诸如铝或铝合金那样的金属材料制成。如图1A至1C所示，散热板10包括：具有大致矩形平面形状的平板部分10a；多个圆柱形（或柱形）突出部分10b（用作散热片），这些突出部分与平板部分10a形成一体，以从散热板10a的一个主表面突出出来；以及一个或多个金属或陶瓷材料的加强板构件12（在该优选实施例中，三个具有矩形平面和截面形状的细长加强板构件），这些加强板构件布置在平板部分10a内。
每个圆柱形突出部分10b都具有大致圆柱形或截头圆锥的形状（沿大致平行于圆锥底面的方向切割大致圆锥上端部分而获得的形状）。突出部分10b 沿大致垂直于平板部分10a主表面的方向延伸。圆柱形突出部分10b布置成多排圆柱形突出部分10b。在每一排中，圆柱形突出部分10b以规则间距布置。每排圆柱形突出部分10b线性地延伸，诸排圆柱形突出部分10b彼此平行地布置。相邻两排圆柱形突出部分10b布置成彼此迁移半个节距（相邻两排圆柱形突出部分10b的中心线（圆柱形突出部分10b的轴线）之间距离的一半）。因此，较多数量的圆柱形突出部分10b布置成确保相邻两个圆柱形突出部分10b 之间的距离。如果布置较多数量的圆柱形突出部分10b，则可确保相邻两个圆柱形突出部分10b之间的距离，其它的布置也可适用。在该优选实施例中，平板部分10a具有约为3至10mm的厚度。每个圆柱形突出部分10b具有的根部直径（其底面的直径），例如为1至10mm，较佳地为1.5至8mm，高度约为 2至50mm，较佳地约为5至15mm。圆柱形突出部分10b以约2至10mm的间距（或节距）布置，较佳地约为3至7mm（以使圆柱形突出部分10b中心线之间，彼此间距开约为2至10mm的距离，较佳地约为3至7mm）。每个圆柱形突出部分10b具有0.5至5°的锥度角（每个圆柱形突出部分10b的中心线和其侧面之间的角度），较佳地为1至3°。圆柱形突出部分10b的数量较佳地约为20至1000，更佳地是50至1000。
加强构件12沿平板部分的宽度方向（垂直于纵向方向和厚度方向的侧向方向），从两个端面之一到另一端面在宽度方向上延伸，由此穿过平板部分10a 的内部。加强构件12布置在某一区域内（靠近图2A至2D所示的散热板10 和模具20之间应力最高区域的区域），该区域靠近散热板10的平板部分10a 的一个主表面（圆柱形突出部分10b一侧上的主表面），于是，（显然）散热板10的平板部分10a的一个主表面（圆柱形突出部分10b一侧上的主表面）的热膨胀系数接近于模具20的热膨胀系数。加强构件12较佳地布置在这样的区域：该区域离平板部分10a的一个主表面（圆柱形突出部分10b一侧上的主表面）距离是平板部分10a厚度的20％或不到。在该优选实施例中，加强构件12布置在这样的区域内：该区域离平板部分10a的一个主表面的距离较佳地是0.1至1.0mm，更佳地是0.15至0.8mm，最为较佳地是0.2至0.7mm（由于该距离较佳地为0.2mm或以上，以便允许熔融金属容易地注入到模具内）。
加强构件12沿其纵向方向（平板部分10a的宽度方向）的两个端面暴露在外面。除了加强构件的两个端面之外，各个加强构件12的整个表面（穿过平板部分10a而在其中延伸的各加强构件12的一部分的整个表面）直接粘结到平板部分10a。因此，加强构件12沿其宽度方向，从两个端面之一到另一端面而在宽度方向上延伸，该加强构件12设置在靠近平板部分10a一个主表面（圆柱形突出部分10b一侧上的主表面）的区域内，这样，在用模具20生产散热板10之后，就可能容易地从模具20中取出散热板10。
而且，从导电率、热导率和粘结到陶瓷基底的可靠性（当陶瓷基底粘结到散热板10的平板部分10a的另一主表面上时）的观点来看，平板部分10a和与其形成一体的圆柱形突出部分10b较佳地用铝或铝合金制造。加强构件12 较佳地用熔点高于平板部分10a和圆柱形突出部分10b熔点的材料制造。如果加强构件12用金属材料制造，则它们较佳地用含有钢或铁的金属制造，该材料便宜且具有高的强度。含有铁的金属较佳地是含有铁和选自以下组群中至少一个元素的金属：镍、钴、铜和锰。如果加强构件12用陶瓷材料制造，则它们较佳地用选自以下组群中至少一个材料制造：氧化铝、氮化铝、氮化硅和碳化硅，且鉴于加强构件的散热特性而言，更为较佳地是氮化铝。
