CN110729259A - 微通道热沉及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微通道热沉及其制造方法，所述微通道热沉包括上基板；下基板；多个导流板，层叠设于所述上基板与所述下基板之间；每一所述导流板包括外框体和导流板本体；所述导流板本体位于所述外框体内，所述导流板本体未与所述外框体连接的相对两侧和所述外框体之间均形成镂空部，各所述导流板、所述上基板及所述下基板相互配合以使同侧的所述镂空部连通形成流通空腔，其中一个流通空腔的腔壁上开设有流体入口，另一个流通空腔的腔壁上开设有流体出口，所述导流板本体的至少一个表面上设有间隔且平行的多个凸筋，所述导流板本体及所述导流板本体上的多个凸筋与相邻的所述导流板相互贴合形成与两个所述流通空腔连通的多个微通道。

Description

微通道热沉及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体及光电器件的封装及散热，特别是涉及一种微通道热沉及其制造方法。

背景技术

近年来，大功率电子器件的电流密度不断增加，例如大功率激光器、高性能计算机处理器、高集成电路等，其高集成度带来的散热问题严重制约了大功率电子器件的发展，如何高效安全地对大功率电子器件进行散热成为了电子器件研究的重要课题之一。

常用的散热技术有风冷散热、热管散热以及微通道散热。风冷散热技术散热能力有限，对于更高热流密度的电子元器件设备无法进行有效的散热。热管散热技术由于热管体积、重量大，在深空探测、星载激光器等航空领域受到了一定限制。而微通道热沉具有比表面积大、换热系数大等特点，可以有效解决高热流密度器件的散热问题。与常规通道相比，微小通道可以增加换热器与工作介质的接触面积，提高了单位体积内的换热量，大大提高了热沉的换热效率。

常规的多孔微通道热沉通常通过Gasar法制备得到多孔微通道金属铸锭，随后通过机械切割得到多孔微通道金属块，再与金属板焊接得到多孔微通道热沉。但是由于在Gasar法制备多孔微通道金属铸锭过程中，无法控制气孔的长度及气孔的生长方向，因而制得的多孔微通道金属铸锭的孔径不均匀，孔长不一，得到的多孔微通道金属块通道无法保证贯通，散热效果不好。

发明内容

基于此，有必要提供一种散热效果较好的微通道热沉及其制造方法。

本发明提供一种微通道热沉，包括：上基板；下基板；多个导流板，层叠设于所述上基板与所述下基板之间；每一所述导流板包括外框体和导流板本体；所述外框体用于相邻两个所述导流板之间及所述导流板与上下基板的连接固定；所述导流板本体位于所述外框体内，所述导流板本体的相对两侧分别与所述外框体连接，所述导流板本体未与所述外框体连接的相对两侧和所述外框体之间均形成镂空部，各所述导流板、所述上基板及所述下基板相互配合以使同侧的所述镂空部连通形成流通空腔，位于两侧的两个所述流通空腔，其中一个流通空腔的腔壁上开设有流体入口，另一个流通空腔的腔壁上开设有流体出口，所述导流板本体的至少一个表面上设有间隔且平行的多个凸筋，所述导流板本体及所述导流板本体上的多个凸筋与相邻的所述导流板相互贴合形成与两个所述流通空腔连通的多个微通道。

在其中一个实施例中，所述流体入口和所述流体出口均设置在所述上基板上。

在其中一个实施例中，所述流体入口和所述流体出口依次设置在所述上基板的中轴线上。

在其中一个实施例中，所述流体入口和所述流体出口靠近所述上基板的同一侧设置。

在其中一个实施例中，所述流体入口和所述流体出口分别靠近所述上基板的相对两侧设置。

在其中一个实施例中，各所述外框体在相对应的设有位于所述导流板本体两侧的两个开孔，各导流板、上基板及下基板相互配合以使同侧的开孔连通形成所述流体入口或所述流体出口。

在其中一个实施例中，所述外框体包括与所述凸筋延伸方向平行的两个第一边框和与所述凸筋延伸方向垂直的两个第二边框，多个所述第一边框层叠形成第一侧壁，多个所述第二边框层叠形成第二侧壁；所述流体入口和所述流体出口形成在第一侧壁或第二侧壁上。

