CN2791882Y - 降低接合界面热阻的界面层结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种降低接合界面热阻的界面层结构，其在相同或相异的两种金属材料的接合界面成型有一毛细结构层，并在接合界面辅以适量焊料，升温融化焊料而使接合界面两侧的金属材料结合一体；提高相同或相异的两种金属相接界面的接合结构强度，成为密合性较佳的接合体，从而有效降低界面热阻，提高热传导效能。

Description

降低接合界面热阻的界面层结构

一、技术领域

本实用新型为一种可适用于电子构装设备(如电脑)内的晶片(如CPU、绘图加速晶片等)的散热，且能充份发挥较佳的接合结构强度及热传导效能的降低接合界面热阻的界面层结构。

二、背景技术

近年来，由于高效能晶片的技术发展，使其具有良好的散热效能，不仅有助于设备内部元器件的正常运作而且提高了使用寿命，更有助于电子构装设备的小型化发展，因此，该散热技术领域的从业者，无不积极寻求开发更有效的散热技术结构。

目前被散热科技产业所广为采用的相同或相异两种金属材质(如铜、铝等)的接合结构技术手段，主要概分有下述两种：一为利用正向压力将两者紧搭接合一体，如图1所示，这种手段完成的接合结构，由于两种金属材料101a、101b表面的粗糙度难以有效控制，而且容易造成接合界面难以密接的情况，故常有残留空隙101c(Void)现象，这是此类接合界面的热阻(Thermal Resistance)无法有效降低的主要原因；另一为在接合界面采用焊料将两种金属材料102a、102b接合一体，如图2示，由于焊料102d经热融成液态时，表面张力的作用使其选择聚集在曲率半径较小处，再加上助焊剂在制程中的消耗，使得仅间隙较小处在降温后留有焊料，而其它间隙较大处则形成有大小不一的空隙102c，因此，其接合界面的结构强度及界面热阻的改善有限。

有鉴于上述，如何提供一种能具有较佳的接合界面接合结构强度与热传导效能的接合界面层结构，为本实用新型的设计动机及技术设计重点所在。

本实用新型创作人根据多年的专业学术知识及累积的实践经验，不断苦思、研究及试验改进，进而创作出本实用新型的降低接合界面热阻的界面层结构。

三、实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种降低接合界面热阻的界面层结构，能够有利于使相同或相异的两种金属相接界面获得较佳接合结构强度，成为密合性较佳的接合体，从而有效降低界面热阻，提高热传导效能。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。

本实用新型降低接合界面热阻的界面层结构，其特征在于，在相同或相异的两种金属材料的接合界面成型有一毛细结构层，并在接合界面辅以适量焊料，升温融化焊料而使接合界面两侧的金属材料结合一体。

前述的降低接合界面热阻的界面层结构，其中毛细结构层的成型结构，至少包括有通过喷砂、刮痕、切割、滚压、热压等加工手段，直接在金属材料的接合表面成型规则状或不规则状的交错或非交错的微沟槽的毛细结构层。

前述的降低接合界面热阻的界面层结构，其中毛细结构层直接分别成型在接合界面两侧的金属材料接合表面，或仅成型在接合界面一侧的金属材料接合表面。

前述的降低接合界面热阻的界面层结构，其中毛细结构层的成型结构，包括在两种金属材料接合表面间置入一层适量的金属粉末或金属网栅的第三金属材料件，该层金属粉末或金属网栅通过烧结或熔接方式先结合在其中一金属材料的接合表面上，或同时与两种金属材料的接合表面结合一体，成型为两种金属材料的接合界面所需的毛细结构层。

前述的降低接合界面热阻的界面层结构，其中焊料为锡铅系列焊料，或锡/银/铜无铅系列焊料。

前述的降低接合界面热阻的界面层结构，其中焊料在毛细结构成型后而填置在毛细结构的空隙，并通过升温过程融化，使接合界面两侧结合一体。

前述的降低接合界面热阻的界面层结构，其中相同或相异的两种金属材料的接合界面，为平面式接合界面、或具有曲率的接合界面、或矩形接合界面。

本实用新型降低接合界面热阻的界面层结构的有益效果是，主要在相同或相异的两种金属材料的接合界面成型有一毛细结构层，并在接合界面辅以适量焊料，再通过升温融化焊料，将接合界面两侧的金属材料结合一体；由于毛细结构可提高升温后的液态焊料在金属上的湿润性(Wettability)，促进液态焊料在界面中的流动与分布，因此，降温后的界面接合结构强度及密合性均能达到一较佳状态，且界面热阻可因而降低，从而使热传导效能得到充份发挥。上述本实用新型的毛细结构层，至少包括有：利用喷砂、刮痕、切割、滚压、热压等加上手段，直接在金属材料的接合表面成型规则状或不规则状的交错或非交错的微沟槽毛细结构层；或在两种金属材料接合表面间置入金属粉末或金属网栅的第三金属材料件，该金属粉末或金属网栅可利用烧结或熔接方式先结合在其中一种金属材料的接合表面上，或同时与两种金属材料的接合表面结合一体，以在两种金属材料的接合界面成型所需的毛细结构层。