图1A至1C中所示的优选实施例中的散热板10可用包括以下步骤的方法来生产：将各加强构件12的沿其纵向方向的两个端部支承在模具20上，从而使加强构件12布置在如图2A至2D所示的模具20内；将熔融的金属注入到模具20内，除了沿加强构件纵向方向的两个端部之外，使熔融金属接触到各加强构件12的整个表面；然后，冷却模具20。
如图2A所示，用碳或类似材料制成的模具20包括下模具构件22和上模具构件24，各个模具构件都具有大致矩形的平面形状。
如图2A至2C中所示，下模具构件22的顶面具有凹入部分（平板形成部分）22a，用以在平板部分的另一主表面（与圆柱形突出部分10b相对的那侧上的主表面）的一侧上形成平板部分10a的一部分。平板形成部分22a沿其宽度方向的两个侧面中各侧面的上部具有凹入部分（加强构件支承部分）22b，每个凹入部分都基本上具有与加强构件12的对应一个加强构件沿其纵向方向的两个端部的对应一个端部相同的形状和尺寸，并彼此间距开以便容纳加强构件的两个端部。
如图2A和2D所示，上模具构件24的下表面（反面）具有凹入部分（平板形成部分）24a，用以在平板部分的一个主表面（圆柱形突出部分10b那侧上的主表面）的一侧上形成平板部分10a的一部分（平板部分10a的比加强构件12更靠近圆柱形突出部分10b的一部分）。凹入部分24a的底面具有多个用以形成多个圆柱形突出部分10b的凹入部分（圆柱形突出部分形成部分） 24b。平板部分10a设计成形成在某一空间内，该空间由上模具构件24的平板形成部分24a和下模具构件22的平板形成部分22a所形成。加强构件12设计成：在加强构件12容纳在下模具构件22的加强构件支承部分22b内之后，当下模具构件22用上模具构件24盖上时，加强构件被夹紧在上模具构件24和下模具构件22的加强构件支承部分22b之间。当加强构件12如此被夹紧时，就可精确地将加强构件12固定在预定位置（沿着平板部分10a的主表面方向和加强构件的厚度方向的预定位置）。用以支承各个加强构件12两端部的加强构件支承部分22b之间的距离（平板部分10a的宽度）较佳地将长度设计成：使加强构件12中对应一个构件在模具20内不因熔融金属而偏转。例如，当各个加强构件12的厚度是0.6mm时，该距离较佳地是75mm或不到，而当各个加强构件12较厚时，该长度可以再长些。此外，下模具构件22或上模具构件 24具有入口（未示出），用来从注入管嘴（未示出）将熔融金属注入到平板形成部分24a内。
为了使用如此的模具20来生产图1A至1C所示的散热板的优选实施例，将加强构件12放在下模具构件22的加强构件支承部分22b上，然后，用上模具构件24覆盖下模具构件22。在该状态中，如果将铝、铝合金之类的熔融金属注入到模具20内并进行冷却，则就可生产出散热板10，其中，加强构件12 布置在平板部分10a内，其中，加强构件12沿其纵向方向的两个端部从平板部分10a的侧面突出出来，且其中，圆柱形突出部分10b与平板部分10a的一个主表面形成一体。此后，各个加强构件12沿其纵向方向的两个端部、从平板部分10a突出出来的两个端部，用众所周知的切割方法切割，于是，就可生产出如图1A至1C中所示优选实施例中的散热板10。此外，如果用激光器、划线器等装置将划分槽（断裂线）预先和精确地形成在加强构件12的切割部分处，则就可容易地划分和移除加强构件12的两个端部（手工方式）。
熔融金属较佳地按如下方式注入模具20内。首先，将模具20移入炉子（未示出）内，使炉子内部处于氮气氛围中，以将其中的氧浓度降低到100ppm或更低，较佳地是10ppm或不到。然后，通过加热器的温度控制，将模具20加热到熔融金属注入温度（例如，当注入铝或铝合金的熔融金属时，温度为600 至800℃）。此后，当除去熔融金属表面上的氧化膜时，便可用待从入口注入到模具20内的氮气，将加热到熔融金属注入温度并先前测量过的熔融金属加压到预定压力。在熔融金属注入到模具20内之后，较佳地从管嘴（未示出）将氮气鼓吹入入口内，以冷却和固化模具20内的熔融金属，同时将其中的熔融金属加压至预定压力。在熔融金属注入和冷却过程中，由氮气施加的预定压力较佳地在1kPa至100kPa的范围之内，更为较佳地在3kPa至80kPa的范围之内，最为较佳地在5kPa至15kPa的范围之内。如果压力太低，则难于将熔融金属注入到模具20内（特别是注入到模具20的圆柱形突出部分形成部分24b内）。如果压力太高，则就有加强构件12的位置迁移和/或模具20破裂的某些可能性。尤其是，倘若使用由碳制成的模具20，则当施加不小于1MPa 的高压时，模具20就有可能碎裂，和/或熔融金属可能从模具20泄漏出来，和/或加强构件12的位置可能迁移。
