CN110026633A - 一种微通道散热器和焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种微通道散热器和焊接方法，解决了现有技术的焊接工艺苛刻，可靠性低且焊接过程中氧化铜‑铜低共溶液相自由流动导致微通道的阻塞的问题。所述方法包括以下步骤：沿微通道上、下壁设置一层与微通道形状尺寸相匹配的陶瓷阻焊层。对设有微通道和阻焊层的铜零件进行氧化，使所述铜零件上、下表面形成一层均匀的氧化铜层。组装所述微通道散热器后放入烧结炉中焊接。具有扩大微通道的焊接温度区间，提高焊接可靠性，增加微通道流量一致性的优点。所述微通道散热器包括由上至下叠放的上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片，上散热片和下散热片设有微通道。还具有防止微通道漏水，增加微通道的耐腐蚀性能的优点。
Description
技术领域
本申请涉及光电子技术领域，尤其涉及一种微通道散热器和焊接方法。
背景技术
半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、易于调制及价格低廉等优点，在工业、医疗和军事领域得到了广泛的应用，如材料加工、光纤通讯、激光测距、目标指示、激光制导、激光雷达、空间光通信等。近几年随着半导体激光器输出功率的大幅度提高，应用范围越来越广，对激光器的可靠性要求也越来越高。而影响激光器可靠性的主要因素是热量，随着激光器输出功率的增加、热效应对激光器的影响也随之增大，如何将期间工作时产生的热量及时有效的排出去已成为激光器芯片和封装工艺的首要问题，其中芯片与热沉、冷却器及电极各界面之间连接的热电阻和接触电阻对器件的有效散热起着重要作用。近几年来为解决半导体激光器的散热问题，大家主要研究了半导体激光器的封装技术，通过制作AuSn焊料、无氧铜热沉、陶瓷热沉等技术增加激光器的散热速度。微通道散热作为一种新型的冷却方式，因其表面积与体积比大，结构紧凑且散热能力强，是高热流密度器件散热问题的一种有效解决方法。目前，微通道热沉常采用的是一种具有五层不同内部镂空结构的高导热矩形薄片材料组合在一起，形成的微通道热沉结构。无氧铜微通道散热器的焊接一直是无氧铜微通道制作的一个难题，国内均采用焊料焊接的方式进行，而国外均是采用无焊料焊接的DBC方式，它是靠无氧铜表面形成的微量氧化铜在高温时与无氧铜形成微量的液相，在低于无氧铜熔点的温度下将片状的无氧铜直接焊接到一起的，这种焊接工艺方式对于工艺参数的控制要求极高，尤其是对于特别微细的微通道而言，工艺条件相当苛刻，很容易造成流量一致性差，焊接不良等问题。
发明内容
本申请提出一种微通道散热器和焊接方法，解决了现有技术的焊接工艺苛刻，可靠性低且焊接过程中氧化铜-铜低共溶液相自由流动导致微通道的阻塞的问题。
一方面，本申请实施例提供一种微通道散热器焊接方法，所述微通道散热器由铜零件组成，包括以下步骤：
沿微通道上、下壁设置一层与微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层；
对设有微通道的铜零件进行氧化，使上、下表面形成一层均匀的氧化铜层；
组装所述微通道散热器；
将组装后的微通道散热器放入烧结炉中焊接。
优选地，在所述微通道壁设置陶瓷阻焊层的方式包括丝网印刷、气相沉积。
优选地，所述氧化铜层的形成方式为对所述无氧铜零件进行热氧化。
优选地，所述陶瓷阻焊层的厚度为1～20微米。
优选地，所述氧化铜层的厚度为1～5微米。
优选地，所述陶瓷阻焊层的材质为氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅中的一种。
优选地，在所述焊接过程中，所述烧结炉的温度为1065～1082℃，氧气量为10～300ppm。
另一方面，本申请实施例还提供一种微通道散热器，所述微通道散热器通过本申请任一实施例提供的微通道散热器焊接方法焊接制作。所述微通道散热器包括由上至下叠放的上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片，所述上散热片和下散热片设有微通道。
优选地，所述上盖片的下表面和隔离片的上表面设有与所述上散热片的微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层。
优选地，所述下盖片的上表面和隔离片的下表面设有与所述下散热片的微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
所述微通道散热器焊接方法及产品具有扩大微通道的焊接温度区间，提高焊接可靠性，防止微通道漏水，增加微通道的耐腐蚀性能的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种微通道散热器结构图；
