CN108831986A - 热沉装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种热沉装置及其制备方法，该热沉装置包括基板及导热层，基板包括周侧面以及与周侧面相连接的且相对设置的第一表面以及第二表面，第一表面设置有散热沟槽，散热沟槽用于容纳导热液；导热层形成于第一表面上，并与导热液进行直接接触，以使得导热液吸收导热层的至少部分热量。通过上述的装置，本申请能够通过基板上容纳导热液的散热沟槽与导热层直接接触，并可以带走导热层的部分热量，从而加强散热。
Description
技术领域
本申请涉及到热沉装置领域，特别涉及到一种热沉装置及其制备方法。
背景技术
热沉(HeatSink)工业上是指微型水冷散热片，用来冷却电子芯片。目前大功率的LED(发光二极管)、LD(激光二极管)照明封装中，由于LED/LD发光时会产生高热量，会使用高导热率的铜柱，使热量导向封装体外面,该铜柱也叫热沉，帮助散热从而稳定工作温度。
目前，大部分封装方式采用传统式的“分立式”封装，即将芯片焊接在AIN(氮化铝)或钨铜合金热沉上然后再将热沉焊接在微通道散热器上。这种分离式的封装，存在如下问题：1.结构复杂，加工与组装难度大，且成本高不易规模化生产。2.由多种材料与装置构成，存在多个接触层，接触热阻大，一致性差，且多个层之间存在多个接触层，接触热阻大，难以取到期望的散热效果。
发明内容
本申请提供一种热沉装置及制备方法及其制备方法，能够解决现有技术中热沉装置接触热阻大大散热效果差的问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种热沉装置，包括基板，包括周侧面以及与周侧面相连接的且相对设置的第一表面以及第二表面，所述第一表面设置有散热沟槽，所述散热沟槽用于容纳导热液；导热层，形成于所述第一表面上，并与所述导热进行直接接触，以使得所述导热液吸收所述导热层的至少部分热量。
为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：一种热沉装置的制备方法，包括：提供一块基板，所述基板包括周侧面以及与周侧面相连接的且相对设置的第一表面以及第二表面；在所述基板中制作散热沟槽，以用于容纳导热液；在所述第一表面上形成导热层，并与所述导热液进行直接接触，以使得所述导热液吸收所述导热层的至少部分热量。
本申请的有益效果是：提供一种热沉装置及其制备方法，通过将基板与导热层进行贴合，并直接在基板上设置散热沟槽，散热沟槽中的导热液与导热层进行直接接触，从而可以带走导热层的部分热量，从而提高散热效率。
附图说明
图1是本申请热沉装置一实施方式的截面示意图；
图2是图1中基板的一具体结构示意图；
图3是图1中基板的一正视图；
图4是图1中基板面向第一表面的一俯视图；
图5是图1中基板面向第一表面的又一俯视图；
图6是图1中基板面向第一表面的又一俯视图；
图7是图1中基板又一结构示意图；
图8是图1中基板又一结构示意图；
图9是图1中基板又一结构示意图；
图10是本申请热沉装置的制备方法一实施方式的流程示意图。
实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请提供的热沉装置的第一实施方式的截面示意图，本实施中提供的热沉装置包括：基板11及导热层12。
其中，基板11其包括周侧面115以及与周侧面115相连且相对的第一表面113以及第二表面114，导热层12形成于第一表面上113。
共同参阅图1及图2，基板11的第一表面113设有散热沟槽111，该散热沟槽111用于容纳导热液，以使得形成于第一表面113上的导热层12与导热液进行直接接触。
其中，散热沟槽111包括位于周侧面115的进液口1111及出液口1112，
其中，进液口1111用于向散热沟槽111注入导热液，并在导热液吸收导热层12的至少部分热量后，从出液口1112流出以带走导热层12的至少部分热量。本实施例图2中以进液口1111及出液口1112设置于周侧面115为例，且位于周侧面115相对的两侧，在其他实施例中，进液口1111及出液口1112也可以位于周侧面115的同一侧或不相对的两侧。
参阅图3，在另一实施例中，散热沟槽111的进液口1111以及出液口1112也可以位于基板11的第二表面114。在具体的实施例中，更利于散热沟槽11中导热液的导入、导出。