在该优化实施例中，如果需要从加热元件辐射热量的部件，安装在散热板 10的平板部分10a的另一主表面上（在圆柱形突出部分10b相对侧上的主表面），加热元件诸如是其上安装半导体芯片等的金属/陶瓷粘结基底，则就有可能从加热元件中辐射出热量。
〔第二优选实施例〕
图3A和3B示出根据本发明散热板的第二优选实施例。图3A是该优选实施例中散热板的剖视图，而图3B是图3A散热板的平面图（在金属/陶瓷粘结基底的一侧上）。
在该优选实施例中，与第一优选实施例中的散热板相同的散热板粘结到需要从加热元件辐射出热量的部件上并与其形成一体，诸如是其上安装半导体芯片等的金属/陶瓷粘结基底。
在该优选实施例中，如图3A和3B所示，大量圆柱形突出部分110b形成在散热板110的平板部分110a一个主表面上，加强构件112布置在其平板部分110a中。至少一个（该优选实施例中为一个）陶瓷基底114的一个主表面粘结到散热板110平板部分110a的另一主表面（与圆柱形突出部分110b相对侧上的主表面）。陶瓷基底114的另一主表面粘结到金属板116。因此，散热板110粘结到金属/陶瓷粘结基底并与其形成一体，其中，金属板116粘结到陶瓷基底114。当金属/陶瓷粘结基底与如该优选实施例那样的散热板110形成一体并与其粘结时，加强构件112较佳地布置在某一区域内，该区域离一个主表面（圆柱形突出部分110b一侧上的主表面）的距离是金属板116厚度的0.5 至2.5倍，更较佳地是布置在某一区域内，该区域离一个主表面的距离是金属板116厚度的0.7至2倍。此外，在图3A和3B以及以后将要描述的图4A至 4D中，具有与上所述优选实施例中的散热板10结构同样结构的那些部分的附图标记各加上100。
由此粘结到金属/陶瓷粘结基底并与其形成一体的散热板110可用包括以下步骤的方法来生产：将陶瓷基底114的外围部分和各加强构件112的沿其纵向方向的两个端部支承在模具120上，从而使陶瓷基底114和加强构件112以预定间距布置在如图4A至4D所示的模具120内；将熔融的金属注入到模具120 内，这样使熔融金属接触到各陶瓷基底114的两侧和加强构件112的整个表面，除了沿加强构件的纵向方向的两个端部之外，；然后，冷却模具120。
如图4A所示，碳或之类材料制成的模具120包括下模具构件122和上模具构件124，每个模具构件都具有大致矩形的平面形状。
如图4A至4C所示，下模具构件122的顶面具有凹入部分（平板形成部分）122a，用以在其另一主表面（与圆柱形突出部分110b相对的那侧上的主表面）的一侧上形成平板部分110a的一部分。凹入部分122a的底面具有凹入部分122c（陶瓷基底容纳部分），该凹入部分基本上具有与陶瓷基底114 的凹入部分相同的形状和尺寸，用以将陶瓷基底114容纳在其中。该凹入部分 122c的底面具有凹入部分122d（金属板形成部分），用以形成电路图形的金属板116。平板形成部分122a的沿其宽度方向的两侧面的各侧面的上部具有凹入部分122b（加强构件支承部分），这些凹入部分基本上各具有与加强构件112沿其纵向方向的对应一个构件的两端部分中对应一个部分相同的形状和尺寸，凹入部分122b彼此间距开，用以在其中容纳加强构件的两个端部部分。