图2为本申请实施例提供的一种微通道散热器剖面图；
图3为本申请实施例提供的一种焊接结构示意图；
(a)微通道散热器组装图；
(b)上盖片示意图；
(c)上散热片示意图；
(d)隔离片示意图；
图4为本申请实施例提供的一种微通道散热器焊接方法流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、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。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本申请实施例提供的一种微通道散热器结构图，所述微通道散热器包括由上至下依次叠放的上盖片1、上散热片2、隔离片3、下散热片4和下盖片5五种镂空的无氧铜零件。内部设有入水口6和出水口7。
所述微通道散热器中的无氧铜零件通过根据产品图纸在长方形片状无氧铜上进行刻蚀生产，其中上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片之间的焊接方式为通过上盖片下表面、下盖片上表面和隔离片上、下表面的无氧铜与上散热片和下散热片上、下表面的无氧铜表面的氧化铜在高温加热时形成微量的氧化铜-铜低共溶液，在低于无氧铜熔点的温度下将片状的上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片焊接到一起。
图2为本申请实施例提供的一种微通道散热器剖面图，所述微通道散热器的上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片由上至下紧密的贴合在一起，所述上散热片和下散热片设有微通道8，所述上盖片的下表面和隔离片的上表面设有与所述上散热片的微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层9，在所述上盖片、上散热片和隔离片紧密贴合时位于所述上散热片的微通道内。所述下盖片的上表面和隔离片的下表面设有与所述下散热片的微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层9，在所述下盖片、下散热片和隔离片紧密贴合时位于所述下散热片的微通道内。在所述微通道散热器进行焊接时，所述位于上散热片和下散热片微通道内的陶瓷阻焊层在微通道和熔融的焊层之间形成了隔离带，阻止了焊层向微通道中扩散，从而防止焊接过程导致微通道阻塞。同时在所述微通道散热器的使用过程中，所述陶瓷阻焊层的存在，防止了微通道漏水几率的发生，也增加了微通道的耐腐蚀性能。
图3为本申请实施例提供的一种焊接结构示意图，(a)微通道散热器组装图，(b)上盖片示意图，(c)上散热片示意图，(d)隔离片示意图。所述微通道散热器焊接结构包括上盖片1、上散热片2和隔离片3。所述上散热片3设有微通道8。所述上盖片的下表面设有与所述微通道尺寸形状匹配的陶瓷阻焊层①，所述隔离片的上表面设有与所述微通道尺寸形状匹配的陶瓷阻焊层②。当所述上盖片、上散热片和隔离片紧密贴合时，所述陶瓷阻焊层①和陶瓷阻焊层②位于所述微通道内，与所述微通道壁贴合。用于防止焊层向所述微通道内扩散，图中③和④示意熔融的焊层，在③处焊层向微通道中的扩散被阻止，从而防止焊接过程导致微通道阻塞。
图4为本申请实施例提供的一种微通道散热器焊接方法流程图，所述微通道散热器焊接方法包括以下步骤：
步骤101：沿微通道壁设置与微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层。
在步骤101中，所述微通道散热器包括设有微通道壁的无氧铜零件以及无微通道壁的无氧铜零件，沿所述设有微通道壁的无氧铜零件上的微通道壁设置一层与微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层。例如：所述微通道散热器包括设有微通道壁的无氧铜零件上散热片和下散热片，以及无微通道壁的无氧铜零件上盖片、隔离片和下盖片。在所述上盖片的下表面和隔离片的上表面设置一层与所述上散热片的微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层，在所述下盖片的上表面和隔离片的下表面设置一层与所述下散热片的微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层。
