整合式散热模组结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种整合式散热模组结构，至少包括：金属上盖板，包括散热外表面及冷凝内表面；散热外表面具有复数个柱状散热结构，冷凝内表面并具有相互平行排列的复数条上沟槽。金属下盖板，包括吸热外表面及蒸发内表面；吸热外表面具有一螺丝孔，用以锁固放热电子元件；蒸发内表面具有相互平行排列的复数条下沟槽、凸起于下沟槽之间的复数个支撑结构、以及对应于该螺丝孔的螺丝孔凸起部；工作空间，由上边框与下边框相互接合所形成的气密空间；抽气通道，由上通道槽与下通道槽对应接合所构成；毛细结构，设置于下沟槽内或上沟槽及下沟槽内；工作流体，存在于工作空间及毛细结构中。存在于工作空间及毛细结构中。存在于工作空间及毛细结构中。

【技术实现步骤摘要】
整合式散热模组结构


[0001]本技术涉及一种散热模组结构，特别涉及一种整合式散热模组结构。

技术介绍

[0002]高功率电子元件是新世代的半导体元件，特别是在高铁运输、智能电网或是新能源电动车等，已逐渐成为应用的主流。例如绝缘栅双极电晶体(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)因其具有低驱动电压、耐高工作电压、耐高切换频率，而被应用于高频及高功率的领域。然而，高功率电子元件运作时因其高功率密度而无可避免地伴随着大量热量的产生，若无法有效且及时地散去蓄积在功率元件的热量，将会大大地影响电子元件运作的可靠性，而限制其应用的发展。
[0003]常见的功率元件散热模组结构，其功率元件或晶片(IGBT/Diode)是以焊接方式组装于一双面覆有金属层的陶瓷基板(例如：覆铜陶瓷基板或称DBC基板)的一表面上，常见使用的陶瓷材料为氧化铝及氮化铝，而金属层主要是用于制作线路布置及导热、散热。接着，将陶瓷基板的另一面通过焊料再与一铜底板焊接接合，而铜底板的另一面则涂布一层导热膏或导热硅脂后再与一散热器贴合。
[0004]当功率元件在运行时会产生大量的热量，在此一功率模组结构中，这些大量的热量将会通过陶瓷基板传导到铜底板，接着再通过导热膏或导热硅脂，将热量进一步传导至散热器，并借由散热器快速散热。然而，由于陶瓷基板与铜底板二者之间材料的热膨胀系数差异甚大，再加上导热膏或导热硅脂的导热效率不足以及时将铜底板的热传导至散热器，使得来不及排除的热量蓄积在铜底板，导致温度上升，而基板与底板因热膨胀系数的差异会产生不同程度的形变，经常造成两者之间的焊接面因此被破坏，热量的传导也因此受阻，最终导致温度过高而造成整体元件失效。
[0005]有鉴于上述问题，有业者(例如：Semikron)开发出另一种散热模组，将原有的铜底板移除，让组装有功率元件或晶片的陶瓷基板通过导热膏或导热硅脂直接贴合于散热器，以避免热膨胀系数差异所造成的异常。然而，考虑到加工的难易度与材料特性的问题，大部分散热器是使用铝或铝合金作为材料，并采用挤压式加工成型来进行制作散热器。铝或铝合金的热扩散系数远小于铜，当小体积的功率元件快速且大量、集中产生的热量少了铜底板的快速横向扩散，热量将无法迅速扩散至整个散热器，使散热器无法发挥最大面积的散热效率。
[0006]在另一种散热模组中，为了能将快速且大量、集中产生的热量迅速扩散至散热器上更大的面积，业者将铜制的均热板代替了原本的铜底板，将发热的功率元件及陶瓷基板焊接或贴合至均热板的吸热面，而散热器则以通过导热膏黏贴于均热板的散热面。当大量热源从功率元件快速产生并传导至均热板时，存在于均热板内部空间的工作流体便会快速吸收热量，并快速汽化形成蒸气。均热板另一面因接有散热器，因此当蒸气快速上升并接触外接有散热器较冷的表面时，蒸气便会凝结成工作流体，并借由此相变化的循环快速吸收并释放大量的热。与传统使用铜底板相比，均热板可以更快速地将集中的大量热源扩散至
散热器的更大面积上，以获得更大的有效散热面积而更快速的散热。
[0007]均热板是利用其密闭工作腔室中的工作流体的相变化来快速散热，是现阶段导热效率最高的散热方式。利用近真空腔室内的工作液体快速汽化及凝结过程所涉及的大量汽化潜热来实现快速散热的目的。均热板的导热效率可达10000W/(m2·
℃)以上，为传统空气对流或液体对流的导热效率的几十倍以上，当上述散热器设置于均热板上组成散热模组时，涂布于均热板与散热器之间的导热膏成为了一大热阻，均热板的高导热效率也因此无法有效发挥。

