次级热沉与液冷热沉集成方法、集成热沉及应用技术

本发明专利技术涉及一种次级热沉与液冷热沉集成方法，包括如下步骤：加工次级热沉，所述次级热沉的材质为铜基金刚石复合材料、银基金刚石复合材料、铝基金刚石复合材料、Cu/MoCu/Cu复合材料以及Cu/Mo/Cu复合材料中的任意一种；加工用于制作具有多层结构的液冷热沉的各层板材，各层所述板材的材质为铜或覆铜陶瓷；将所述次级热沉通过第一热压焊接与所述液冷热沉的第一层的板材连接，形成预集成结构；将所述预集成结构背向所述次级热沉的一面与所述液冷热沉的其他层的板材依次堆叠，并通过第二热压焊接连接，形成集成热沉；所述第一热压焊接的温度和压力均高于所述第二热压焊接的温度和压力。本发明专利技术能够提高集成热沉的散热性能和产品稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
次级热沉与液冷热沉集成方法、集成热沉及应用


[0001]本专利技术涉及芯片散热领域，特别涉及一种次级热沉与液冷热沉集成方法、集成热沉及应用。

技术介绍

[0002]在激光阵列封装过程中，由于激光芯片与热沉的热膨胀系数不匹配，会导致激光芯片发生形变，使芯片上各个发光单元不在同一水平线上，偏离线性分布，从而导致发光发生弯曲，产生“Smile效应”。Smile效应会使光束整合和耦合产生不利影响，从而降低激光芯片的输出功率、转换效率和可靠性。
[0003]传统技术中，多数采用外部光学矫正和封装技术改进两种方式来减小smile效应。常见的外部光学矫正方式例如利用快轴准直镜、平凸柱面镜来进行矫正等，但这类矫正方式可能会随着芯片的应力释放导致矫正失效，因此外部光学矫正方式并不可靠。相比之下，采用封装技术改进方式来减小Smile效应更加可靠。
[0004]常见的采用封装技术改进方式主要有两种，一是采用In(铟)软焊料将芯片焊接在热沉上用于减缓应力应变的产生。但是In软焊料的抗热疲劳和抗热电迁移性能差，接头处的金属间化合物生长速度快，容易失效，降低激光器的可靠性。二是采用AuSn(金锡共晶)硬焊料进行焊接，但是芯片和液冷热沉之间需增加次级热沉来缓解芯片的应力应变，次级热沉的材料通常为热膨胀系数与激光芯片较为匹配的WCu。采用AuSn回流焊焊接次级热沉与液冷热沉的封装工艺复杂，容易对热沉的散热性能造成不良影响，产品稳定性差，且目前采用的WCu次级热沉热导率较低(160
‑
200W/m﹒K)，降低了热沉的散热效果，有研究提出可以采用导电金属浆料等烧结工艺进行焊接，但浆料用量难以控制，难以满足激光芯片微米级的封装精度的要求。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种能够提高散热性能和产品稳定性的次级热沉与液冷热沉集成方法、集成热沉及应用。
[0006]本专利技术提供一种次级热沉与液冷热沉集成方法，包括如下步骤：
[0007]加工次级热沉至预设尺寸，所述次级热沉的材质为铜基金刚石复合材料、银基金刚石复合材料、铝基金刚石复合材料、Cu/MoCu/Cu复合材料以及Cu/Mo/Cu复合材料中的任意一种，所述Cu/MoCu/Cu复合材料、所述Cu/Mo/Cu复合材料为由铜、钼及其合金组成的层压材料；
[0008]加工用于制作具有多层结构的液冷热沉的各层板材，使各层所述板材达到预设尺寸并形成预设的流道结构，各层所述板材的材质为铜或覆铜陶瓷；
[0009]将所述次级热沉置于所述液冷热沉的第一层的板材之上且在所述流道结构之外，将所述次级热沉通过第一热压焊接与所述液冷热沉的第一层的板材连接，形成预集成结构；
[0010]将所述预集成结构背向所述次级热沉的一面与所述液冷热沉的其他层的板材依次堆叠，并通过第二热压焊接连接，形成集成热沉；
[0011]所述第一热压焊接的温度和压力均高于所述第二热压焊接的温度和压力。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一热压焊接的压力为25MPa～50MPa，温度为700℃～1050℃；和/或
[0013]所述第二热压焊接的压力为3MPa～20MPa，温度为400℃～950℃。
[0014]在其中一个实施例中，所述次级热沉的材质的热导率为450w/m﹒K～1000w/m﹒K，热膨胀系数为6ppm/K～10ppm/K。
[0015]在其中一个实施例中，所述次级热沉的材质为铜基金刚石复合材料、银基金刚石复合材料以及铝基金刚石复合材料中的任意一种。
[0016]在其中一个实施例中，所述次级热沉的一面还具有接触层，所述次级热沉背向所述接触层的一面与所述液冷热沉的第一层的板材连接，所述接触层、所述次级热沉以及所述液冷热沉的第一层的板材按照以下方式形成所述预集成结构：
[0017]将所述接触层与所述次级热沉的一面、以及所述次级热沉背向所述接触层的一面与所述液冷热沉的第一层的板材通过第一热压焊接同时连接，或