在其中一个实施例中，两个所述开孔设置在同一个所述第一边框上，形成的所述流体入口和所述流体出口位于同一个所述第一侧壁的两侧。

在其中一个实施例中，两个所述开孔分别设置在两个所述第一边框上，形成的所述流体入口和所述流体出口位于相对的两个所述第一侧壁且呈对角设置。

在其中一个实施例中，两个所述开孔分别设置在两个所述第二边框的正中，形成的所述流体入口和所述流体出口位于相对的两个所述第二侧壁的中心。

在其中一个实施例中，两个所述开孔靠近两个所述第二边框的同一侧设置，形成的所述流体入口和所述流体出口位于两个所述第二侧壁的同侧。

在其中一个实施例中，两个所述开孔分别靠近两个所述第二边框的相对两侧设置，形成的所述流体入口和所述流体出口位于两个所述第二侧壁的相对两侧成对角设置。

在其中一个实施例中，所述微通道为矩形槽道，所述矩形槽道的长度为10mm至30mm，宽度为0.3mm至1mm，高度为1mm至6mm。

在其中一个实施例中，所述导流板本体和所述外框体为一体成型。

在其中一个实施例中，所述金属板的材质为纯铝或铝合金。

本发明还提供一种所述的微通道热沉的制造方法，包括以下步骤：

提供多个金属板，将其中两个所述金属板作为上、下基板预制板，其余所述金属板进行机械加工得到能够被分割成多个所述导流板的导流板预制板；

将多个所述导流板预制板置于两个所述上、下基板预制板之间叠合焊接成产品母体；

将所述产品母体进行切割得到所述导流板、所述上基板及所述下基板叠合成的多个初级子产品；

在所述初级子产品的两个流通空腔的腔壁上分别开设所述流体入口和所述流体出口，得到微通道热沉。

在其中一个实施例中，所述的微通道热沉的制造方法，还包括，

在所述上、下基板预制板和各所述导流板预制板上开设定位孔，通过定位销与所述定位孔固定配合使叠合的多个板之间位置固定。

在其中一个实施例中，所述焊接为扩散焊，所述扩散焊的温度为560℃～580℃，压力为1Mpa～5Mpa，保温时间为1小时～3小时。

在其中一个实施例中，其特征在于，所述焊接为钎焊，所述钎焊使用的钎料为BAl87SiMg钎料，焊接温度为550℃～650℃，保温时间为0.5小时～1小时。

本发明的微通道热沉，由多个具有基板、凸筋和挡板的导流板和上、下底板叠合构成，多个凸筋和多个基板叠合形成多个槽道构成微通道，多个挡板或上、下底板形成流体入口和流体出口，多个基板和多个挡板之间形成流体混合的空腔，该微通道热沉结构巧妙，由多个凸筋和多个基板叠合形成多个槽道构成微通道完全贯通，且孔隙率高，散热效果更好。同时该结构可以通过机械加工的方式简单方便的得到。

附图说明

图1为本发明一实施例微通道热沉的分解结构示意图；

图2为图1所示微通道热沉的导流板结构示意图；

图3为图1所示微通道热沉的内部结构示意图；

图4至图15为本发明中流体入口和流体出口不同位置的结构示意图；

图16为本发明机械加工后的导流板预制板结构示意图；

图17为本发明产品母体分解结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种微通道热沉10，包括上基板100、下基板200和多个导流板300。其中，上基板100、下基板200及导流板300均为金属板。本发明中金属板可以是铜、铝、镁等多种金属材质中的一种，在一实施例中，金属板的材质优选为纯铝或铝合金。本发明中微通道热沉结构适用于铝或铝合金等不能采用Gasar法制备的金属材质，在提高散热性的同时还使得微通道热沉结构的质量进一步减轻。在一实施例中，微通道热沉包括5～20个上述金属板。

