TW202403258A - 調溫單元及接合構件 - Google Patents

調溫單元及接合構件 Download PDF

Info

Publication number
TW202403258A
TW202403258A TW112110741A TW112110741A TW202403258A TW 202403258 A TW202403258 A TW 202403258A TW 112110741 A TW112110741 A TW 112110741A TW 112110741 A TW112110741 A TW 112110741A TW 202403258 A TW202403258 A TW 202403258A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
rod
base material
shaped member
joining member
temperature control
Prior art date
Application number
TW112110741A
Other languages
English (en)
Inventor
森内英輝
Original Assignee
日商巴川製紙所股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商巴川製紙所股份有限公司 filed Critical 日商巴川製紙所股份有限公司
Publication of TW202403258A publication Critical patent/TW202403258A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

調溫單元(10)係具備傳熱部(例如棒狀構件(40))、基材(20)以及用來將傳熱部安裝於基材之接合構件(30)。接合構件(30)係由一次粒徑小於100nm的複數個金屬粒子(例如銀粒子(30b))、以及金屬熔融體(30a)所構成，金屬粒子所佔的面積相對於接合構件(30)所佔的面積之比率的大小在0.5至0.9的範圍內。

Description

調溫單元及接合構件
本發明係關於調溫單元及接合構件。
一直以來，在電氣機器、電子機器及半導體機器等，係採用調溫單元來保護對發熱敏感的電路等。更詳言之，當電氣機器等所使用的電量變多時，發熱量也會變多，因此利用調溫單元來冷卻所產生的熱，以調整電氣機器等的內部的溫度。以調溫單元的一例而言，已知的有將複數個棒狀構件以相互隔著間隔而平行延伸的型態安裝於平板狀的基材而形成者。
以將複數個棒狀構件安裝於基材之際所使用的接合構件而言，已知的有例如專利文獻1、2等所揭示者。日本專利公開公報的特開平10-106722號公報(JPH10-106722A)中揭示一種以漿料(paste)狀的接合用銀導體接合多孔質體與其他的材料之技術。另外，日本專利公開公報的特開2003-240473號公報(JP2003-240473A)中揭示有一種將金屬多孔質構件與金屬平板良好地接合，使熱交換效率大幅提升之熱交換器。
[發明所欲解決之課題]
以往的接合構件，一般是由金屬粒子熔融後固著而形成的金屬熔融體所構成。然而，使用如此的接合構件將傳熱部安裝於基材的情況，在基材因熱而膨脹或收縮的情況，會有接合構件無法追隨基材的膨脹、收縮而對應，以致發生翹起、剝離、破裂等之虞。
本發明係考慮此點而完成者，其目的在提供接合構件可追隨基材的膨脹、收縮而對應，而且可在基材與傳熱部之間保持充足的強度及得到充足的熱傳導性之調溫單元及接合構件。
本發明之調溫單元係具備：
傳熱部；
基材；以及
接合構件，係用來將前述傳熱部安裝於前述基材；且
前述接合構件係由一次粒徑小於100nm的複數個金屬粒子、以及金屬熔融體所構成；
在前述接合構件的剖面中，前述金屬粒子所佔的面積相對於前述接合構件所佔的面積之比率的大小在0.5至0.9的範圍內。
本發明之調溫單元中，
在前述接合構件的剖面中，前述金屬粒子所佔的面積相對於前述接合構件所佔的面積之比率的大小可在0.55至0.85的範圍內。
本發明之調溫單元中，
在前述傳熱部安裝於前述基材的部位的剖面中，前述接合構件安裝於前述基材的部位的長度相對於前述基材的表面的長度之比率可為0.25以上。
本發明之調溫單元中，
前述接合構件的材料可包含銀或銀的合金。
本發明之調溫單元中，
前述傳熱部可具有包含金屬纖維構造體之棒狀構件、或板狀構件。
本發明之調溫單元中，
前述基材可包含金屬、玻璃或陶瓷。
本發明之接合構件係用來將傳熱部安裝於基材，其中，該接合構件係由一次粒徑小於100nm的複數個金屬粒子、以及金屬熔融體所構成；
在前述接合構件的剖面中，前述金屬粒子所佔的面積相對於前述接合構件所佔的面積之比率的大小在0.5至0.9的範圍內。
本發明之接合構件中，
在前述接合構件的剖面中，前述金屬粒子所佔的面積相對於前述接合構件所佔的面積之比率的大小可在0.55至0.85的範圍內。