[0018]先将所述接触层与所述次级热沉的一面通过电镀、化学镀或PVD镀的方式连接，然后再将所述次级热沉背向所述接触层的一面与所述液冷热沉的第一层的板材通过第一热压焊接连接。
[0019]在其中一个实施例中，所述接触层的材质为铜、银以及铝中的一种或多种。
[0020]在其中一个实施例中，所述接触层的厚度与所述次级热沉的厚度之比为(0.01～0.1)mm：(0.2～0.4)mm。
[0021]在其中一个实施例中，
[0022]所述次级热沉的宽度为(1～3)mm，长度为(5～15)mm，厚度为(0.2～0.4)mm；和/或
[0023]所述液冷热沉的宽度为(5～15)mm，长度为(10～30)mm，总厚度为(1
‑
1.5)mm。
[0024]本专利技术还提供一种集成热沉，包括次级热沉和液冷热沉，所述集成热沉通过上述任一实施例中所述的次级热沉与液冷热沉集成方法制作得到。
[0025]本专利技术还提供一种激光器，包括如上述任一实施例中所述的集成热沉，激光器的芯片设置于所述次级热沉背向所述液冷热沉的一面。
[0026]上述的次级热沉与液冷热沉集成方法选用特定的材质作为次级热沉和液冷热沉的材料，次级热沉与液冷热沉的材料相适配，能够形成稳固连接，有利于提高产品稳定性，且次级热沉的热导率和热膨胀系数可根据工艺需求在一定范围内自由调整，与液冷热沉以及与激光器芯片的适配性更好，能够明显提高集成热沉的散热性能。
[0027]且次级热沉通过将次级热沉与液冷热沉的第一层的板材先在较高的温度和压力下通过第一热压焊接连接，再与液冷热沉的其它层板材在较低的温度和压力下通过第二热压焊接连接的方式，形成的集成热沉可以直接与激光器芯片连接。上述方法改变了传统技术中将次级热沉和液冷热沉作为两个分开的部件，需要同时进行次级热沉和成型的液冷热沉连接、激光器芯片与次级热沉连接的多结构连接工艺，降低了芯片封装的难度。进一步地，该方法还能够有效避免热压焊接时施加的温度和压力过高对液冷热沉的流道结构造成破坏。
[0028]上述的次级热沉与液冷热沉集成方法选用特定的材质作为次级热沉和液冷热沉的材料，通过热压焊接的方式形成集成热沉，无需使用传统的AuSn回流焊技术来连接次级热沉与液冷热沉，无需预置焊料，克服了传统技术中使用AuSn回流焊后次级热沉产生的应变，上述方法形成的集成热沉的平面精度高于AuSn回流焊的形成的集成热沉的平面精度，更有利于减小芯片Smile效应。
附图说明
[0029]图1为一实施方式的集成热沉的结构示意图。
[0030]图2为图1的次级热沉的结构示意图。
[0031]图3为图1的液冷热沉的结构示意图。
[0032]图4为图1的预集成结构的结构示意图。
[0033]附图标记说明如下：
[0034]10：集成热沉；110：次级热沉；120：液冷热沉；121：板材；122：流道结构。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种次级热沉与液冷热沉集成方法，其特征在于，包括如下步骤：加工次级热沉至预设尺寸，所述次级热沉的材质为铜基金刚石复合材料、银基金刚石复合材料、铝基金刚石复合材料、Cu/MoCu/Cu复合材料以及Cu/Mo/Cu复合材料中的任意一种，所述Cu/MoCu/Cu复合材料、所述Cu/Mo/Cu复合材料为由铜、钼及其合金组成的层压材料；加工用于制作具有多层结构的液冷热沉的各层板材，使各层所述板材达到预设尺寸并形成预设的流道结构，各层所述板材的材质为铜或覆铜陶瓷；将所述次级热沉置于所述液冷热沉的第一层的板材之上且在所述流道结构之外，将所述次级热沉通过第一热压焊接与所述液冷热沉的第一层的板材连接，形成预集成结构；将所述预集成结构背向所述次级热沉的一面与所述液冷热沉的其他层的板材依次堆叠，并通过第二热压焊接连接，形成集成热沉；所述第一热压焊接的温度和压力均高于所述第二热压焊接的温度和压力。2.根据权利要求1所述的次级热沉与液冷热沉集成方法，其特征在于，所述第一热压焊接的压力为25MPa～50MPa，温度为700℃～1050℃；和/或所述第二热压焊接的压力为3MPa～20MPa，温度为400℃～950℃。3.根据权利要求1所述的次级热沉与液冷热沉集成方法，其特征在于，所述次级热沉的材质的热导率为450w/m﹒K～1000w/m﹒K，热膨胀系数为6ppm/K～10ppm/K。4.根据权利要求1所述的次级热沉与液冷热沉集成方法，其特征在于，所述次级热沉的材质为铜基金刚石复合材料、银基金刚石复合材料以及铝基金刚石复合材料中的任意一种。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王郑，陈宏燊，陈铭汉，
申请(专利权)人：佛山华智新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：