可选的，散热沟槽111至少包括从进液1115口至出液口1112依次交替连接的多个子沟槽1115，如图4所示，图4是本申请基板中一面向第一表面的俯视图，其中多个子沟槽1115弯折连接，子沟槽1115为直线段。
上述实施例中通过在限定的面积将散热沟槽111进行弯曲分布，使得散热沟槽111与导热层12的接触面变大，即导热液与导热层12的接触面变大，从而可以带走更多的热量，提高散热效率。
请参阅图5以及图6，图5以及图6是本图1基板11的面向第一表面的两个俯视图，在图5中，散热沟槽111呈曲线分布，其中多个子沟槽1115曲折连接，其中，子沟槽1115为曲线段，在图6中，散热沟槽111呈曲折分布，子沟槽1115为直线段，且呈曲折连接。采用本实施例的散热沟槽111可以在同等压强下加快导热液的流速，从而增强散热效果。
可选的，散热沟槽111连通第一表面113与第二表面114，也即该散热沟槽111在从第一表面113至第二表面114的方向上，贯穿基板，也就是说散热沟槽111的深度为基板11第一表面113到第二表面114的距离。
请参阅图1以及图2提供的基板11，其中，基板11的第二表面114进一步贴设有盖板112，使得盖板112与散热沟槽111一起形成一个容纳腔体用于容纳导热液，在其他实施例中，盖板112可以只在散热沟槽111在第二表面114的对应位置出设置。
参阅图7，在另一实施例中，散热沟槽111也不贯穿基板，可选的，该散热沟槽深度为基板的50％，在其他的实施例中，不做限定，可以是30％，40％，80％等等，通过本实施例的结构，在保证相同的接触面积情况下，节省了工艺制作成本，且本实施例的基板11更为稳固。
可选的，散热沟槽111从第二表面114至第一表面113的方向上的截面面积保持不变。
参阅图8，在又一实施例中，散热沟槽111在第二表面(图未示)至第一表面(图未示)的方向上的截面面积，逐渐增大，即散热沟槽11在第一表面(图未示)的接触面最大，通过本实施例的结构，在相同体积的导热液的情况下，增大了与导热层12的直接接触面积，从而增强了散热效率。
参阅图9，在再一实施例中，在本实施例中，散热沟槽11包括从所述第二表面(图未示)至所述第一表面(图未示)的方向上依次连接的第一槽段1113和第二槽段1114，其中，第一槽段1113的截面面积不变，第二槽段1114在第二表面(图未示)至第一表面(图未示)的方向上的截面面积逐渐增大，也就是第二槽段1114的最大截面面积大于第一槽段1113的最大截面面积，通过本实施例的结构，进一步的增加了导热层与导热液的接触面积，节省了成本。
可选的，基板采用硅基板，该基板11的规格为100晶体结构的硅片，规格可以选用四英寸硅片，在其他的实施例中，也可以是其他的一些市场上常见的材质制作的基板，规格也不做限定。
导热层12，采用热导率为2000W/m.K的人造金刚石制成，厚度范围可以采用0.1—5μm，具体可以是0.1μm、1μm、3μm、5μm等等，这里不做限定，通过原位生长的方式形成于基板11的第一表面，通过这样的形成方式可以使得导热层12与基板11之间有着很强的化学键位，从而与基板11之间的热接触性良好，几乎可以达到无接触热阻的程度。
本申请提供的热沉装置进一步包括焊接层13，其设置在导热层12远离基板11的另一面上，具体可以采用导热性以及可塑性良好的金锡合金通过溅射、蒸发、电镀等方法制备，这里不做限定。
通过上述实施例可知，本申请所提供的实施例只是展示了部分散热沟槽的设置方法，在具体的实施例中，可以有其他的一些合理的设置，如对进液口以及出液口方位的设置(包括各周侧面、第二表面之间的组合设置)，以及散热沟槽的截面形状，如半圆形、椭圆形、矩形、三角形以及梯形等的设置，同时对散热沟槽的规格大小的设置等都没进行任何限定。
请参阅图10，图10是本申请制造热沉装置的方法的流程示意图，本实施例提供了一种热沉装置的制造流程以及工艺，其步骤具体如下：
S10，提供一块基板，基板包括周侧面以及与周侧面相连接的且相对设置的第一表面以及第二表面。
本实施例采用是市场上较为常见的硅基板，该基板包括了周侧面以及与周侧面相连接的且相对设置的第一表面以及第二表面，该基板的规格为100晶体结构的硅片，规格可以选用四英寸硅片，在其他的实施例中，也可以是其他的一些市场上常见的材质制作的基板，规格也不做限定。
S11，在基板中制作散热沟槽，以用于容纳导热液。
在基板中进行散热沟槽的制作，可以通过但不限于刻蚀、机械挖槽以及激光钻孔的方法进行沟槽制作，随后，对散热沟槽进行盖板封合，可以采用采用焊接、胶粘以及键合的方法一种，并从而将散热沟槽进行非完全性封闭，形成一个容纳腔以容纳导热液，随后在散热沟槽的两端分别设置进液口以及出液口，通过本方法设计的散热沟槽上述实施例中已经进行了描述，这里不再赘述。
