CN1548915A - 含钻石粉末的散热体 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种含钻石粉末的散热体，其为人造或天然廉价钻石废料将之碾碎并筛分，使钻石粒度适合和金属粉末混合，将此复合材料的烧结体包覆或填补封装芯片，亦可在其中混入黏胶或其它有机物，做为散热胶或散热填充物，使得此含钻石粉末的散热体可达到最佳的散热效果，及大幅提高封装烧结体的热传导系数的发明。
Description
技术领域
一种含钻石粉末的散热体，是用于包覆或填补封装芯片，为一散热能力极佳含钻石微粉的复合材料。
背景技术
由于过去三十年来，光电组件的功能及速率在乃随摩尔定律(Moore’s Low)，每18个月则提升近一倍，而在此进步的同时，产品的外形亦朝轻薄短小的方向发展，无论功能及外形都会提高芯片的功率和频率，因此，造成芯片的操作时的温度大为增加，目前高能芯片功率已达一百瓦特(watts)，如果没有更好的散热机制，这些芯片的温度将可能会超过100℃，使丧失芯片功能。
目前芯片多为半导体(如硅、砷化镓)所制成，其内含有多量的金属导线以及绝缘薄膜，这两者之间的热膨胀系数相差数倍，其物化特性参看图1所示，因此在65℃以上时，芯片多会产生裂纹以致其不堪使用，即使勉强操作，当温度接近100℃时半导体的导电性会增加，因而使芯片的功能完全丧失。
为使芯片不会因过热而烧坏，因此需将电流所产生的废热尽快排除，另外，芯片的导线宽度越窄，其排热的速率则要更快，目前的芯片线宽为0.13微米，此时芯片仍可以埋藏在目前散热最快的金属基陶瓷烧结体内(如铝基的碳化硅)，这个封装材料之外，再以铜片散热，最后将金属(如铜或铝)叶片以风扇吹冷，可勉强符合其散热要求，但效果并不佳。
而当金属线宽减到0.1微米以下时，金属基陶瓷烧结体已来不及散热，此时芯片则有烧毁之虑，因此，必须以更有效的封装材料将热吸出，再以钻石膜或其它方法将热以每平方公分三十瓦特以上的速率冷却，但目前却苦无适当材料可以用为散热的封装材料。
除此之外，封装体和外加的散热片(如钻石、真空气化冷凝盘、陶瓷或金属热沉等)必须密切接合，由于芯片不能承受高温，所以接合处不能以熔融金属焊接，因此通常乃以散热胶黏结，上述这种散热胶内含有悬浮的金属(如银)或陶瓷(如氧化铝)，但这些材质的热传导系数都偏低，因此散热胶黏结的接缝处也常成为散热的瓶颈。
发明内容
本发明者有鉴于前述习用的含钻石粉末的散热体，在实际应用上确有其散热能力不佳的缺点存在，而予以重新发明，即将人造或天然廉价钻石废料将的碾碎并筛分，使其粒度适合和金属粉末混合，将此复合材料包覆或填补封装芯片，亦可在其中混入黏胶或其它有机物，做为散热胶或散热填充物，以使此含钻石粉末的散热体可达到最佳的散热效果，及大幅提高封装烧结体的热传导系数。
为了可达到前述的发明目的，本发明所运用的技术手段是在于提供一种含钻石粉末的散热体，其钻石粉末与非钻石部份比例为1∶3～3∶1。
所述的含钻石粉末的散热体，其钻石粉末的粒径小于150微米。
所述的含钻石粉末的散热体，其非钻石的部份含有金属材料。
所述的含钻石粉末的散热体，其金属含有铜材料或铝材料。
所述的含钻石粉末的散热体，其非钻石的部份含有有机物。
所述的含钻石粉末的散热体，其有机物为环氧树脂、树脂或压克力胶。
所述的含钻石粉末的散热体，其钻石粉末的粒度具有两峰值，最大峰值为最小峰值5-9倍。
所述的含钻石粉末的散热体，其用于芯片的封装。
所述的含钻石粉末的散热体，其用于导热的封装。
所述的含钻石粉末的散热体，其乃以烧结法制成。
所述的含钻石粉末的散热体，其乃以有机物胶结而成。
为使贵审查员可确实了解本案的发明构造，及其发明目的与功效，以下兹举出一具体实施例，并配合图式详细说明如下：
附图说明
图1是各物质的热传导率。
图2是本发明的剖面图。
附图中：
10--芯片散热材料
20--芯片
30--散热胶
40--散热片
具体实施方式
按，参看图1所示，钻石的热传导系数，为所有材料中最高者，因此，在常温时钻石的传热速率，为金属中传热速率最佳的银或铜的五倍。
由于过去的工业钻石粉末相当昂贵，几乎与黄金等价，因此在使用上较不符合成本，但，近十几年来以高压法制造的工业钻石，制作成本低，因此使其价格每况愈下，生产工业钻石的废料可碾碎成为微粉，其单价更低。除此之外，天然钻石的80％以上都是不能琢磨成宝石的工业钻石，而这些工业钻石生产过剩，屯积数十年还找不到适当的工业用途。
本发明乃将人造或天然廉价钻石废料将之碾碎并筛分，使其粒度(如50微米)适合和金属粉末(如铜或铝)混合，在混合时要尽量提高钻石体积的比率，若钻石和金属的粒度相当，这个比率会接近1/2，如果钻石比金属粉末大(如七倍)，则此比率可以提高至2/3，配合钻石的大小颗粒，金属粉则可以更细，使钻石的体积比高达3/4，钻石的体积比越高，颗粒的接触面积会越大，散热的效果就会更好，另，其选用的钻石粉末粒度具有两峰值，最大峰值为最小峰值的5-9倍。
在实施时，参看图2所示，可将此芯片散热材料10包覆于芯片20之外，加热烧结使其成块，这样就会成为散热最快的封装实体，除此之外，钻石的热膨胀系数远低金属材料，因此，含多量钻石的金属基复合材料其热膨胀系数则相对甚低，如此可与其封装的硅晶匹配(硅晶的热膨胀系数比钻石略高)，如此，封装和硅晶之间的热应力产生极小，使此界面不会分裂。
另，本发明的含钻石粉末的散热体，亦可混入黏胶或其它有机物(如环氧树脂、树脂等)做为散热胶30或散热填充物，这类流质散热胶30可用以黏结散热材料或填补封装乃至芯片内的孔隙。
综上所述，本发明的含钻石粉末的散热体，以钻石混入的复合材料会达到最佳的散热效果，以本发明的含钻石粉末的散热体封装硅晶，可解决目前高功率IC(如CPU)所遇到的散热瓶颈，大幅提高其散热效率。
Claims (11)
1.一种含钻石粉末的散热体，其特征在于，其钻石粉末与非钻石部份比例为1∶3～3∶1。
2.如权利要求1所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其钻石粉末的粒径小于150微米。
3.如权利要求1所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其非钻石的部份含有金属材料。
4.如权利要求3所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其金属含有铜材料或铝材料。
5.如权利要求1或3所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其非钻石的部份含有有机物。
6.如权利要求5所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其有机物为环氧树脂、树脂或压克力胶。
7.如权利要求1所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其钻石粉末的粒度具有两峰值，最大峰值为最小峰值的5-9倍。
8.如权利要求1所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其用于芯片的封装。
9.如权利要求5所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其用于导热的封胶。
10.如权利要求1所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其乃以烧结法制成。
11.如权利要求1所述的含钻石粉末的散热体，其特征在于，其乃以有机物胶结而成。
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