多个导流板300，层叠设于上基板100和下基板200之间。请参阅图2，每一导流板包括外框体310和导流板本体320。外框体310用于相邻两个导流板320之间及导流板320与上基板100、导流板320与下基板200的连接固定。导流板本体320位于外框体310内，导流板本体320的相对两侧分别与外框体31连接，导流板本体320未与外框体连接的相对两侧和外框体之间均形成镂空部330。

各导流板300、上基板100及下基板100相互配合以使同侧的镂空部330连通形成流通空腔13，位于两侧的两个流通空腔13，一个流通空腔13上开设有流体入口15，另一个流通空腔13上开设有流体出口16。

导流板本体320的至少一个表面上设有间隔且平行的多个凸筋321，导流板本体320及导流板本体320上的多个凸筋321与相邻的导流板300相互贴合形成与两个流通空腔13连通的多个微通道11，如图3。优选的，多个凸筋321间隔相同，微通道11为矩形槽道，长度为15mm至30mm，宽度为0.3mm至1mm，高度为1mm至6mm。矩形槽道的长度是指微通道延伸的方法。在一实施例中，基板310上包括15至40个凸筋321。

请参阅图3，外框体310包括与凸筋321延伸方向平行的相对的两个第一边框311和与凸筋321延伸方向垂直的相对的两个第二边框312。多个第一边框311层叠形成第一侧壁12，多个第二边框312层叠形成第二侧壁14。两个流通空腔13由上基板100、下基板200、第一侧壁12、第二侧壁14围成并由多个微通道11分隔开。

上述的流体入口15和流体出口16可以设置在两个流通空腔13的不同位置上以形成不同的流体运动状态。

在一些示例中，流体入口15和流体出口16设置在上基板100上，使得微通道11中流体流量分配更均匀，散热效果更好。

具体的，在如图1所示的示例中，流体入口15和流体出口16设置在上基板100的中轴线上。在其他示例中，流体入口15和流体出口16靠近上基板的侧边设置，其中一些示例中，流体入口15和流体出口16靠近上基板100的同一侧边设置，另一些示例中，流体入口15和流体出口16分别靠近上基板100的相对两个侧边设置。在具体示例中，如图4所示，流体入口15和流体出口16呈与侧边平行的直线设置在上基板100的同一侧边上；如图5所示，流体入口15和流体出口16分别靠近上基板100的两个相对侧边，设置在上基板100的对角线上。

在一些示例中，流体入口15和流体出口16设置在第一侧壁12或第二侧壁14上，可以理解的，在各导流板300的外边框310上开设两个开孔313，且使两个开孔313分别位于导流板本体320的两侧，各导流板300、上基板100及下基板100相互配合以使同侧的开孔313连通形成流体入口15或流体出口16。

其中，在一些示例中，两个开孔313位于第一边框311上，形成的流体入口15、流体出口16位于第一侧壁12上。具体的，在一示例中，两个开孔313设置在同一个第一边框311上且分别位于导流板本体320的两侧，如图6所示，各导流板300、上基板100及下基板100相互配合以使同侧的开孔连通形成流体入口15或流体出口16，流体入口15和流体入口16形成在同一个第一侧壁12的两侧，如图7所示。在另一示例中，两个开孔313分别设置在相对的两个第一边框311上且分别位于导流板本体320的两侧，如图8所示，各导流板300、上基板100及下基板100相互配合以使同侧的开孔连通形成流体入口15或流体出口16，流体入口15和流体入口16分别形成在相对的两个第一侧壁12且成对角设置，如图9所示。

在另一些示例中，两个开孔313分别设置在相对的两个第二边框312上，形成的流体入口15和流体出口16位于第二侧壁14上。具体的，在一示例中，两个开孔分别设置在相对的两个第二边框312的正中，如图10所示，各导流板300、上基板100及下基板100相互配合以使同侧的开孔连通形成流体入口15或流体出口16，流体入口15和流体入口16分别形成在相对的两个第二侧壁14的中心，如图11所示。在一示例中，两个开孔分别靠近两个第二边框312的同一侧设置，如图12所示，各导流板300、上基板100及下基板100相互配合以使同侧的开孔连通形成流体入口15或流体出口16，流体入口15和流体入口16分别形成在相对的两个第二侧壁14的同一侧，如图13所示。在另一示例中，两个开孔分别靠近两个第二边框312的相对两侧设置，如图14所示，各导流板300、上基板100及下基板100相互配合以使同侧的开孔连通形成流体入口15或流体出口16，流体入口15和流体入口16分别形成在相对的两个第二侧壁14的两侧且呈对角设置，如图15所示。

