[发明专利]一种大功率芯片散热装置制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子散热领域，尤其是一种大功率芯片散热装置制作方法。

背景技术

大功率半导体芯片对散热要求特别高，同时芯片材料热膨胀系数比较低， 传统的AlSiC、铜、钼铜、钨铜等金属都无法同时满足其散热和工艺匹配要求。 大功率模块的微流道散热结构多采用铝、铜、硅铝等金属材料，这些材料存在 热膨胀系数无法和芯片匹配，同时这些材料的热导率不够高，散热效果不明显。 微流道散热需要液体流入流出接头，会占用较大的体积。现有的均热板散热虽 然无接头，但是一般采用铝或铜等金属材料，裸芯片无法直接焊接在均热板上， 会影响大功率芯片的散热效率。

田玉福在《新型分形结构及其电子器件微通道散热应用研究》，陈慧雁在《高 热流密度相变均热板传热特性的理论研究》，曹红在《一体化均热板在某毫米 波功率放大器热设计中的应用》等文献中提到了平板均热板散热方法，但这些 文章都是关于均热板流道的设计和加工，采用的是铝合金或铜材料，未提到采 用金刚石铜作为均热板材质，也未提到大功率芯片直接焊接在均热板上。

徐兴龙《电子封装用金刚石/铜复合粉体的制备及表征》、张荣博《高导热 金刚石/铜复合热沉的研究》、冯达《界面对封装用金刚石/铝复合材料性能的影 响》等人在文献中提到了金刚石/铜，但是这些文章都是关于金刚石/铜这种材 料的制备和表面镀涂，未涉及到高导热散热的应用。郑新在文章《宽禁带半导 体器件的特点与应用分析》提到了宽禁带半导体芯片的封装，但文章中并未涉 及到金刚石/铜相变散热方案。张梁娟在文献《基于裸芯片封装的金刚石/铜复 合材料基板性能研究》提到了金刚石/铜导热基板，但文章仅仅介绍了金刚石/ 铜做高效散热基板的应用，并未涉及到相变散热方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的大功率芯片高热流密 度(即大功率芯片热耗大需要较好的散热才能确保芯片正常工作，否则芯片很 容易因散热不良而烧毁)、散热困难的问题，提供一种大功率芯片散热装置制 作方法。本发明采用了高导热金刚石铜复合材料作为大功率半导体散热热沉， 同时在金刚石铜热沉上设计微流通道，并通过液体相变层，采用焊接技术形成 蒸汽腔，然后抽真空，注入工作介质，最后收口，然后通过大功率芯片直接焊 接在带有蒸汽空腔的金刚石铜载体上，利用金刚石铜高导热率和液体相变散热， 提高大功率芯片的散热效率。该散热方法不需要安装液体流入流出接头，同时 芯片可以直接焊接在载体上，既降低了体积又提高了散热效率。

一种大功率芯片散热装置制作方法包括：

步骤1：采用激光或者水刀在金刚石铜顶板及金刚石铜底板上，加工微流道； 其中金刚石铜顶板的边缘与中间部分最大高度差w，金刚石铜底板与中间部分 最大高度差w；

步骤2：在金刚石铜底板、金刚石铜顶板中间部分内壁上设置液体相变层；金 刚石铜顶板边缘设置通气孔；

步骤3：焊接金刚石铜底板边缘与金刚石铜顶板边缘部分，形成具有蒸汽腔的 焊接工件；

步骤4：采用检漏仪检测步骤3中焊接处是否满足气密要求；若满足焊接要求， 执行步骤5；否则，重新焊接；

步骤5：通过通气孔将焊接工件抽真空，然后通过通气孔在微流道中注入工作 介质，然后将通气孔密封；

步骤6：将大功率芯片焊接在金刚石铜顶板外壁顶端，并采用X射线检测焊接空 洞，完成制作。

进一步的，所述步骤1中w范围为1-2mm。

进一步的，所述步骤1中微流道加工精度为±0.05mm，表面粗糙度为小于 等于0.8微米；微流道宽度方向h范围是0.5-1mm；

进一步的，所述步骤2中液体相变层材料是金属粉末烧结吸液芯、槽道式 吸液芯或丝网屏吸液芯。

进一步的，所述步骤2中液体相变层厚度为30～300微米。

进一步的，所述步骤3中焊接金刚石铜底板边缘与金刚石铜顶板边缘部分 的焊接材料是银铜、金硅、金锑、金锗、金锡、锡银铜、锡铅或铟锡。

进一步的，所述步骤5的工作介质指的是蒸馏水、乙醇或丙酮。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：