如图4A和4D所示，上模具构件124的下表面（反面）具有凹入部分（平板形成部分）124a，用以在其一主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）的一侧上形成平板部分110a的一部分（比加强构件112更靠近圆柱形突出部分110b的平板部分110a的一部分）。凹入部分124a的底面具有多个用以形成多个圆柱形突出部分110b的凹入部分124b（圆柱形突出部分形成部分）。平板部分110a设计成形成在某一空间内，该空间由上模具构件124的平板形成部分124a和下模具构件122的平板形成部分122a所形成。加强构件 112设计成：在加强构件112容纳在下模具构件122的加强构件支承部分122b 内之后，当下模具构件122用上模具构件124盖上时，加强构件被夹紧在上模具构件124和下模具构件122的加强构件支承部分122b之间。当加强构件112 如此被夹紧时，就可精确地将加强构件112固定在预定位置（沿着平板部分 110a的主表面方向和加强构件的厚度方向的预定位置）。用以支承各个加强构件112两端部的加强构件支承部分122b之间的距离（平板部分110a的宽度）较佳地将长度设计成使加强构件112中对应一个构件在模具120内不因熔融金属而偏转。例如，当各个加强构件112的厚度是0.6mm时，该距离较佳地是 75mm或不到，而当各个加强构件112较厚时，该长度可以再长些。
上模具构件124具有入口（未示出），用来从注入管嘴（未示出）将熔融金属注入到平板形成部分124a内。下模具构件122具有熔融金属通道（未示出），该通道在平板形成部分122a和金属板形成部分122d之间延伸，即使陶瓷基底114容纳在陶瓷基底容纳部分122c内，也可以在平板形成部分122a和金属板形成部分122d之间建立连通。
为了使用如此的模具120来生产散热板110，该散热板110粘结到金属/陶瓷粘结基底并与其形成一体，如图3A和3B所示，在陶瓷基底114布置在下模具构件122的陶瓷基底容纳部分122c内之后，将加强构件112放在下模具构件122的加强构件支承部分122b上，然后，用上模具构件124盖上下模具构件122。在该状态中，如果将铝、铝合金之类的熔融金属注入到模具120内，并进行冷却，则就可生产出粘结到金属/陶瓷粘结基底并与其形成一体的散热板110，其中，加强构件112布置在平板部分110a内，其中，各加强构件112 沿其纵向方向的两个端部从平板部分110a的侧面突出出来，且其中，圆柱形突出部分110b与平板部分110a的一个主表面形成一体，另一个主表面直接粘结到陶瓷基底114的一侧，而陶瓷基底的另一侧直接粘结到用于电路图形的金属板116。此后，各个加强构件112沿其纵向方向的两个端部、从平板部分110a 突出出来的两个端部，用众所周知的切割方法切割，于是，就可生产出如图 3A至3B 中所示优选实施例中的散热板110。
熔融金属较佳地按如下方式注入模具120内。首先，将模具120移入炉子（未示出）内，使炉子内部处于氮气氛围中，以将其中的氧浓度降低到100ppm 或更低，较佳地是10ppm或不到。然后，通过加热器的温度控制，将炉子120 加热到熔融金属注入温度（例如，当注入铝或铝合金的熔融金属时，温度为 600至800℃）。此后，可用待从入口注入到模具120内的氮气，将加热到熔融金属注入温度并先前测量过的熔融金属加压到预定压力。如果熔融金属由此注入，就可防止大量粘结缺陷形成在金属和陶瓷之间。在熔融金属注入到模具 120内之后，较佳地从管嘴（未示出）将氮气鼓吹入入口内，以冷却和固化模具120内的熔融金属，同时将熔融金属加压在预定压力下。在熔融金属注入和冷却过程中，由氮气施加的预定压力较佳地在1kPa至100kPa的范围之内，更为较佳地在3kPa至80kPa的范围之内，最为较佳地在5kPa至15kPa的范围之内。如果压力太低，则难于将熔融金属注入到模具120内。如果压力太高，则就有加强构件112的位置可能迁移和/或模具20可能破裂的某些可能性。尤其是，倘若使用由碳制成的模具120，则当施加不小于1MPa的高压时，模具120 就有可能碎裂，和/或熔融金属可能从模具120泄漏出来，和/或加强构件112 和陶瓷基底114的位置可能迁移。
为了从由此粘结到散热板110并与其形成一体的金属/陶瓷粘结基底的金属板116中形成金属电路板，该金属板116可进行蚀刻而形成电路图形。为了能使电路图形可被铜焊，该电路图形可用Ni电镀层或Ni合金电镀层涂敷。
〔第三优选实施例〕
图5A和5B示出根据本发明散热板的第三优选实施例。图5A是该优选实施例中散热板的立体图，而图5B是图5A散热板的平面图（在圆柱形突出部分的一侧上）。