10:調溫單元
12:流體入口部
14:流體出口部
16:內部區域
20:基材
20a:表面
20a':範圍
20b:熔射層
20c:金屬板
20m:連接構件
20p,20q:開口
22:第一側壁構件
24:第二側壁構件
30:接合構件
30a:金屬熔融體
30b:銀粒子
40:棒狀構件
圖1係顯示本發明的實施型態的調溫單元的構成之正面圖。
圖2係圖1所示的調溫單元的從A-A箭號方向所見的剖面圖。
圖3係顯示圖1所示的調溫單元中的棒狀構件(傳熱部)與基材的接合部位的第一例之概略構成圖。
圖4係顯示圖1所示的調溫單元中的棒狀構件(傳熱部)與基材的接合部位的第二例之概略構成圖。
圖5係顯示圖1所示的調溫單元中的棒狀構件(傳熱部)與基材的接合部位的第三例之概略構成圖。
圖6係顯示圖1所示的調溫單元中的棒狀構件(傳熱部)與基材的接合部位的第四例之概略構成圖。
圖7係概略地顯示圖1所示的調溫單元中的棒狀構件(傳熱部)及連接構件的構成之概略構成圖。
圖8係顯示圖1所示的調溫單元中的第一側壁構件的構成之構成圖。
圖9係放大顯示本發明的實施型態的接合構件及基材之圖。
圖10係顯示構成本發明的實施型態的接合構件之金屬粒子之圖。
圖11係放大顯示主要由金屬熔融體所構成的接合構件及基材之圖。
以下，參照圖式來說明本發明的實施型態。圖1至圖10係顯示本發明的實施型態的調溫單元及接合構件之圖。其中，圖1係顯示本發明的實施型態的調溫單元的構成之正面圖，圖2係圖1所示的調溫單元的從A-A箭號方向所見的剖面圖。另外，圖3至圖6係顯示圖1所示的調溫單元中的棒狀構件(傳熱部)與基材的接合部位的第一至第四例之概略構成圖。另外，圖7係顯示圖1所示的調溫單元中的棒狀構件(傳熱部)及連接構件的構成之構成圖，圖8係顯示圖1所示的調溫單元中的第一側壁構件的構成之構成圖。另外，圖9係放大顯示本實施型態的接合構件及基材之圖，圖10係顯示構成本實施型態的接合構件之金屬粒子之圖。再者，圖11係放大顯示主要由金屬熔融體所構成的接合構件及基材之圖。
如圖1及圖2所示，本實施型態之調溫單元10為大致長方體形狀者，且具有一對平板狀的基材20、一對平板狀的第一側壁構件22以及一對平板狀的第二側壁構件24，並且，在該等一對基材20、一對第一側壁構件22及一對第二側壁構件24之間形成內部區域16，流體可在該內部區域16流動。圖8係顯示第一側壁構件22的構成之構成圖。另外，在一對基材20之中的一方的基材20分別形成有流體入口部12及流體出口部14，且在該基材20分別形成有供要從流體入口部12輸送到內部區域16的流體通過之開口20p及供要從內部區域16輸送到流體出口部14的流體通過之開口20q。另外，在一對基材20之間配置有複數個棒狀構件40作為傳熱部，複數個棒狀構件40係配置成相互平行延伸。各棒狀構件40為圓柱形狀，在圖2所示的調溫單元10的剖面中，各棒狀構件40係配置成位於格子的交點。從流體入口部12經由開口20p而流入調溫單元10的內部區域16之流體係在內部區域16內往圖1及圖2中的右方向流動，經由開口20q而輸送到流體出口部14。在內部區域16的內部流動之流體係包含例如水、空氣、防凍液、有機溶劑、氟系溶媒(例如Fluorinert、Freon)等。
各基材20係包含例如金屬、玻璃或陶瓷。舉例來說，金屬可列舉例如不銹鋼、銅、鎳、鋁或包含至少一種該等金屬之合金。另外，玻璃可列舉例如石英玻璃、鈉玻璃(soda glass)、含有任意的金屬氧化物之玻璃。另外，陶瓷可列舉例如氧化鋁(alumina)陶瓷、氧化鎂(magnesia)陶瓷、氧化鋯(zirconia)陶瓷、氮化鋁(AlN)陶瓷、碳化矽(SiC)陶瓷、氮化矽(SiN)陶瓷或該等陶瓷的多孔陶瓷(porous ceramic)。
在調溫單元10的基材20的外表面安裝有加熱器(未圖示)，利用從加熱器經由基材20而傳遞到各棒狀構件40的熱對於在內部區域16流動的流體進 行加熱。此處，由隔著間隔而相互平行延伸的複數個棒狀構件40及連接各棒狀構件40之連接構件20m(參照圖3至圖6)構成梯子形狀的構造體，本實施型態之調溫單元10係藉由將該梯子形狀的構造體相組合而形成。圖7係概略地顯示由複數個棒狀構件40及連接各棒狀構件40之連接構件20m所構成的梯子形狀的構造體之概略構成圖。並且，各基材20係由複數個梯子形狀的構造體的各連接構件20m相組合而成者。
各棒狀構件40係包含由銅纖維等金屬纖維所形成的金屬纖維構造體。如此的金屬纖維可採用金屬被覆纖維。另外，金屬纖維構造體亦可為在採用濕式或乾式製法形成為不織布、織布及網狀物(mesh)等之後，再加工為金屬纖維構造體所形成者。較佳者為，使用將金屬纖維堆積後結合而成的金屬纖維構造體作為該金屬纖維構造體。所謂的「金屬纖維結合」，指的是使金屬纖維彼此物理性地固定，形成結合部之意。金屬纖維構造體可為金屬纖維彼此利用結合部而直接地固定，亦可為金屬纖維的一部分彼此經由金屬成分以外的成分而間接地固定。