四、附图说明

图1为一种现有接合界面局部结构剖面示意图。

图2为另一种现有接合界面局部结构剖面示意图。

图3为本实用新型毛细结构成型在接合界面两侧金属接合表面的剖面示意图。

图4为本实用新型毛细结构成型在接合界面一侧金属接合表面的剖面示意图。

图5为本实用新型利用切割、滚压、冲压、热压方式在接合界面一侧金属接合表面形成规则状微沟槽的毛细结构的剖面示意图。

图6为本实用新型利用滚压、冲压、热压方式在金属接合表面形成规则连通状微沟槽的毛细结构的俯视图。

图7为本实用新型利用切割、滚压、冲压、热压方式在金属接合表面形成规则线性交错状微沟槽的毛细结构的俯视图。

图8为本实用新型利用滚压、冲压、热压方式在金属接合表面形成重复图案状微沟槽的毛细结构的俯视图。

图9为本实用新型采用金属粉末加工成毛细结构的局部结构剖面示意图。

图10为本实用新型采用金属网栅加工成毛细结构的局部结构剖面示意图。

图11为本实用新型接合界面具有曲率的局部结构剖面示意图。

图12为本实用新型应用在散热模组的实施状态图。

图13为本实用新型应用在散热模组的实施状态图。

图14为本实用新型应用在散热模组的实施状态图。

图种主要标号说明

现有技术部分：101a金属材料、101b金属材料、101c空隙、102a金属材料、102b金属材料、102c空隙、102d焊料；

本实用新型部分：201a金属材料、201b金属材料、201c毛细结构层、201d焊料、202a金属材料、202b金属材料、202c毛细结构层、203a金属材料、203b金属材料、203c微沟槽、204a微沟槽、204b加工表面、205a微沟槽、205b加工表面、206a微沟槽206b加工表面、207a金属材料、207b金属材料、207c金属粉末、207d焊料、208a金属材料、208b金属材料、208c金属网栅、208d焊料、209a金属材料、209b金属材料、209c金属毛细结构层、209d焊料、301a散热鳍片、301b热管、302a热沉底座上层、302b热沉底座下层、302c热管、303a热沉、303b平板形热管、303c热管。

五、具体实施方式

本实用新型的技术特点及功效，通过下述图示内容及实施例进行详细说明。

实施例1：

参阅图3所示，本实用新型的一种降低接合界面热阻的界面层结构，是在相同或相异材质的两种金属材料201a、201b的接合界面成型有一毛细结构层201c，并在接合界面辅以适量焊料201d，再利用升温融化焊料201d，将接合界面两侧的金属材料201a、201b结合一体而成；其中：该毛细结构层201c，可直接分别成型在两种金属材料201a、201b的接合表面上；或如图4所示，将毛细结构层202c直接成型在两种金属材料202a、202b其中之一的接合表面上；如上述的毛细结构层201c、202c的成型技术，可采用以喷砂加工方式，以在加工表面作出如图3、4所示的不规则分布状的微孔与微凸点错列(雾状)毛细结构；或采用以刮痕加工方式，如利用砂纸、砂轮、金属刷等工具，在加工表面作出交错或非交错的微沟槽状毛细结构；或采用以切割加工方式，如图5所示，利用不同的刀具在两种金属材料203a、203b的加工表面作出不同程度深浅的微沟槽203c状毛细结构，此一方式不同于刮痕加工处，如图7所示，其能有利于微沟槽205a在加工表面205b上呈现同方向交错状的规则或不规则排列形状；或采用以滚压、冲压、热压加工方式，此一方式如图6、7、8所示，能够有利于运用模具在加工表面204b、205b、206b上，快速作出需求的规则排列、图案重覆的交错状或非交错状微沟槽204a、205a、206a的毛细结构；另配合图3所示，该填入在两种金属接合界面空隙的焊料201d，可为一般的锡/铅系列，也可采用无铅系列(如锡/银/铜)。

承上述本实用新型降低接合界面热阻的界面层结构，由于毛细结构可提高升温后的液态焊料在金属材料上的湿润性(Wettability)，促进液态焊料在界面中的流动与分布，因此，降温后的界面接合结构强度与密合性均能达到一较佳状态，使界面热阻可因而降至最低，两种金属间的热传导效能可以发挥极至；特别是，当构成毛细结构的微沟槽呈较密集交错状时，将更有助于熔融焊料的均匀分布。