S12，在所述第一表面上形成导热层。
在本实施例中，通过原位生长的方式将导热层设置在基板的第一表面，相比将导热层贴合在基板，原位生长使得导热层与基板的键合度更高，也更稳固，即基板与导热层之间的接触热阻可以忽略不计，从而加强了导热，且本实施例采用的导热层采用人造金刚石，厚度范围可以为0.1—5μm，具体可以是0.1μm、1μm、3μm、5μm等等，人造金刚石的热导率为2000W/m.K，即本申请提供的导热层的热阻极低，具有良好的热传导性能。
通过上述实施方式所采用的制作方法，所制造的热沉装置具有良好的散热性，且较为轻薄，由于本申请多层之间的粘合采用的不是简单的组装方式，而是通过溅射等半导体工艺，从而使得各层之间的接触热阻非常小，从而加快热量的流通，提供散热效率。
通过热阻公式R＝S/λh可知，其中，S为传热面积，h为传热厚度，λ为热导率。由本实施例提供的热沉装置，由于本实施例的材料采用热导率极大的人造金刚石，且本实施例各层之间是通过半导体工艺进行键合从而使得各层之间的传热厚度极小，热阻也相应减少。
综上所述，本领域技术人员容易理解，本申请提供热沉装置及其制备方法，通过在基板的第一表面设置有导热层，在导热层远离基板的一面设置有焊接层，且在基板中设计有导热沟槽以及导热沟槽中的导热液，导热液与导热层直接接触，且通过流动带走导热层的部分热量，从而加强整个装置的散热效果，且本申请采用的半导体工艺以及材料，都使得整个装置之间的热阻变小，进一步加强了散热的效率。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种热沉装置，其特征在于，所述装置包括：
基板，包括周侧面以及与周侧面相连接的且相对设置的第一表面以及第二表面，所述第一表面设置有散热沟槽，所述散热沟槽用于容纳导热液；
导热层，形成于所述第一表面上，并与所述导热液进行直接接触，以使得所述导热液吸收所述导热层的至少部分热量。
2.根据权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述散热沟槽包括位于所述周侧面或者第二表面的进液口及出液口，所述进液口用于向所述散热沟槽注入所述导热液，并在所述导热液吸收所述导热层的至少部分热量后，从所述出液口流出以带走所述至少部分热量。
3.根据权利要求2所述的热沉装置，其特征在于，所述散热沟槽包括从所述进液口至所述出液口依次首尾连接的多个子沟槽，所述多个子沟槽中相邻的两个弯折连接。
4.根据权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述散热沟槽连通所述第一表面以及所述第二表面，所述装置进一步包括盖板，所述盖板贴设于所述第二表面，以与所述散热沟槽共同容纳所述导热液。
5.根据权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述散热沟槽从所述第二表面至所述第一表面方向上的截面面积，逐渐增大。
6.所述权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述散热沟槽包括从所述第二表面至所述第一表面的方向上依次连接的第一槽段和第二槽段，所述第二槽段的最大截面面积大于所述第一槽段的截面面积。
7.根据权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述装置进一步包括焊接层，所述焊接层形成于所述导热层上。
8.根据权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述导热层厚度为0.1—5μm，材料为金刚石。
9.一种热沉装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一块基板，所述基板包括周侧面以及与周侧面相连接的且相对设置的第一表面以及第二表面；
在所述基板中制作散热沟槽，以用于容纳导热液；
在所述第一表面上形成导热层，其中，所述导热层与所述导热液进行直接接触，以使得所述导热液吸收所述导热层的至少部分热量。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述导热层厚度范围为0.1-5μm，材料为金刚石。
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