用于激光二极管冷却的微型换热器制造技术

一种微型换热组件被配置成冷却一个或者多个发热器件，例如集成电路或者激光二极管。微型换热组件包括热耦合到第一表面的第一陶瓷组件和热耦合到第二表面的第二陶瓷组件。陶瓷组件包括用于热耦合到发热器件的一个或者多个电和热传导焊盘，各传导焊盘相互电隔离。陶瓷组件包括用于提供这一电隔离的陶瓷层。陶瓷层的顶表面和底表面各自使用中间接合材料键合到传导层、例如铜。进行钎焊工艺以经由接合层将陶瓷层键合到传导层。接合层是接合材料、陶瓷层和传导层的合成物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种微型换热器及其制造方法。具体而言，本专利技术涉及一种用于激光二极管冷却的微型换热器及其制造方法。
技术介绍
微型换热器由热传导材料制成并且用来从发热器件如集成电路或者激光二极管向流过微型换热器内的流体路径的流体传热。微型换热器普遍由金属如铜制成，并且在发热器件与微型换热器之间经常需要电隔离。一些陶瓷材料传导热而阻抗电。出于这一原因，经常在发热器件与微型换热器之间使用这样的陶瓷材料作为用于提供电隔离而又仍然维持热传导性的中间材料。然而将发热器件直接连接到陶瓷并不实际。取而代之，发热器件耦合到通常由传导金属如铜制成的传导焊盘。在这样的配置中，陶瓷是在耦合到发热器件的传导铜焊盘与微型换热器之间的中间层。为了提供从发热器件向微型换热器的高效传热，在陶瓷与铜之间的良好热界面是必需的。一种直接键合铜(DBC)方法使用高温接合工艺以在存在具有少量氧(50-200ppm) 的保护气体氛围中将铜片键合到陶瓷板。在通过引用将其整体结合于此的第6，297, 469号美国专利和第7，036，711号美国专利中描述了示例DBC方法。这些常用陶瓷材料是氧化铍 (BeO)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)。氧和铜在高温之下键合在一起。在氮和少量百分比的氧的氛围中将铜与陶瓷加热到仔细控制的温度。所用温度在与铜的熔化温度接近的1950 与1981华氏度之间的范围内。在这些条件之下，形成成功键合到铜与陶瓷两者的铜-氧共晶，由此将铜层键合到陶瓷层。使用铜层作为将耦合到发热器件的传导焊盘。通常将陶瓷层焊接到微型换热器的顶部。一般在键合中并且具体在DBC技术中存在诸多问题。首先，向硬陶瓷板施加高温经常造成陶瓷破裂。第二，微孔形成于键合的铜层与陶瓷层的界面。微孔归因于铜层与陶瓷层的接触表面中的缺陷和不规则。对于其中大发热器件或者多个发热器件耦合到单个陶瓷板的应用，陶瓷板的尺寸更大。然而陶瓷板越大，微孔的影响就越大。微孔的存在降低了热效率。另外，微孔的存在增加了铜层和陶瓷层将分层的可能性，这是因为没有在整个界面表面内的理想键合。第三，铜的热膨胀效率比陶瓷的热膨胀效率高得多。在高温DBC工艺期间，在陶瓷层与铜层键合的点，铜层比陶瓷膨胀更多。然而在冷却时铜层由于热膨胀系数不同而比陶瓷收缩更多，这导致键合的铜-陶瓷组件的卷曲和可能的破裂。
技术实现思路
一种微型换热组件被配置成冷却一个或者多个发热器件、例如集成电路或者激光二极管。在一些实施例中，微型换热组件包括热耦合到第一表面的第一陶瓷组件并且在一些实施例中包括热耦合到第二表面的第二陶瓷组件。各陶瓷组件包括一个或者多个电和热传导焊盘，各传导焊盘相互电隔离。各陶瓷组件包括用于提供这一电隔离的陶瓷层。陶瓷层具有高热传导率和高电阻率。陶瓷层的顶表面和底表面各自使用中间接合材料键合到传导层、例如铜。进行钎焊工艺以经由接合层将陶瓷层键合到传导层。接合层是接合材料、陶瓷层和传导层的合成物。蚀刻顶部传导层和接合层以形成电隔离的传导焊盘。使用裸陶瓷方式或者金属化陶瓷方式将传导层键合到陶瓷层。在一个方面中，一种器件包括具有热传导材料的换热器件，其中换热器件被配置成从热传导材料向流过其的流体传热；以及热传导陶瓷组件，热耦合到换热器件。陶瓷组件包括传导层；陶瓷层；以及活性钎焊合金，键合于传导层与陶瓷层之间以形成接合层， 其中传导层和接合层被配置成形成一个或者多个电隔离的传导焊盘。在一些实施例中，传导层和接合层被构图以形成多个电隔离的焊盘，另外其中多个电隔离的焊盘中的各焊盘通过陶瓷层来相互电隔离。在一些实施例中，陶瓷组件也包括第二传导层；以及第二活性钎焊合金层，键合于第二传导层与陶瓷层之间以形成第二接合层。