在一实施例中，外框体310、导流板本体320和凸筋321为一体成型。

本发明实施例提供一种微通道热沉的制造方法，包括以下步骤：

S10，提供多个金属板，将其中两个金属板作为上基板预制板101和下基板预制板201，其余金属板进行机械加工得到导流板预制板301，导流板预制板301包括多个导流板本体320、多个镂空部330以及边框21，边框21用于相邻两个导流板预制板301之间及导流板预制板301和上下基板预制板201之间的连接固定，且导流板预制板301能够通过分割得到多个导流板300；

S20，将多个上述导流板预制板301置于上基板预制板101、下基板预制板201之间叠合焊接成产品母体20；

S30，将产品母体20进行切割得到多个导流板300、上基板100、下基板200叠合成的多个初级子产品；

S40，在所述初级子产品的两个流通空腔13的腔壁上开设流体入口15和流体出口16得到微通道热沉10。

本发明实施例提供的微通道热沉的制造方法，通过机械加工的方式得到微通道热沉形变小，可保证微通道中各槽道良好的贯通性。同时还可适用于铝或铝合金等不能采用Gasar法制备的金属材质，使得微通道热沉结构的质量进一步减轻。

步骤S10中，金属板为表面光滑平整的金属平板，各金属板的厚度可以相同也可以不同，上基板预制板101、下基板预制板201的厚度优选大于导流板预制板301的厚度，导流板预制板301的厚度为0.8mm～5mm。

优选的，多个导流板本体320和多个镂空部330之间按照阵列的方式呈规律性排布。

导流板预制板301的加工步骤包括：

S12，在导流板预制板301上开设两个镂空部330；

S14，在处于两个镂空部330之间的金属板上开设多间隔且平行的槽，形成多个导流板本体320；

S16，将两个镂空部330和一个导流板本体320构成一个重复单元，在金属板上阵列加工出多个该重复单元。

步骤S12中，镂空部330的宽为15mm至50mm，长为10mm至30mm，多个凸筋321的间隔为0.3mm至1mm，机械加工后的导流板预制板301如图16所示。每个机械加工后的导流板预制板301中镂空部330、导流板本体320位置和尺寸均一致。

在一实施例中，微通道热沉的制造方法，还包括，

在上基板预制板101、下基板预制板201和各导流板预制板301上开设定位孔22，通过定位销(图中未示出)与定位孔22固定配合使叠合的多个板之间位置固定。

定位孔的位置可以参照图16或图17所示，优选的，可以在上基板预制板101、下基板预制板201和每个导流板预制板301的四个角均开设定位孔22。

步骤S20中，焊接步骤可采用扩散焊焊接或钎焊焊接。由于本发明微通道热沉结构中多个微通道11较小，多层金属板叠合在一起进行焊接时，金属板受挤压容易发生形变，导致微通道11错位、变形，影响微通道热沉的散热效果。优选的，在一实施例中，采用扩散焊焊接，焊接温度为560℃～580℃，压力为1Mpa～5Mpa，保温时间为1小时～3小时，该焊接条件下，金属板的形变量小于3％。在另一实施例中，采用钎焊焊接，使用BAl87SiMg钎料，焊接温度为550℃～650℃，保温时间为0.5小时～1小时。

产品母体20分解结构示意图如图17所示。产品母体20经过切割后得到多个初级子产品，再根据不同的散热需求在初级子产品的两个流通空腔的腔壁上分别开设流体入口15和流体出口16。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种微通道热沉，其特征在于，包括：