在本实施例中，所述陶瓷阻焊层的厚度为1～20微米，可以通过丝网印刷、气相沉积等方式设置在所述微通道壁。用于阻止焊接过程中焊层向微通道中扩散。所述陶瓷阻焊层的材质为氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅中的一种，可以扩大微通道的焊接温度区间，使得微通道可以在稍高的温度下焊接，提高了焊接的可靠性。
步骤102：对设有微通道的铜零件进行氧化，使表面形成一层均匀的氧化铜层。
在步骤102中，作为本申请实施例的一种实施方式，对所述上散热片和下散热片进行氧化，使表面形成一层均匀的氧化铜层。所述氧化铜层的形成方式为对所述无氧铜零件进行热氧化。或者通过在所述上散热片和下散热片的上下表面涂抹用于氧化无氧铜的化学试剂，使无氧铜与所述化学试剂反应，在上散热片和下散热片的上、下表面形成一层均匀的氧化铜层。所述氧化铜层的厚度为1～5微米。
步骤103：组装所述微通道散热器。
在步骤103中，作为本申请实施例的一种实施方式，所述组装微通道散热器的方法为由上至下依次间隔叠放设有微通道壁的无氧铜零件和无微通道壁的无氧铜零件。例如由上至下依次组装所述上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片。使所述上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片紧密贴合，所述上盖片下表面和隔离片的上表面设置的陶瓷阻焊层位于所述上散热片的微通道内；所述下盖片上表面、隔离片的下表面上设置的陶瓷阻焊层位于所述下散热片的微通道内。
步骤104：将组装后的微通道散热器放入烧结炉中焊接。
在步骤104中，所述烧结炉的温度为1065～1082℃，氧气量为10～300ppm。所述组装后的微通道散热器在焊接的过程中，所述微通道壁内设置的陶瓷阻隔带能够阻止焊层向微通道中扩散。例如所述上盖片下表面、所述隔离片上、下表面和所述下盖片的上表面的无氧铜分别与所述上散热片上、下表面以及下散热片上、下表面的氧化铜在高温下反应，形成氧化铜-铜低共溶液。在所述上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片紧密贴合的位置形成焊层，将所述上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片焊接在一起。所述焊接过程中，所述陶瓷阻焊层阻止了焊层向微通道中扩散，从而防止焊接过程导致微通道阻塞。
通过上述微通道散热器焊接方法制造的微通道散热器在使用过程中，因所述陶瓷阻焊层的存在，防止了微通道漏水几率的发生，也增加了微通道的耐腐蚀性能。
本领域内的技术人员应明白，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种微通道散热器焊接方法，所述微通道散热器由铜零件组成，其特征在于，包括以下步骤：
沿微通道上、下壁设置一层与微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层；
对设有微通道的铜零件进行氧化，使上、下表面形成一层均匀的氧化铜层；
组装所述微通道散热器；
将组装后的微通道散热器放入烧结炉中焊接。
2.如权利要求1所述的微通道散热器焊接方法，其特征在于，在所述微通道壁设置陶瓷阻焊层的方式包括丝网印刷、气相沉积。
3.如权利要求1所述的微通道散热器焊接方法，其特征在于，所述氧化铜层的形成方式为对所述铜零件进行热氧化。
4.如权利要求1～3任一所述的微通道散热器焊接方法，其特征在于，所述陶瓷阻焊层的厚度为1～20微米。
5.如权利要求1～3任一所述的微通道散热器焊接方法，其特征在于，所述氧化铜层的厚度为1～5微米。
6.如权利要求1～3任一所述的微通道散热器焊接方法，其特征在于，所述陶瓷阻焊层的材质为氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅中的一种。
7.如权利要求1～3任一所述的微通道散热器焊接方法，其特征在于，在所述焊接过程中，所述烧结炉的温度为1065～1082℃，氧气量为10～300ppm。
8.一种微通道散热器，通过权利要求1～7任一所述的微通道散热器焊接方法焊接制作，其特征在于，所述微通道散热器包括由上至下叠放的上盖片、上散热片、隔离片、下散热片和下盖片，所述上散热片和下散热片设有微通道。
9.如权利要求8所述的微通道散热器，其特征在于，所述上盖片的下表面、和隔离片的上表面设有与所述上下散热片的微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层。
10.如权利要求8所述的微通道散热器，其特征在于，所述下盖片的上表面和隔离片的下表面设有与所述下散热片的微通道形状尺寸匹配的陶瓷阻焊层。
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