该器件也可以包括金属到金属接合层，键合于陶瓷组件的第二传导层与换热器件之间。在一些实施例中，传导层和换热器件是基于铜的。在一些实施例中，陶瓷层包括氧化铍、氧化铝或者氮化铝。在一些实施例中，活性钎焊合金为基于铜的活性钎焊合金、基于铜-银的活性钎焊合金或者基于铟-铜-银的活性钎焊合金。在一些实施例中，活性钎焊合金层为活性接合材料膏或者活性接合材料箔。该器件也可以包括第二热传导陶瓷组件，热耦合到换热器件的与陶瓷组件相反的一侧。在另一方面中，一种器件包括换热器件，包括热传导材料，其中换热器件被配置成从热传导材料向流过其的流体传热；以及热传导陶瓷组件，热耦合到换热器件。陶瓷组件包括传导层；陶瓷层，包括金属化第一表面；以及接合材料，键合于传导层与陶瓷层的金属化第一表面之间以形成接合层，其中传导层、接合层和金属化第一表面被配置成形成一个或者多个电隔离的传导焊盘。在一些实施例中，传导层和接合层被构图以形成多个电隔离的焊盘，另外其中多个电隔离的焊盘中的各焊盘通过陶瓷层来相互电隔离。陶瓷层也可以包括金属化第二表面，并且陶瓷层组件也可以包括第二传导层；以及第二接合材料，键合于第二传导层与陶瓷层的金属化第二表面之间以形成第二接合层。该器件也可以包括 金属到金属接合层，键合于陶瓷组件的第二传导层与换热器件之间。在一些实施例中，传导层和换热器件是基于铜的。在一些实施例中，陶瓷层为氧化铍、氧化铝或者氮化铝。在一些实施例中，金属化第一表面包括钼锰和镍。该器件也可以包括第二热传导陶瓷组件，热耦合到换热器件的与陶瓷组件相反的一侧。在一些实施例中，接合材料为铜-银膏、铜-金膏、 铜-银箔或者铜-金箔。在其它实施例中，接合材料和传导层为镀制银的铜片。在又一方面中，一种器件包括换热器件，包括热传导材料，其中换热器件被配置成从热传导材料向流过其的流体传热；以及热传导陶瓷组件，热耦合到换热器件。陶瓷组件包括陶瓷层，包括金属化第一表面；以及传导层，镀制到金属化第一表面，其中传导层和金属化第一表面被配置成形成一个或者多个电隔离的传导焊盘。在一些实施例中，传导层和金属化第一表面被构图以形成多个电隔离的焊盘，另外其中多个电隔离的焊盘中的各焊盘通过陶瓷层来相互电隔离。陶瓷层也可以包括金属化第二表面，并且陶瓷组件也可以包括镀制到金属化第二表面的第二传导层。该器件也可以包括金属到金属接合层，键合于陶瓷组件的第二传导层与换热器件之间。在一些实施例中，传导层和换热器件是基于铜的。 在一些实施例中，陶瓷层为氧化铍、氧化铝或者氮化铝。在一些实施例中，金属化第一表面包括钼锰和镍。该器件也可以包括第二热传导陶瓷组件，热耦合到换热器件的与陶瓷组件相反的一侧。微型换热组件的其它特征和优点将在查看下文阐述的实施例的具体描述之后变得清楚。附图说明图1图示了根据第一实施例的使用裸陶瓷方式来制作的陶瓷组件的示例层的剖视侧视图，图1中所示视图是在进行钎焊工艺之前。图2图示了根据第二实施例的使用裸陶瓷方式来制作的陶瓷组件的示例层的剖视侧视图，图1中所示视图是在进行钎焊工艺之前。图3图示了用于根据裸陶瓷方式来制作陶瓷组件的示例过程。图4图示了根据第一实施例的使用金属化陶瓷方式的钎焊铜选择来制作的陶瓷组件的示例层的剖视侧视图，图4中所示视图是在进行钎焊工艺之前。图5图示了根据第二实施例的使用金属化陶瓷方式来制作的陶瓷组件的示例层的剖视侧视图，图5中所示视图是在进行钎焊工艺之前。图6图示了根据使用金属化陶瓷方式的钎焊铜选择来制作的陶瓷组件的示例层的剖视侧视图。图7图示了根据第三实施例的使本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种器件，包括：ａ．换热器件，包括热传导材料，其中所述换热器件被配置成从所述热传导材料向流过其的流体传热；以及ｂ．热传导陶瓷组件，热耦合到所述换热器件，其中所述陶瓷组件包括：ｉ．传导层；ｉｉ．陶瓷层；以及ｉｉｉ．活性钎焊合金，键合于所述传导层与所述陶瓷层之间以形成接合层，其中所述传导层和所述接合层被配置成形成一个或者多个电隔离的传导焊盘。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·达塔，
申请(专利权)人：固利吉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US