在该优选实施例中，如图5A和5B所示，圆柱形突出部分210b可形成在散热板210的平板部分210a的一个主表面上，从而对应于一些区域（加热元件安装区域）218（在平板部分210a的另一主表面上），在这些区域上，布置了需要从加热元件辐射出热量的部件，加热元件诸如是其上安装半导体芯片等的金属/陶瓷粘结基底。此外，在图5A和5B中，在具有与上所述优选实施例中的散热板10结构同样结构的那些部分的各附图标记加上200。
尽管在以上所述的第一至第三优选实施例中，各个圆柱形突出部分10b、 110b和210b具有大致圆柱形或截头圆锥的的形状，但其也可具有如图6所示的大致矩形柱的形状，或可具有如图7所示的大致平板的形状。此外，在图6 和7中，在具有与上所述优选实施例中的散热板结构同样结构的那些部分的各附图标记分别加上300和400。
尽管在以上所述的第一至第三优选实施例中，各个散热板使用了空气-冷却的散热片（圆柱形突出部分10b、110b和210b），但各个圆柱形突出部分10b、 110b和210b也可覆盖有罩壳（未示出），以形成水-冷却的散热器，冷却流体流过其中，以提高其冷却功率。
下面将详细地描述散热板和生产根据本发明的散热板的方法的实例。
〔实例1〕
首先，准备形状类似于图4A至4D所示模具120形状的碳制模具，但除外的是，加强构件支承部分122b的数量从三对改变为一对。还准备尺寸为90mm ×40mm×0.6mm的氮化铝制成的陶瓷基底114，以及尺寸为90mm×56mm× 0.6mm的氮化铝制成的加强构件112。然后，陶瓷基底114布置在模具120的下模具构件122的陶瓷基底容纳部分122c内，加强构件112的两端部分（具有3mm的长度）分别布置在下模具构件122的加强构件支承部分122b内。此后，用待要放入炉子内的模具120的上模具构件124盖住下模具构件122，使炉子内部处于氮气氛围中，以将其中的氧浓度降低到4ppm或更低。在该状态中，通过加热器的温度控制，将炉子120加热到720℃，然后，将已经加热到 720℃且先前已经测量过的纯度为99.9％的铝的熔融金属，从安装在模具120 入口上的注入管嘴倾注入模具120内，同时，用氮气加压在10kPa的压力下，以除去熔融金属表面上的氧化膜。因此，熔融金属填充在由平板形成部分122a 和平板形成部分124a（具有0.4mm的深度）形成在模具120内的尺寸为115mm ×50mm×5mm的空间内，并通过形成在下模具构件122的熔融金属通道填充在尺寸为88mm×38mm×0.4mm的金属板形成部分122d内。此后，从注入管嘴将氮气鼓吹入入口内，以冷却和固化模具120内的熔融金属，同时将熔融金属加压在10kPa压力下。因此，通过所谓的熔融金属粘结方法，生产出散热板，其中，加强构件112通过某一区域中的平板部分110a，在该区域中，加强构件112的一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）与平板部分110a 的一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）间距开0.4mm，加强构件112直接粘结到平板部分110a，加强构件112的两端部从平板部分110a 的侧面突出出来，其中，128个圆柱形突出部分110b以5mm的间距（节距）布置在平板部分110a的一个主表面上，每个圆柱形突出部分110b具有大致为截头圆锥的形状，圆锥的根部直径（底面直径）为4mm，高度为8mm，锥度角为2°（圆柱形突出部分110b的总表面面积为7628mm2），且其中，陶瓷基底114的一个主表面直接粘结到平板部分110a的另一主表面，金属板116 直接粘结到陶瓷基底114的另一主表面。在散热板从模具120中弹出之后，移去加强构件112沿其纵向方向的两端部、从平板部分110a突出出来的端部（沿着先前通过用激光器加工形成的断裂线，用手工方式划分两个端部），以生产出形状类似于图3A和3B中所示形状的散热板110。