实施例2：

本实用新型的一种降低接合界面热阻的界面层结构，是在相同或相异材质的两种金属材料的接合界面成型有一毛细结构层，并在接合界面辅以适量焊料，再利用升温融化焊料，将接合界面两侧的金属材料结合一体而成；其中：配合图9所示，该毛细结构层可利用在两种金属材料207a、207b的接合表面间置入一层适量的金属粉末207c，或如图10所示，在两重金属材料208a、208b的接合表面间置入金属网栅208c的第三金属材料件，并使前述的金属粉末207c或金属网栅208c利用烧结或熔接方式，先结合在其中一金属材料207a、208a(或207b、208b)的接合表面上，或同时与两种金属材料207a、207b(208a、208b)的接合表面结合一体，以在两种金属材料的接合界面成型所需的毛细结构层；再者，如图9、10所示，该填入在两种金属材料接合界面空隙的焊料207d、208d，可为一般的锡/铅系列，也可采用无铅系列(如锡/银/铜)。

承上述本实用新型降低接合界面热阻的界面层结构，该用于成型毛细结构层的金属粉末207c或金属网栅208c，较佳的是由具有良好热传率的金属材质所制成，据此成型的毛细结构，能达到与上述实施例1直接成型在金属材料接合表面的毛细结构层相同的实施功效。

由上述实施例说明，可知本实用新型所提供的降低接合界面热阻的界面层结构设计，确实能达到预期的较佳界面接合结构强度与密合性的实施效果，能适用于电子构装设备的热传应用，其中以电脑内的晶片散热模组的应用，尤其适用；下面进一步提供实际实施状态的图例说明如下：

(a)请配合图12所示，为散热鳍片301a与热管301b间的接合界面应用状态；其中，两者组合时有面积甚大的接合界面，即可应用本实用新型所主张的技术结构。

(b)请配合图13所示，为热管与热沉(HeatSink)底座间的接合界面应用状态；其中，该构成热沉(HeatSink)底座的上、下层金属302a、302b及包覆其中的热管302c，三者之间的接合界面即可应用本实用新型所主张的技术结构。

(c)请配合图14所示，为平板型热管(或回路式热管的蒸发室)与含有散热鳍片的热沉间的接合界面应用状态；其中该平板形热管303b与热沉303a间的接合界面，及平板形热管的平板部与其热管303c的接合界面，即可应用本实用新型所主张的技术结构。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。例如，将本实用新型实施例图示中的平面式接合界面形状，改为如图11所示的两种金属材料209a、209b的曲率接合界面形状(或其它诸如波浪形、矩形209c，而空隙处填入焊料209d者，都为本实用新型申请专利范围所主张的实施范围。)

综上所述，可见本实用新型降低接合界面热阻的界面层结构，不仅能供现今产业据以实施利用，且确实能够达到较现有不具有毛细结构的技术形状更具有强化接合结构及密合性的实施效果；又据本实用新型创作人所知，本项创作的主要技术内容，也未曾见有在申请前的相同技术领域的公开或使用，完全符合新颖性、创造性与实用性的实用新型要件，依法提出申请。

Claims (7)

1、一种降低接合界面热阻的界面层结构，其特征在于，在相同或相异的两种金属材料的接合界面成型有一毛细结构层，接合界面两侧的金属材料结合一体。

2、依据权利要求1所述的降低接合界面热阻的界面层结构，其特征在于，所述毛细结构层的成型结构是直接在金属材料的接合表面成型微沟槽的毛细结构层。

3、依据权利要求1或2所述的降低接合界面热阻的界面层结构，其特征在于，所述毛细结构层直接分别成型在接合界面两侧的金属材料接合表面，或仅成型在接合界面一侧的金属材料接合表面。

4、依据权利要求1所述的降低接合界面热阻的界面层结构，其特征在于，所述毛细结构层的成型结构，包括在两种金属材料接合表面间置入一层金属粉末或金属网栅的第三金属材料件，该层金属粉末或金属网栅结合在其中一金属材料的接合表面上，或同时与两种金属材料的接合表面结合一体，成型为两种金属材料的接合界面所需的毛细结构层。

5、依据权利要求1所述的降低接合界面热阻的界面层结构，其特征在于，所述焊料为锡铅系列焊料，或无铅系列焊料。

6、依据权利要求1所述的降低接合界面热阻的界面层结构，其特征在于，所述焊料在毛细结构成型后而填置在毛细结构的空隙，使接合界面两侧结合一体。

7、依据权利要求1所述的降低接合界面热阻的界面层结构，其特征在于，所述相同或相异的两种金属材料的接合界面，为平面式接合界面、或具有曲率的接合界面、或矩形接合界面。

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