專利名稱：改善大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率器件的散熱技術(shù)，尤其是一種功率器件的熱管散熱技術(shù)，國際專利分類號為F28F9/26和H05K7/20，由于熱管散熱技術(shù)有高效節(jié)能的優(yōu)點，該類型的散熱器有了廣泛的應(yīng)用，本發(fā)明的技術(shù)主要用于大功率半導體元件用熱管散熱器。
背景技術(shù)：
大功率整流(變流)裝置中使用半導體元件作開關(guān)器件，為了減少單個橋臂元件并聯(lián)的數(shù)量，均趨向于使用大元件，如電力機車用整流裝置由原來一個橋臂用6個2英寸晶閘管串、并聯(lián)，到現(xiàn)在的一個橋臂只用一個5英寸晶閘管，單個半導體元件的發(fā)熱功耗達數(shù)千瓦。所以，要求配套的散熱器有更高的散熱能力，而且要在有限的空間里實現(xiàn)散熱。由于熱管散熱器具有高效節(jié)能的特點，所以，在大功率半導體元件散熱領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。
目前使用最多的是熱管散熱器由圓形熱管、散熱翅片和基板組成，優(yōu)點是技術(shù)成熟，制造方便。其中基板主要用來固定發(fā)熱元件，在發(fā)熱元件與熱管之間起傳遞熱的作用，同時有一定的強度要求，常用材料有合金鋁和紫銅。與銅材相比合金鋁材重量輕，有較好的強度，且有較大的成本優(yōu)勢。所以，通常用合金鋁材做基板。但是合金鋁材與發(fā)熱元件的接觸熱阻不如銅-銅接觸，如我們在5英寸元件散熱用鋁基板的熱管散熱器(2個)，當發(fā)熱功率達到4200W時，接觸溫升有30～50℃之大，大大超過元件給出的接觸熱阻值(0.0008K/W)。不利于器件的散熱，因此很必要對此加以改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要達到的目標是針對現(xiàn)有合金鋁材做基板的不足，提出一種既要獲得合金鋁的強度高、質(zhì)量輕、成本低的優(yōu)點，同時獲得銅-銅接觸的低接觸熱阻的，改善大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻的方法。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種改善大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻的方法，包括基板和發(fā)熱元件，仍采用合金鋁材作為基板材料，在其表面鍍一層鎳或銅等金屬，使其表面獲得可以釬焊的條件。再用與發(fā)熱元件接觸面大小相當?shù)淖香~板，厚度在1.5～5mm，釬焊在基板上，與發(fā)熱元件實現(xiàn)銅-銅接觸，從而降低大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻。
具體制作方式是先將合金鋁材基板加工好；再在合金鋁材基板表面上鍍一層鎳或銅等適合釬焊的金屬；再將釬焊材料做成板狀，厚度0.5～2mm，夾在紫銅板與基板之間；用釬焊設(shè)備對夾在紫銅板與基板之間的釬焊材料加熱，在加熱的同時加壓，當釬焊材料加熱成熔融狀時，在壓力的作用下填滿各處表面不平處，并與各接觸表面融為一體，消除彼此的接觸熱阻；再對釬焊在基板上紫銅板的表面進行磨削加工，獲得高的平面度和粗糙度。
本發(fā)明通過在合金鋁材基板表面上鍍一層鎳或銅等金屬，并通過釬焊將紫銅板與基板焊接在一起，實現(xiàn)基板與發(fā)熱元件實現(xiàn)銅-銅接觸，獲得銅-銅接觸的低接觸熱阻，但由于基板仍采用合金鋁材制作，因此仍然可獲得合金鋁的強度高、質(zhì)量輕、成本低的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明實施例正視圖；圖2是本發(fā)明實施例俯視視圖；圖中1、基板，2、圓形熱管，3、散熱翅片，4、紫銅板，5、釬焊材料。
具體實施例方式
附圖給出了本發(fā)明的一個實施例原理示意圖，可應(yīng)用于大功率晶閘管元件的散熱，下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