此外，在下模具构件122被拆开后，当散热板从模具120中弹出时，将上模具构件124固定到模具释放装置上，并将钢板布置在上模具构件124上，以使其接触。然后，用敲击器敲击钢板（为了在模具上大量造成冲击，以使散热板从模具中释放出来），以通过释放之前的冲击次数来估计散热板从模具中释放的可释放能力，可观察散热板和模具的表面。其结果，通过两次冲击便可从模具中释放出散热板。散热板的平板部分和圆柱形突出部分的形状没有问题，且模具没有损坏。
〔实例2-4〕
用与实例1中相同的方法生产散热板110，例外之处是，在实例2中，圆柱形突出部分110b的高度为5mm，锥度角为5°，总的表面面积为5018mm2，而在实例3中，圆柱形突出部分110b的高度为5mm，锥度角为3°，总的表面面积为5235mm2，在实例4中，圆柱形突出部分110b的高度为5mm，总的表面面积为5364mm2。然后，用与实例1中相同的方法，评价散热板的可释放能力，可观察散热板和模具的表面。其结果，不通过冲击便可从模具中释放出散热板（实例2）。而在实例3和实例4中分别为一次敲击和两次敲击。在实例2至4中，散热板的平板部分和圆柱形突出部分的形状没有问题，且模具没有损坏。
〔实例5-8〕
用与实例1中相同的方法生产散热板110，例外之处是，在实例5中，圆柱形突出部分110b的根部直径为2mm，高度为4mm，且以3mm的间距（节距）布置，圆柱形突出部分110b的数量为363个，以使圆柱形突出部分110b 的总表面面积为5405mm2，而在实例6中，圆柱形突出部分110b的锥度角为 3°，总的表面面积为7447mm2，在实例7中，圆柱形突出部分110b的根部直径为2mm，高度为4mm，锥度角为5°，且以3mm的间距（节距）布置，圆柱形突出部分110b的数量为363个，以使圆柱形突出部分110b的总表面面积为5065mm2，在实例8中，圆柱形突出部分110b的根部直径为2mm，高度为4mm，锥度角为3°，且以3mm的间距（节距）布置，圆柱形突出部分110b 的数量为363个，以使圆柱形突出部分110b的总表面面积为5285mm2。然后，用与实例1中相同的方法，评价散热板的可释放能力，可观察散热板和模具的表面。其结果分别是，不通过冲击便可从模具中释放出散热板（实例5），一次冲击便可释放（实例6），一次冲击便可释放（实例7），以及没有冲击便可释放（实例8）。在实例5至8中，散热板的平板部分和圆柱形突出部分的形状没有问题，且模具没有损坏。
〔实例9〕
为了生产出形状类似于图5A和5B中所示形状的散热板，使用了碳制的模具，其具有类似于图4A至4D中所示形状的形状，例外之处是，三个陶瓷基底容纳部分122c以1mm的间距布置，且金属板形成部分122d形成在各个陶瓷基底容纳部分122c内。还准备尺寸为65mm×60mm×0.6mm的三个氮化铝制成的陶瓷基底214，以及尺寸为59mm×110mm×0.6mm的氮化铝制成的三个加强构件212。然后，陶瓷基底214布置在模具120的下模具构件122的陶瓷基底容纳部分122c内，各加强构件212的两端部分（具有5mm的长度）分别布置在下模具构件122的加强构件支承部分122b内，于是，加强构件212 以7mm的间距隔开，而分别大致面对各陶瓷基底214的中心部分。此后，用待要放入炉子内的模具120的上模具构件124盖住下模具构件122，使炉子内部处于氮气氛围中，以将其中的氧浓度降低到4ppm或更低。在该状态中，通过加热器的温度控制，将炉子120加热到720℃，然后，将已经加热到720℃且先前已经测量过的纯度为99.9％的铝的熔融金属，从安装在模具120入口上的注入管嘴倾注入模具120内，同时，用氮气加压在10kPa的压力下，以除去熔融金属表面上的氧化膜。因此，熔融金属填充在由平板形成部分122a和平板形成部分124a（具有0.7mm的深度）形成在模具120内的尺寸为220mm× 100mm×4mm的空间内，并通过形成在下模具构件122的熔融金属通道填充在尺寸为62mm×57mm×0.4mm的金属板形成部分122d内。此后，从注入管嘴将氮气鼓吹入入口内，以冷却和固化模具120内的熔融金属，同时将熔融金属加压在10kPa压力下。