在棒狀構件40中，金屬纖維構造體由金屬纖維所形成，因此在金屬纖維構造體的內部會有空隙存在。因而，在內部區域16流動之流體可通過棒狀構件40的金屬纖維構造體的內部，容易提高對於流體的熱交換性。另外，金屬纖維構造體中，在金屬纖維結合的情況，會更容易在構成金屬纖維構造體之金屬纖維之間形成空隙。如此的空隙可藉由例如金屬纖維的纏結而形成。另外，金屬纖維構造體係以使金屬纖維在結合部燒結者較佳。藉由使金屬纖維燒結，容易使金屬纖維構造體的熱傳導性及均質性變得穩定。
再者，圖2中，棒狀構件40係顯示為剖面為圓形者，但本實施型態並不限定於棒狀構件40的剖面為圓形。棒狀構件40的剖面形狀亦可為梯形形狀、三角形形狀、半圓形狀或山形形狀。另外，在複數個棒狀構件40之間形成流體的流路之際，亦可配置複數個梳狀的構造體，以使得該流路沿著流體所流動的方向而蛇形行進。此時，因為流體會沿著流路而以蛇形行進的方式流動，所以在流路流動之流體的熱交換面積會增大，隨之使得壓力損失適度地變大而可增長流體在流路內的滯留時間，所以可提高傳熱效果。
另外，亦可採用不具有空隙之板狀或棒狀物作為傳熱部。以如此的不具有空隙之板狀或棒狀的傳熱部的素材而言，舉例來說為金屬，具體而言為例如不銹鋼、銅、鎳、鋁或包含至少一種該等金屬之合金。
接著，針對利用接合構件30將棒狀構件40安裝於基材20(具體而言為構成基材20之各連接構件20m)的方法進行進行說明。以利用接合構件30將棒狀構件40安裝於連接構件20m之方法而言，有圖3至圖6所示的各種方法。如圖3所示，亦可使接合構件30附著於連接構件20m的上表面，並使棒狀構件40附著於該接合構件30的上表面。另外，如圖4所示，亦可在連接構件20m形成凹部，並使接合構件30收容於該凹部，且使棒狀構件40附著於收容於凹部之接合構件30之上表面。另外，如圖5所示，亦可在連接構件20m形成凹部，並使接合構件30收容於該凹部，且將棒狀構件40埋入收容於凹部之接合構件30。另外，如圖6所示，亦可將棒狀構件40配置於連接構件20m的表面，並在連接構件20m與棒狀構件40的接觸部位之附近的棒狀構件40配置接合構件30，藉此將棒狀構件40接合於連接構件20m。
接合構件30係具有包含有奈米銀粒子的漿料。更詳言之，如圖9所示，接合構件30係由一次粒徑小於100nm的複數個銀粒子30b、以及藉由使銀粒子30b熔融後固著而形成的金屬熔融體30a所構成。圖10係放大顯示圖9所示的複數個銀粒子30b之圖。再者，銀粒子30b的一次粒徑係在SEM照片上以粒子的長徑及短徑的平均值作為粒徑，並算出取樣粒子數n=100的平均值而得者。此處，本實施型態中，在接合構件30的剖面中，銀粒子30b所佔的面積b相對於金屬熔融體30a所佔的面積a及銀粒子30b所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c(亦即b/(a+b)的值)的大小在0.5至0.9的範圍內，較佳為在0.55至0.85的範圍內。此處，如此的比率c，係在棒狀構件40安裝於基材20(具體而言係連接構件20m)的部位之附近的剖面中，根據從基材20的表面20a算起預定的距離(例如1μm)的範圍(圖9中以參考符號20a'表示)內的區域當中的金屬熔融體30a所佔的面積a及銀粒子30b所佔的面積b而算出。本實施型態中，接合構件30為金屬熔融體30a及銀粒子30b的混合物，因此即使在基材20因為安裝於基材20的加熱器的熱而膨脹的情況，也會因為接合構件30中含有銀粒子30b而使得接合構件30可追隨基材20的膨脹而對應，因此而抑制接合構件30發生翹起、剝離、破裂等。另外，因為接合構件30中含有金屬熔融體30a，所以可將棒狀構件40牢固地接合於基材20，而且可得到從基材20到棒狀構件40之充足的傳熱性。
在接合構件30中之比率c小於0.5的情況，接合構件30中含有的銀粒子30b太少，因此在基材20因為安裝於基材20的加熱器的熱而膨脹的情況，會有接合構件30無法追隨基材20的膨脹而對應，以致發生翹起、剝離、破裂等之虞。另外，在接合構件30中之比率c大於0.9的情況，接合構件30中含有的金屬熔融體30a太少，因此會有無法將棒狀構件40牢固地接合於基材20，而且無法得到從基 材20到棒狀構件40之充足的傳熱性之問題。相對於此，在接合構件30中之比率c的大小在0.5至0.9的範圍內之情況，可抑制該等問題之發生。
另外，較佳為，在棒狀構件40安裝於基材20的部位的剖面中，接合構件30安裝於基材20的部位的長度相對於基材20的表面20a的長度之比率d為0.25以上，較佳為0.5以上。如圖9所示的接合構件30中，比率d大約為0.7的程度。另一方面，如圖11所示，也會有接合構件30並非很好地附著於基材20的表面，使得比率d小於0.25的情況。更詳言之，在圖11中，基材20係由金屬板20c及利用鍍覆等在該金屬板20c的表面進行熔射而成之熔射層20b所構成，接合構件30安裝於熔射層20b的部位(圖11中以參考符號30c表示)的長度相對於熔射層20b的表面的長度之比率係小於0.25。在如此之比率d小於0.25的情況，接合構件30會容易從基材20剝離，因此，在例如基材20的伸縮時，會有接合構件30從基材20剝離，致使棒狀構件40與基材20分離而使得熱傳導性大幅降低之虞。