實施例一從附圖中可以看出，本發(fā)明使整流器用5英寸晶閘管(整流管)實現(xiàn)了銅-銅接觸，滿足大功率半導體元件的散熱要求。
該熱管散熱器，包括基板1、圓形熱管2、散熱翅片3、紫銅板4、釬焊材料5。其中基板1用合金鋁材，圓形熱管2用銅材，散熱翅片3用鋁材，其結(jié)構(gòu)通用。為了降低接觸熱阻，在基板1表面上鍍有一層鎳，在基板1表面鎳層上通過釬焊，焊接有與圓形熱管接觸面積相當?shù)淖香~板4，紫銅板厚度為2mm，將紫銅板4釬焊在基板1上，實現(xiàn)銅-銅接觸，從而降低大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻。所用熱管元件的接觸面也是紫銅。
其制作方法是先將合金鋁材基板加工好；再在合金鋁材基板表面上鍍一層鎳；再將釬焊材料做成板狀，厚度1mm，夾在紫銅板與基板之間；用釬焊設(shè)備對夾在紫銅板與基板之間的釬焊材料加熱，在加熱的同時加壓，當釬焊材料加熱成熔融狀時，在壓力的作用下填滿各處表面不平處，并與各接觸表面融為一體；再對釬焊在基板上紫銅板的表面進行磨削加工，獲得高的平面度和粗糙度。焊接材料用銀錫焊材料，做成板狀便于填滿所有的縫隙。在磨削的時候外加固定的措施，避免焊料強度不夠造成的錯位。
實施例二實施例二為在5英寸晶閘管使用本發(fā)明技術(shù)，實現(xiàn)銅-銅接觸，滿足大功率半導體元件的散熱要求。
具體做法與實施例一一樣，只是在合金鋁材基板表面上鍍的是銅，所用的釬焊材料為鉛錫焊材料。其它與實施例一一樣。
權(quán)利要求
1.改善大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻的方法，包括基板和發(fā)熱元件，其特征在于仍采用合金鋁材作為基板材料，在其表面鍍一層鎳或銅等適合釬焊的金屬，使其表面獲得可以釬焊的條件再用與發(fā)熱元件接觸面大小相當?shù)淖香~板，釬焊在基板上，與發(fā)熱元件實現(xiàn)銅-銅接觸，從而降低大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻。
2.如權(quán)利要求1所述的改善大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻的方法，其特征在于所述的紫銅板厚度在1.5～5mm。
3.如權(quán)利要求1所述的改善大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻的方法，其特征在于所述的方法是先將合金鋁材基板加工好；再在合金鋁材基板表面上鍍一層鎳或銅等金屬；再將釬焊材料做成板狀，夾在紫銅板與基板之間；用釬焊設(shè)備對夾在紫銅板與基板之間的釬焊材料加熱，在加熱的同時加壓，當釬焊材料加熱成熔融狀時，在壓力的作用下填滿各處表面不平處，并與各接觸表面融為一體；再對釬焊在基板上紫銅板的表面進行磨削加工，獲得高的平面度和粗糙度。
4.如權(quán)利要求3所述的改善大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻的方法，其特征在于所述的釬焊材料板狀厚度為0.5～2mm。
全文摘要
改善大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻的方法，包括基板和發(fā)熱元件，仍采用合金鋁材作為基板材料，在其表面鍍一層鎳或銅等金屬，使其表面獲得可以釬焊的條件。再用與發(fā)熱元件接觸面大小相當?shù)淖香~板，厚度在1.5～5mm，釬焊在基板上，與發(fā)熱元件實現(xiàn)銅－銅接觸，從而降低大功率熱管散熱器與發(fā)熱元件之間的接觸熱阻。先將合金鋁材基板加工好；再在合金鋁材基板表面上鍍一層鎳或銅等適合釬焊的金屬；再將釬焊材料做成板狀，厚度0.5～2mm，夾在紫銅板與基板之間；用釬焊設(shè)備對夾在紫銅板與基板之間的釬焊材料加熱；再對釬焊在基板上紫銅板的表面進行磨削加工，獲得高的平面度和粗糙度。
文檔編號H01L23/34GK101059324SQ20071003508
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者付成勇, 徐達清 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司