因此，通过所谓的熔融金属粘结方法，生产出散热板，其中，加强构件212通过某一区域中的平板部分210a，在该区域中，各加强构件212的一个主表面（圆柱形突出部分210b那侧上的主表面）与平板部分 210a的一个主表面（圆柱形突出部分210b那侧上的主表面）间距开0.7mm，加强构件212直接粘结到平板部分210a，各加强构件212的两端部从平板部分210a的侧面突出出来，其中，662个圆柱形突出部分210b以6mm的间距在平板部分210a的一个主表面上布置在面向加热元件安装区域的各个区域（其中，陶瓷基底214粘结到平板部分210a）内，每个圆柱形突出部分210b 具有大致为截头圆锥的形状，圆锥的根部直径（底面直径）为2.5mm，高度为 8mm，锥度角为2°，且其中，各陶瓷基底214的一个主表面直接粘结到平板部分210a的另一主表面，金属板216直接粘结到各陶瓷基底214的另一主表面。在散热板从模具120中弹出之后，移去加强构件212沿其纵向方向的两个端部、从平板部分210a中突出出来的端部（沿着先前通过用激光器加工形成的断裂线，用手工方式划分两个端部），以生产出形状类似于图5A和5B中所示形状的散热板210。
此外，在下模具构件122被拆开后，当散热板从模具120中弹出时，将上模具构件124固定到模具释放装置上，并将钢板布置在上模具构件124上，以使其接触。然后，用敲击器敲击钢板（为了在模具上大量造成冲击，以使散热板从模具中释放出来），以通过释放之前的冲击次数来估计散热板从模具中释放的可释放能力，可观察散热板和模具的表面。其结果，通过两次冲击便可从模具中释放出散热板。散热板的平板部分和圆柱形突出部分的形状没有问题，且模具没有损坏。
〔实例10-11〕
用与实例9中相同的方法生产散热板210，例外之处是，在实例10中，圆柱形突出部分210b的根部直径为4mm，锥度角为5°，且以12.5mm的间距布置，圆柱形突出部分210b的数量为252个，而在实例11中，圆柱形突出部分210b的根部直径为3mm，锥度角为3.5°，且以9mm的间距（节距）布置，圆柱形突出部分210b的数量为544个。然后，用与实例9中相同的方法，评价散热板的可释放能力，可观察散热板和模具的表面。其结果，在实例10和 11中，通过一次冲击便可从模具中释放出散热板。在实例10和11中，散热板的平板部分和圆柱形突出部分的形状没有问题，且模具没有损坏。
〔比较实例1-2〕
用与实例1中相同的方法生产散热板110，例外之处是，在比较实例1中，加强构件112的一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）和平板部分110a的一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）之间的距离为2.7mm，圆柱形突出部分110b具有的高度为5mm，锥度角为5°，总的表面面积为5018mm2，而在比较实例2中，加强构件112一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）和平板部分110a的一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）之间的距离为1.2mm，圆柱形突出部分110b具有的高度为5mm，锥度角为5°，总的表面面积为5018mm2。然后，用与实例1 中相同的方法，评价散热板的可释放能力，可观察散热板和模具的表面。其结果，不达到15次冲击就不能释放出散热板（比较实例1），需要8次冲击才可释放（比较实例2）。在比较实例1和2中，观察到散热板的圆柱形突出部分（散热片）上缺陷和变形。此外，尽管模具没有损坏，但存在着模具可能损坏的很大可能性，因为可释放能力很差。
〔比较实例3〕
用与实例1中相同的方法生产散热板110，例外之处是，加强构件112一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）和平板部分110a的一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）之间的距离为1.3mm。然后，用与实例1中相同的方法，试图评价散热板的可释放能力，并可观察散热板和模具的表面。然而，由于模具释放装置敲击了30次冲击后，仍不能从模具中释放出散热板，所以，用手工方法才从模具中释放出散热板。其结果，上模具构件124碎裂（不将上模具构件124敲碎，就不能从模具中释放出散热板），此外，可观察到散热板的圆柱形突出部分上缺陷和变形。