接著，針對利用如此的構成的接合構件30將棒狀構件40接合於連接構件20m之方法進行說明。首先，如圖3至圖6所示，在連接構件20m與棒狀構件40之間塗佈奈米銀漿料，接著在連接構件20m與棒狀構件40之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子的一部分燒結。以在連接構件20m與棒狀構件40之間施加溫度差的方法而言，例如，利用帕耳帖元件(Peltier element)來冷卻連接構件20m，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件40接觸，利用經由棒狀構件40所進行的熱傳導來使銀粒子的一部分燒結。熱梯度的條件係依銀粒子的粒徑、材料的熔點而異，但在使用以動態光散射法測得的平均粒徑(流體力學的粒徑)為10nm的銀粒子之情況，在例如將棒狀構件40的前端溫度設為250至300℃時，係將連接構件 20m與棒狀構件40的接合部位的溫度調整為150至200℃，且在氮氣環境下進行30至120分鐘的加熱，可在該接合部位將奈米粒子燒結而得到奈米粒子構造體。
根據如上述的構成的本實施型態的調溫單元10及接合構件30，接合構件30係由一次粒徑小於100nm的複數個金屬粒子(具體而言為銀粒子30b)、以及金屬熔融體30a所構成，且金屬粒子所佔的面積相對於接合構件30所佔的面積之比率的大小在0.5至0.9的範圍內，因此不僅接合構件30可追隨基材20的膨脹、收縮而對應，而且可在基材20與傳熱部(具體而言為棒狀構件40)之間保持充足的強度及得到充足的熱傳導性。再者，較佳為，金屬粒子(具體而言為銀粒子30b)所佔的面積相對於接合構件30所佔的面積之比率的大小在0.55至0.85的範圍內。此時，可更進一步使接合構件30追隨基材20的膨脹、收縮而對應，而且可在基材20與傳熱部之間保持充足的強度及得到充足的熱傳導性。
另外，在本實施型態的調溫單元10及接合構件30中，在傳熱部(具體而言為棒狀構件40)安裝於基材20的部位的剖面中，接合構件30安裝於基材20的部位的長度相對於基材20的表面的長度之比率較佳為0.25以上。此時，即使在例如基材20膨脹、收縮的情況，也可抑制接合構件30從基材20剝離，因此可在基材20與傳熱部之間保持充足的強度及得到充足的熱傳導性。
另外，在本實施型態的調溫單元10及接合構件30中，接合構件30的材料係包含銀。再者，接合構件30的材料並不限定於銀。以接合構件30之其他的材料而言，亦可採用銀的合金。另外，以接合構件30之進一步之其他的材料而言，亦可採用銅、鎳等。
另外，在本實施型態的調溫單元10中，傳熱部(具體而言為棒狀構件40)係包含金屬纖維構造體。此時，在調溫單元10的內部流動的流體可通過傳 熱部的金屬纖維構造體的內部。因此，容易提高對於流體的熱交換性。另外，亦可採用板狀構件來作為傳熱部。
另外，在本實施型態的調溫單元10中，基材20係包含金屬、玻璃或陶瓷。此時，即使在例如基材20因為安裝於基材20的加熱器而膨脹的情況，也因為接合構件30為上述的構成，使得接合構件30可追隨基材20的膨脹而對應，藉此抑制接合構件30發生翹起、剝離、破裂等。
再者，本實施型態之調溫單元並不限定於上述的態樣。以下說明本實施型態之調溫單元的其他各種例子。
例如，上述的比率c並不限定於如下方式算出者：在棒狀構件40安裝於基材20的部位之附近的剖面中，根據從基材20的表面20a算起預定的距離(例如1μm)的範圍(圖9中以參考符號20a'表示)內的區域當中的金屬熔融體30a所佔的面積a及銀粒子30b所佔的面積b而算出。以另一個例子而言，亦可根據接合構件30的剖面的整個區域當中的金屬熔融體30a所佔的面積a及銀粒子30b所佔的面積b而算出。
[實施例]
以下，利用實施例及比較例來更詳細說明本發明。
<第一實施例>
製作出如圖1及圖2所示的形狀的調溫單元。值此之際，如圖3所示，使接合構件附著於連接構件的上表面，並使棒狀構件附著於該接合構件的上表面。並且，由隔著間隔而相互平行延伸的複數個棒狀構件及連接各棒狀構件之一根連接構件構成梳狀的構造體，藉由將該梳狀的構造體相組合而製造出調溫單元。值此之際，安裝了棒狀構件之基材的面積為100cm2。另外，各棒狀構件係包含由銅 纖維所構成的金屬纖維構造體，且銅纖維的佔積率為51%。另外，在利用接合構件將棒狀構件接合至連接構件時，係在連接構件與棒狀構件之間塗佈粒徑為6nm的奈米銀漿料，接著在連接構件與棒狀構件之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子的一部分燒結。具體而言，係利用帕耳帖元件來冷卻連接構件，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件接觸，將棒狀構件的前端溫度設為271℃，將棒狀構件與連接構件的接合部位的溫度設為165℃，並維持60分鐘，利用經由棒狀構件所進行的熱傳導使銀粒子的一部分燒結。第一實施例之調溫單元中，在棒狀構件安裝於基材的部位之附近的剖面中，從基材的表面算起1μm的範圍內的區域當中的銀粒子所佔的面積b相對於金屬熔融體所佔的面積a及銀粒子所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c為79%。另外，在棒狀構件安裝於基材的部位的剖面中，接合構件安裝於基材的部位的長度相對於基材的表面的長度之比率d為89%。