技术实现思路

[0008]有鉴于上述问题，本技术的目的是在于提供一种整合式散热模组结构，其是通过将散热器与均热板整合为一体的高效散热模组结构。进一步说明，本技术的整合式散热模组结构是以同一金属片将散热器的散热结构与均热板的金属上盖板以一体成型方式整合制造而成，借此排除均热板与散热器之间因低导热效率的导热膏所存在的热阻，以提高散热效率。同时，由于散热效率的提高，陶瓷基板与均热板之间因温度而造成的形变应力也将会有效地降低。本技术提出的整合式散热模组结构是将散热器和均热板整合为一体，排除原本存在散热器与均热板之间的界面，以排除使用导热膏所造成的热阻。此外，本技术的整合式散热模组结构并可直接将功率元件或陶瓷基板锁固于均热板的吸热表面，可不需通过导热膏等热传导介质，进一步排除发热源与散热模组之间的热阻，更有效提高散热效率。
[0009]本技术的整合式散热模组结构是除了可以采用冲压、挤压、铣床、铸造、锻造等金属加工方式制造而成外，亦可以冷锻造加工成型方式对金属片/块(例如：铜)进行加工成型，其特征在于采用冷锻造加工成型方式在锻造过程不需如一般锻造方式将金属预先加热锻造再退火，因此以冷锻造方式加工成型的金属其内部晶粒组织不会因为退火而导致孔洞、组织肥大化而降低热传导系数。亦即，以冷锻造加工后的金属，因无经历加热过程，其内部晶粒组织仍可维持相当致密，且经过锻造后的金属更具有钢性、致密性提高的优点，经检测后，其金属的导热系数及热扩散系数更可进一步提高。
[0010]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0011]一种整合式散热模组结构，其特征在于，包括：
[0012]一金属上盖板，包括有一散热外表面及一冷凝内表面，该散热外表面具有复数个柱状散热结构，且该冷凝内表面周边设有一上边框，该上边框上设有一上通道槽，该冷凝内表面并具有相互平行排列的复数条上沟槽；
[0013]一金属下盖板，包括有一吸热外表面及一蒸发内表面，该吸热外表面具有一螺丝孔，用以锁固放热电子元件，该蒸发内表面周边设有一下边框，该下边框上设有一下通道槽，且该蒸发内表面具有相互平行排列的复数条下沟槽、凸起于该下沟槽之间的复数个支撑结构、以及对应于该螺丝孔的一螺丝孔凸起部，该螺丝孔凸起部是由该吸热外表面向该蒸发内表面凹陷并凸起于该蒸发内表面但不穿透，且该螺丝孔凸起部的高度不大于该支撑结构的高度；
[0014]一工作空间，其为由该金属上盖板的该上边框与该金属下盖板的该下边框相互接合所形成的气密空间，其中，该金属上盖板的该冷凝内表面与该金属下盖板的该蒸发内表
面彼此相对，且该上沟槽与该下沟槽的排列能够相互映射重叠对齐，该复数个支撑结构从该蒸发内表面凸起延伸并抵接该冷凝内表面的该上沟槽之间，以支撑该工作空间；
[0015]一抽气通道，由该上通道槽与该下通道槽对应接合所构成，用以对该工作空间进行抽气；
[0016]一毛细结构，设置于该下沟槽内或该上沟槽及该下沟槽内；
[0017]一工作流体，存在于该工作空间及该毛细结构中。
[0018]所述的整合式散热模组结构，其中：该金属上盖板及其上的该柱状散热结构是用一金属片以冷锻造方式一体成型锻造而成，且该金属下盖板及其上的该支撑结构及该螺丝孔凸起部是用一金属片以冷锻造方式一体成型锻造而成。
[0019]所述的整合式散热模组结构，其中：该金属片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整合式散热模组结构，其特征在于，包括：一金属上盖板，包括有一散热外表面及一冷凝内表面，该散热外表面具有复数个柱状散热结构，且该冷凝内表面周边设有一上边框，该上边框上设有一上通道槽，该冷凝内表面并具有相互平行排列的复数条上沟槽；一金属下盖板，包括有一吸热外表面及一蒸发内表面，该吸热外表面具有一螺丝孔，用以锁固放热电子元件，该蒸发内表面周边设有一下边框，该下边框上设有一下通道槽，且该蒸发内表面具有相互平行排列的复数条下沟槽、凸起于该下沟槽之间的复数个支撑结构、以及对应于该螺丝孔的一螺丝孔凸起部，该螺丝孔凸起部是由该吸热外表面向该蒸发内表面凹陷并凸起于该蒸发内表面但不穿透，且该螺丝孔凸起部的高度不大于该支撑结构的高度；一工作空间，其为由该金属上盖板的该上边框与该金属下盖板的该下边框相互接合所形成的气密空间，其中，该金属上盖板的该冷凝内表面与该金属下盖板的该蒸发内表面彼此相对，且该上沟槽与该下沟槽的排列能够相互映射重叠对齐，该复数个支撑结构从该蒸发内表面凸起延伸并抵接该冷凝内表面的该上沟槽之间，以支撑该工作空间；一抽气通道，由该上通道槽与该下通道槽对应接合所构成，用以对该工作空间进行抽气；一毛细结构，设置于该下沟槽内或该上沟槽及该下沟槽内；一工作流体，存在于该工作空间及该毛细结构中。2.如权利要求1所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该金属上盖板及其上的该柱状散热结构是用一金属片以冷锻造方式一体成型锻造而成，且该金属下盖板及其上的该支撑结构及该螺丝孔凸起部是用一金属片以冷锻造方式一体成型锻造而成。3.如权利要求2所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该金属片为纯铜。4.如权利要求2所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该金属片为纯铜，且该金属上盖板及该金属下盖板的维氏硬度不小于90HV。5.如权利要求2所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该金属片为纯铜，且该金属上盖板及该金属下盖板的导热系数不小于400W/(m
·
K)。6.如权利要求2所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该金属片为纯铜，且该金属上盖板及该金属下盖板的热扩散系数不小于90mm2/sec。7.如权利要求2所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该支撑结构为柱状结构。8.如权利要求2所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该金属上盖板与该金属下盖板相互接合并以焊接方式结合。9.如权利要求2所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该工作流体为纯水。10.如权利要求2所述的整合式散热模组结构，其特征在于：该工作空间的气压小于1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天来，王子瑜，王晟瑜，李孟育，
申请(专利权)人：塔普林克科技有限公司，
类型：新型
国别省市：