上基板；

下基板；

多个导流板，层叠设于所述上基板与所述下基板之间；每一所述导流板包括外框体和导流板本体；所述外框体用于相邻两个所述导流板之间及所述导流板与上下基板的连接固定；所述导流板本体位于所述外框体内，所述导流板本体的相对两侧分别与所述外框体连接，所述导流板本体未与所述外框体连接的相对两侧和所述外框体之间均形成镂空部，各所述导流板、所述上基板及所述下基板相互配合以使同侧的所述镂空部连通形成流通空腔，位于两侧的两个所述流通空腔，其中一个流通空腔的腔壁上开设有流体入口，另一个流通空腔的腔壁上开设有流体出口，所述导流板本体的至少一个表面上设有间隔且平行的多个凸筋，所述导流板本体及所述导流板本体上的多个凸筋与相邻的所述导流板相互贴合形成与两个所述流通空腔连通的多个微通道。

2.根据权利要求1所述的微通道热沉，其特征在于，所述流体入口和所述流体出口均设置在所述上基板上。

3.根据权利要求2所述的微通道热沉，其特征在于，所述流体入口和所述流体出口依次设置在所述上基板的中轴线上。

4.根据权利要求2所述的微通道热沉，其特征在于，所述流体入口和所述流体出口靠近所述上基板的同一侧设置。

5.根据权利要求2所述的微通道热沉，其特征在于，所述流体入口和所述流体出口分别靠近所述上基板的相对两侧设置。

6.根据权利要求1所述的微通道热沉，其特征在于，各所述外框体在相对应的设有位于所述导流板本体两侧的两个开孔，各导流板、上基板及下基板相互配合以使同侧的开孔连通形成所述流体入口或所述流体出口。

7.根据权利要求1所述的微通道热沉，其特征在于，所述外框体包括与所述凸筋延伸方向平行的两个第一边框和与所述凸筋延伸方向垂直的两个第二边框，多个所述第一边框层叠形成第一侧壁，多个所述第二边框层叠形成第二侧壁；所述流体入口和所述流体出口形成在第一侧壁或第二侧壁上。

8.根据权利要求7所述的微通道热沉，其特征在于，两个所述开孔设置在同一个所述第一边框上，形成的所述流体入口和所述流体出口位于同一个所述第一侧壁的两侧。

9.根据权利要求7所述的微通道热沉，其特征在于，两个所述开孔分别设置在两个所述第一边框上，形成的所述流体入口和所述流体出口位于相对的两个所述第一侧壁且呈对角设置。

10.根据权利要求7所述的微通道热沉，其特征在于，两个所述开孔分别设置在两个所述第二边框的正中，形成的所述流体入口和所述流体出口位于相对的两个所述第二侧壁的中心。

11.根据权利要求7所述的微通道热沉，其特征在于，两个所述开孔靠近两个所述第二边框的同一侧设置，形成的所述流体入口和所述流体出口位于两个所述第二侧壁的同侧。

12.根据权利要求7所述的微通道热沉，其特征在于，两个所述开孔分别靠近两个所述第二边框的相对两侧设置，形成的所述流体入口和所述流体出口位于两个所述第二侧壁的相对两侧成对角设置。

13.根据权利要求1所述的微通道热沉，其特征在于，所述微通道为矩形槽道，所述矩形槽道的长度为10mm至30mm，宽度为0.3mm至1mm，高度为1mm至6mm。

14.根据权利要求1所述的微通道热沉，其特征在于，所述导流板本体和所述外框体为一体成型。

15.根据权利要求1所述的微通道热沉，其特征在于，所述金属板的材质为纯铝或铝合金。

16.一种如权利要求1～15任一项所述的微通道热沉的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供多个金属板，将其中两个所述金属板作为上、下基板预制板，其余所述金属板进行机械加工得到能够被分割成多个所述导流板的导流板预制板；

将多个所述导流板预制板置于两个所述上、下基板预制板之间叠合焊接成产品母体；

将所述产品母体进行切割得到所述导流板、所述上基板及所述下基板叠合成的多个初级子产品；

在所述初级子产品的两个流通空腔的腔壁上分别开设所述流体入口和所述流体出口，得到微通道热沉。

17.根据权利要求16所述的微通道热沉的制造方法，其特征在于，还包括，

在所述上、下基板预制板和各所述导流板预制板上开设定位孔，通过定位销与所述定位孔固定配合使叠合的多个板之间位置固定。

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