<第二實施例>
以與第一實施例一樣的方法製作出調溫單元。值此之際，安裝了棒狀構件之基材的面積為100cm2。另外，各棒狀構件係包含由銅纖維所構成的金屬纖維構造體，且銅纖維的佔積率為50%。另外，在利用接合構件將棒狀構件接合至連接構件時，係在連接構件與棒狀構件之間塗佈粒徑為6nm的奈米銀漿料，接著在連接構件與棒狀構件之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子的一部分燒結。具體而言，係利用帕耳帖元件來冷卻連接構件，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件接觸，將棒狀構件的前端溫度設為271℃，將棒狀構件與連接構件的接合部位的溫度設為165℃，並維持60分鐘，利用經由棒狀構件所進行的熱傳導使銀粒子的一部分燒結。第二實施例之調溫單元中，在棒狀構件安裝於基材的部位之附近的剖面中，從基材的表面算起1μm的範圍內的區域當中的銀粒子所佔的面積b相 對於金屬熔融體所佔的面積a及銀粒子所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c為80%。另外，在棒狀構件安裝於基材的部位的剖面中，接合構件安裝於基材的部位的長度相對於基材的表面的長度之比率d為31%。
<第三實施例>
以與第一實施例一樣的方法製作出調溫單元。值此之際，安裝了棒狀構件之基材的面積為100cm2。另外，各棒狀構件係包含由銅纖維所構成的金屬纖維構造體，且銅纖維的佔積率為52%。另外，在利用接合構件將棒狀構件接合至連接構件時，係在連接構件與棒狀構件之間塗佈粒徑為6nm的奈米銀漿料，接著在連接構件與棒狀構件之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子的一部分燒結。具體而言，係利用帕耳帖元件來冷卻連接構件，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件接觸，將棒狀構件的前端溫度設為271℃，將棒狀構件與連接構件的接合部位的溫度設為165℃，並維持60分鐘，利用經由棒狀構件所進行的熱傳導使銀粒子的一部分燒結。第三實施例之調溫單元中，在棒狀構件安裝於基材的部位之附近的剖面中，從基材的表面算起1μm的範圍內的區域當中的銀粒子所佔的面積b相對於金屬熔融體所佔的面積a及銀粒子所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c為51%。另外，在棒狀構件安裝於基材的部位的剖面中，接合構件安裝於基材的部位的長度相對於基材的表面的長度之比率d為92%。
<第四實施例>
以與第一實施例一樣的方法製作出調溫單元。值此之際，安裝了棒狀構件之基材的面積為100cm2。另外，各棒狀構件係包含由銅纖維所構成的金屬纖維構造體，且銅纖維的佔積率為51%。另外，在利用接合構件將棒狀構件接合至連接構件時，係在連接構件與棒狀構件之間塗佈粒徑為6nm的奈米銀漿料，接著在連接 構件與棒狀構件之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子的一部分燒結。具體而言，係利用帕耳帖元件來冷卻連接構件，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件接觸，將棒狀構件的前端溫度設為271℃，將棒狀構件與連接構件的接合部位的溫度設為165℃，並維持60分鐘，利用經由棒狀構件所進行的熱傳導使銀粒子的一部分燒結。第四實施例之調溫單元中，在棒狀構件安裝於基材的部位之附近的剖面中，從基材的表面算起1μm的範圍內的區域當中的銀粒子所佔的面積b相對於金屬熔融體所佔的面積a及銀粒子所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c為53%。另外，在棒狀構件安裝於基材的部位的剖面中，接合構件安裝於基材的部位的長度相對於基材的表面的長度之比率d為29%。
<第一比較例>