如上所述，在实例1至11中，加强构件112从平板部分110a的沿宽度方向（垂直于纵向方向）的一个端面到平板部分110a另一个端面穿过散热板110 的平板部分110a以沿着宽度方向延伸，该加强构件112布置在某一区域（靠近散热板110和模具120之间的最高应力区域的区域）中，该区域靠近散热板 110的平板部分110a一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面），于是，一个主表面（圆柱形突出部分110b那侧上的主表面）的热膨胀系数接近于模具120的热膨胀系数。因此，即使圆柱形突出部分110b（散热片）的锥度角很小（不大于5°），散热板110从模具120中取出的可释放能力也良好，能够形成良好的散热板，其具有优秀的尺寸精度，同时能够防止碳制模具 120损坏。

Claims (9)

1.一种生产散热板的方法，所述散热板由金属材料制成且所述散热板具有平板部分和多个从所述平板部分一个主表面突出出来并与所述平板部分形成一体的圆柱形突出部分，所述方法包括以下步骤：
将加强构件端部支承在模具上，所述加强构件的材料的熔点高于所述平板部分和所述圆柱形突出部分的材料熔点；
将金属材料的熔融金属注入到所述模具内，使所述熔融金属接触到所述加强构件的除了所述加强构件在模具内的端部之外的整个表面；以及
然后，冷却和固化的所述熔融金属，形成所述平板部分和从所述平板部分的一个主表面突出出来并与所述平板部分形成一体的所述多个圆柱形突出部分，并将平行于所述平板部分的一个主表面延伸的加强构件布置在一个区域内，所述区域布置在所述平板部分内并靠近所述平板部分的一个主表面，同时使所述加强构件直接粘结到所述平板部分。
2.一种生产散热板的方法，所述散热板由金属材料制成且所述散热板具有平板部分和多个从所述平板部分的一个主表面突出出来并与所述平板部分形成一体的圆柱形突出部分，所述平板部分的另一个主表面直接粘结到陶瓷基底的一个主表面，所述方法包括以下步骤：
将所述陶瓷基底的端部和加强构件的端部支承在模具上，以使所述陶瓷基底远离所述模具中的加强构件，所述加强构件的材料的熔点高于所述平板部分和所述圆柱形突出部分的材料的熔点；
将金属材料的熔融金属注入到所述模具内，使所述熔融金属接触基底的两个主表面和所述加强构件除了所述加强构件在所述模具内的端部之外的整个表面；以及
然后，冷却和固化所述熔融金属，形成金属板，以使所述金属板直接粘结在所述陶瓷基底的另一主表面，形成所述平板部分和从所述平板部分的一个主表面突出出来并与所述平板部分形成一体的多个圆柱形突出部分，并将平行于所述平板部分的一个主表面延伸的所述加强构件布置在一个区域内，所述区域布置在所述平板部分内并靠近所述平板部分的一个主表面，同时使所述加强构件直接粘结到所述平板部分。
3.如权利要求1或2所述的生产散热板的方法，其特征在于，所述加强构件穿过所述平板部分并在所述平板部分中延伸，穿过所述平板部分而在所述平板部分中延伸的所述加强构件的一部分的整个表面直接粘结到所述平板部分。
4.如权利要求1或2所述的生产散热板的方法，其特征在于，移去所述加强构件的从所述平板部分突出出来的所述端部。
5.如权利要求1或2所述的生产散热板的方法，其特征在于，所述模具包括上模具构件和下模具构件，所述加强构件的所述端部被夹紧在所述上模具构件和所述下模具构件之间，以便支承在所述模具上。
6.如权利要求1或2所述的生产散热板的方法，其特征在于，所述熔融金属是铝或铝合金的熔融金属。
7.如权利要求6所述的生产散热板的方法，其特征在于，所述加强构件用这样的金属制造，所述金属含有铁和选自以下组群中至少一个元素：镍、钴、铜和锰。
8.如权利要求6所述的生产散热板的方法，其特征在于，所述加强构件由选自以下组群的至少一个陶瓷材料制造：氧化铝、氮化铝、氮化硅和碳化硅。
9.如权利要求1或2所述的生产散热板的方法，其特征在于，靠近所述平板部分的所述一个主表面的所述区域是与所述平板部分的所述一个主表面隔开0.1至1.0mm的区域。
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