以與第一實施例一樣的方法製作出調溫單元。值此之際，安裝了棒狀構件之基材的面積為100cm2。另外，各棒狀構件係包含由銅纖維所構成的金屬纖維構造體，且銅纖維的佔積率為52%。另外，在利用接合構件將棒狀構件接合至連接構件時，係在連接構件與棒狀構件之間塗佈粒徑為6nm的奈米銀漿料，接著在連接構件與棒狀構件之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子的一部分燒結。具體而言，係利用帕耳帖元件來冷卻連接構件，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件接觸，將棒狀構件的前端溫度設為271℃，將棒狀構件與連接構件的接合部位的溫度設為165℃，並維持60分鐘，利用經由棒狀構件所進行的熱傳導使銀粒子的一部分燒結。第一比較例之調溫單元中，在棒狀構件安裝於基材的部位之附近的剖面中，從基材的表面算起1μm的範圍內的區域當中的銀粒子所佔的面積b相對於金屬熔融體所佔的面積a及銀粒子所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c 為47%。另外，在棒狀構件安裝於基材的部位的剖面中，接合構件安裝於基材的部位的長度相對於基材的表面的長度之比率d為90%。
<第二比較例>
以與第一實施例一樣的方法製作出調溫單元。值此之際，安裝了棒狀構件之基材的面積為100cm2。另外，各棒狀構件係包含由銅纖維所構成的金屬纖維構造體，且銅纖維的佔積率為52%。另外，在利用接合構件將棒狀構件接合至連接構件時，係在連接構件與棒狀構件之間塗佈粒徑為6nm的奈米銀漿料，接著在連接構件與棒狀構件之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子的一部分燒結。具體而言，係利用帕耳帖元件來冷卻連接構件，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件接觸，將棒狀構件的前端溫度設為271℃，將棒狀構件與連接構件的接合部位的溫度設為165℃，並維持60分鐘，利用經由棒狀構件所進行的熱傳導使銀粒子的一部分燒結。第二比較例之調溫單元中，在棒狀構件安裝於基材的部位之附近的剖面中，從基材的表面算起1μm的範圍內的區域當中的銀粒子所佔的面積b相對於金屬熔融體所佔的面積a及銀粒子所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c為46%。另外，在棒狀構件安裝於基材的部位的剖面中，接合構件安裝於基材的部位的長度相對於基材的表面的長度之比率d為21%。
<第三比較例>
以與第一實施例一樣的方法製作出調溫單元。值此之際，安裝了棒狀構件之基材的面積為100cm2。另外，各棒狀構件係包含由銅纖維所構成的金屬纖維構造體，且銅纖維的佔積率為51%。另外，在利用接合構件將棒狀構件接合至連接構件時，係在連接構件與棒狀構件之間塗佈粒徑為6nm的奈米銀漿料，接著在連接構件與棒狀構件之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子全部燒結。具 體而言，係利用帕耳帖元件來冷卻連接構件，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件接觸，將棒狀構件的前端溫度設為271℃，將棒狀構件與連接構件的接合部位的溫度設為165℃，並維持60分鐘，利用經由棒狀構件所進行的熱傳導使銀粒子全部燒結。第三比較例之調溫單元中，在棒狀構件安裝於基材的部位之附近的剖面中，從基材的表面算起1μm的範圍內的區域當中的銀粒子所佔的面積b相對於金屬熔融體所佔的面積a及銀粒子所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c為0%。亦即，銀粒子完全燒結成為金屬熔融體。另外，在棒狀構件安裝於基材的部位的剖面中，接合構件安裝於基材的部位的長度相對於基材的表面的長度之比率d為62%。
<第四比較例>
以與第一實施例一樣的方法製作出調溫單元。值此之際，安裝了棒狀構件之基材的面積為100cm2。另外，各棒狀構件係包含由銅纖維所構成的金屬纖維構造體，且銅纖維的佔積率為51%。另外，在利用接合構件將棒狀構件接合至連接構件時，係在連接構件與棒狀構件之間塗佈粒徑為6nm的奈米銀漿料，接著在連接構件與棒狀構件之間施加溫度差來使奈米銀漿料中含有的銀粒子的一部分燒結。具體而言，係利用帕耳帖元件來冷卻連接構件，同時使陶瓷加熱器與棒狀構件接觸，將棒狀構件的前端溫度設為271℃，將棒狀構件與連接構件的接合部位的溫度設為165℃，並維持60分鐘，利用經由棒狀構件所進行的熱傳導使銀粒子的一部分燒結。第四比較例之調溫單元中，在棒狀構件安裝於基材的部位之附近的剖面中，從基材的表面算起1μm的範圍內的區域當中的銀粒子所佔的面積b相對於金屬熔融體所佔的面積a及銀粒子所佔的面積b的合計的面積(a+b)之比率c為98%。亦即，銀粒子幾乎未熔融，使得銀粒子佔據接合構件的大部分。另外， 在棒狀構件安裝於基材的部位的剖面中，接合構件安裝於基材的部位的長度相對於基材的表面的長度之比率d為52%。
<評價>
針對第一至第四實施例之調溫單元及第一至第四比較例之調溫單元算出各者在熱衝撃試驗的前後的熱傳遞率，對熱傳遞率的變化進行判定。熱傳遞率的算出方法係將溫度調整為25℃的乙二醇作為冷媒流通到評價用單元，並從加熱器施加100W的熱輸入，量測評價用單元的液體導入口(IN側)及排出口(OUT側)附近的流體溫度、以及加熱器與評價用單元的接點溫度，算出熱傳遞率及熱阻。具體而言，係量測從加熱器輸入到流體的熱輸入量W、鄰接於加熱器的流體通過部的傳遞面積S、加熱器附近的評價用單元的殼體的表面溫度Ts、通過流體的平均溫度Tw(流體的入口溫度及出口溫度的平均值)，並從熱輸入量W=熱傳遞率h×傳遞面積S×(表面溫度Ts-流體平均溫度Tw)的公式求出熱傳遞率h(W/m2×K)。
另外，熱傳導率之算出係在熱衝撃試驗的前後分別進行。熱衝撃試驗係將評價用單元放入日商愛斯佩克股份有限公司(ESPEC CORP.)製的高加速冷熱衝撃裝置，連續地施加從-40℃到120℃、從120℃到-40℃的溫度變化，藉此施加冷熱衝撃於接合構件。到達-40℃及120℃的溫度回復時間設為10分鐘，各溫度的保持時間設為30秒，循環數設為1,000次。
如上述而算出的熱傳導率的測定結果顯示於以下的表1中。將熱衝撃試驗之前量測出的熱傳導率與熱衝撃試驗之後量測出的熱傳導率之差除以熱衝撃試驗之前量測出的熱傳導率所得到的值係作為變化率，對熱傳遞率的變化進行判定時，變化率在5%以下時判定為極良好(very good)，在變化率大於5%但在20%以下時判定為良好(good)，在變化率大於20%時判定為不良(bad)。該變 化率越小，表示在熱衝撃試驗的前後的熱傳導率越沒有變化，即使進行熱衝撃試驗，接合構件也沒有很大的破損，因此可說是並未在基材與棒狀構件之間的接合發生很大的問題。
[表1]
Figure 112110741-A0101-12-0018-1
如上記的表1所示，第一至第四實施例之調溫單元在熱衝撃試驗的前後的熱傳導率並不怎麼變化，可想成是接合構件的強度充足，因此即使長期間使用也不會在基材與棒狀構件之間的接合發生很大的問題。另一方面，第一至第四比較例之調溫單元在熱衝撃試驗的前後的熱傳導率的變化很大，可想成是接合構件的強度並不充足，因此長期間使用時，會有基材與棒狀構件之間的接合會變得不充足之虞。
20:基材
20a:表面
20a':範圍
30:接合構件
30a:金屬熔融體
30b:銀粒子

Claims (8)

  1. 一種調溫單元，係具備：
    傳熱部；
    基材；以及
    接合構件，係用來將前述傳熱部安裝於前述基材；且
    前述接合構件係由一次粒徑小於100nm的複數個金屬粒子、以及金屬熔融體所構成；
    在前述接合構件的剖面中，前述金屬粒子所佔的面積相對於前述接合構件所佔的面積之比率的大小在0.5至0.9的範圍內。
  2. 如請求項1所述之調溫單元，其中，
    在前述接合構件的剖面中，前述金屬粒子所佔的面積相對於前述接合構件所佔的面積之比率的大小在0.55至0.85的範圍內。
  3. 如請求項1所述之調溫單元，其中，
    在前述傳熱部安裝於前述基材的部位的剖面中，前述接合構件安裝於前述基材的部位的長度相對於前述基材的表面的長度之比率為0.25以上。
  4. 如請求項1所述之調溫單元，其中，
    前述接合構件的材料包含銀或銀的合金。
  5. 如請求項1所述之調溫單元，其中，
    前述傳熱部係具有包含金屬纖維構造體之棒狀構件、或板狀構件。
  6. 如請求項1所述之調溫單元，其中，
    前述基材係包含金屬、玻璃或陶瓷。
  7. 一種接合構件，係用來將傳熱部安裝於基材，其中，
    該接合構件係由一次粒徑小於100nm的複數個金屬粒子、以及金屬熔融體所構成；
    在前述接合構件的剖面中，前述金屬粒子所佔的面積相對於前述接合構件所佔的面積之比率的大小在0.5至0.9的範圍內。
  8. 如請求項7所述之接合構件，其中，
    在前述接合構件的剖面中，前述金屬粒子所佔的面積相對於前述接合構件所佔的面積之比率的大小在0.55至0.85的範圍內。
TW112110741A 2022-03-31 2023-03-22 調溫單元及接合構件 TW202403258A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-058980 2022-03-31
JP2022058980 2022-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202403258A true TW202403258A (zh) 2024-01-16

Family

ID=88200457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112110741A TW202403258A (zh) 2022-03-31 2023-03-22 調溫單元及接合構件

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW202403258A (zh)
WO (1) WO2023189017A1 (zh)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10818405B2 (en) * 2015-07-09 2020-10-27 Furukawa Electric Co., Ltd. Metal fine particle-containing composition
WO2021241643A1 (ja) * 2020-05-29 2021-12-02 株式会社巴川製紙所 温調ユニット

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023189017A1 (ja) 2023-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5359644B2 (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法
WO2003007661A1 (fr) Appareil de chauffage en ceramique et article en ceramique soude
CN109643663B (zh) 金属烧结接合体和芯片接合方法
US8609993B2 (en) Power module substrate, power module, and method for manufacturing power module substrate
WO2001062686A1 (fr) Piece frittee en nitrure d&#39;aluminium, substrat en ceramique, corps chauffant en ceramique et mandrin electrostatique
WO2012040373A2 (en) Diamond particle mololayer heat spreaders and associated methods
TWI661516B (zh) 接合體，附散熱器電源模組用基板，散熱器，接合體的製造方法，附散熱器電源模組用基板的製造方法及散熱器的製造方法
WO2001084886A1 (fr) Dispositif de chauffage en ceramique
JP2009147316A (ja) パワーモジュール用基板の製造方法、パワーモジュール用基板、及びパワーモジュール
WO2002003434A1 (fr) Radiateur ceramique pour appareil de fabrication ou de test de semi-conducteurs
JP2011023475A (ja) 絶縁基板、絶縁回路基板、半導体装置、絶縁基板の製造方法及び絶縁回路基板の製造方法
EP3093882B1 (en) Electronic circuit device
WO2002042241A1 (fr) Corps fritte de nitrure d&#39;aluminium, procede de production d&#39;un corps fritte de nitrure d&#39;aluminium, substrat ceramique et procede de production d&#39;un substrat ceramique
Kim et al. The influence of porosity and pore shape on the thermal conductivity of silver sintered joint for die attach
JP5520815B2 (ja) 絶縁基板およびパワーモジュール用ベース
JP3539634B2 (ja) 回路搭載用窒化ケイ素基板および回路基板
CN108687352A (zh) 用于制造冷却装置的方法、冷却装置及冷却设备
WO2018225809A1 (ja) セラミックス回路基板
JP2007123564A (ja) 熱交換装置
TW202403258A (zh) 調溫單元及接合構件
US10347601B1 (en) Power electronics assemblies with metal inverse opal bonding, electrical contact and cooling layers, and vehicles incorporating the same
JP6817320B2 (ja) 銅−セラミックス複合材料
JP6105983B2 (ja) 放熱基板の製造方法
TW201038911A (en) Heat dissipation module and fabrication method thereof
JP2004160549A (ja) セラミックス−金属複合体およびこれを用いた高熱伝導放熱用基板