專利名稱：用于散熱器的連接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
技術(shù)領(lǐng)域總的涉及連接裝置，更特別地涉及用于將零件連接到散熱器的連接裝置。
背景技術(shù)：
在各種各樣的應(yīng)用中使用散熱器將熱量從在操作過程中變熱且如果超過某一溫度可能出現(xiàn)故障的主體、機器和/或電氣部件吸出?；旌想妱榆囍杏脕韺碜攒囕v電池的電力轉(zhuǎn)變給電動機的電力電子模塊是在正常操作過程中變熱且需要被冷卻以確保連續(xù)、可靠和/或高效性能的主體、機器和/或電氣部件的一個例子。散熱器一般用來將熱量從電力電子模塊吸出以在正常操作過程中將它們的溫度維持在可接受的水平。在圖1中示出了示例性的電力電子模塊的橫截面，其包括結(jié)合到基片22的一個或多個半導(dǎo)體20?；?2通過置于散熱器M的連接表面觀上的導(dǎo)熱粘合劑沈(例如，焊料)連接到散熱器M。散熱器M包括多個溝槽30，冷卻劑被泵過溝槽30。冷卻劑流過槽 30降低了散熱器M的溫度，并進(jìn)而降低基片22和半導(dǎo)體20的溫度。因為基片22和散熱器M由不同材料制成，所以它們一般展現(xiàn)出不同的熱膨脹系數(shù)。在溫度周期變化過程中(例如，在正常操作過程中)，熱-機械特性的這個差異可能在導(dǎo)熱粘合劑26內(nèi)及其與散熱器M和基片22的分界面處產(chǎn)生相當(dāng)大的應(yīng)變。隨著時間的經(jīng)過，這種反復(fù)的應(yīng)變可能導(dǎo)致導(dǎo)熱粘合劑26的疲勞裂紋和/或?qū)与x。圖2表示散熱器M和導(dǎo)熱粘合劑沈的平面圖，其示出了導(dǎo)熱粘合劑沈從連接表面觀層離的早期階段。如所示的，導(dǎo)熱粘合劑26的角32首先層離，這是因為角32離導(dǎo)熱粘合劑26的中心最遠(yuǎn)，因此當(dāng)基片22和散熱器M以不同比率膨脹和收縮時經(jīng)受最大的應(yīng)變力。已經(jīng)觀察到，一旦角層離，則層離會朝著導(dǎo)熱粘合劑沈的中心蔓延。在某些例子中， 一旦導(dǎo)熱粘合劑26的層離面積達(dá)到導(dǎo)熱粘合劑沈總表面積的大約16 %，在基片22和散熱器M之間就不再有足夠的熱連接將熱量從基片22有效地排出。因而，希望延長散熱器能有效控制部件溫度的時間。另外，希望減慢導(dǎo)熱粘合劑沈從這樣的散熱器的層離。此外，從下面的具體實施方式
和所附的權(quán)利要求，結(jié)合附圖和前述技術(shù)領(lǐng)域與背景技術(shù)，其他希望的特征和特性將變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
在此披露了用于散熱器的連接裝置和制造該連接裝置的方法的各種非限制性的實施例。在第一非限制性實施例中，連接裝置包括，但不局限于，限定在散熱器上的連接表面。導(dǎo)熱粘合劑布置在連接表面上。基片通過導(dǎo)熱粘合劑連接到連接表面。在該第一非限制性實施例中，導(dǎo)熱粘合劑限定了布置在導(dǎo)熱粘合劑的層離路徑中的間斷。
在第二非限制性實施例中，用于散熱器的連接裝置包括，但不局限于，限定在散熱器上的連接表面。導(dǎo)熱粘合劑布置在連接表面上。導(dǎo)熱粘合劑形成多個部分，每個部分彼此間隔開。隔擋件布置在多個部分中的每個部分之間?；ㄟ^導(dǎo)熱粘合劑連接到連接表在第三非限制性實施例中，披露了一種用于將零件連接到散熱器的方法。方法包括，但不局限于，下列步驟將隔擋件置于散熱器的連接表面上，以一種圖案將導(dǎo)熱粘合劑沉積在散熱器的連接表面上，該圖案形成被圍在隔擋件內(nèi)的第一部分和布置在隔擋件之外的第二部分，和將基片布置在導(dǎo)熱粘合劑附近。本發(fā)明涉及以下技術(shù)方案
方案1. 一種用于散熱器的連接裝置，所述連接裝置包括
限定在所述散熱器上的連接表面；
布置在所述連接表面上的導(dǎo)熱粘合劑；和
通過所述導(dǎo)熱粘合劑連接到所述連接表面的基片，
其中所述導(dǎo)熱粘合劑限定了布置在所述導(dǎo)熱粘合劑的層離路徑中的間斷。方案2.如方案1所述的連接裝置，其中所述導(dǎo)熱粘合劑包括兩個部分，其中所述兩個部分中的一個包圍所述兩個部分中的另一個以形成內(nèi)部部分和外部部分，以及所述內(nèi)部部分與所述外部部分被所述間斷隔開。方案3.如方案2所述的連接裝置，其中所述內(nèi)部部分具有有圓角的大致矩形的構(gòu)形。方案4.如方案2所述的連接裝置，其中所述間斷具有帶圓角的大致矩形的構(gòu)形。方案5.如方案1所述的連接裝置，其中所述導(dǎo)熱粘合劑包括焊料。方案6. —種用于散熱器的連接裝置，所述連接裝置包括 限定在所述散熱器上的連接表面；
布置在所述連接表面上的導(dǎo)熱粘合劑，所述導(dǎo)熱粘合劑包括多個部分，每個部分彼此間隔開；
布置在所述多個部分中的每個部分之間的隔擋件；和通過所述導(dǎo)熱粘合劑連接到所述連接表面的基片。方案7.如方案6所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括限定在所述連接表面和所述基片之一中的槽。方案8.如方案7所述的連接裝置，其中所述槽的深度近似等于所述導(dǎo)熱粘合劑厚度的兩倍。方案9.如方案6所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括不導(dǎo)熱的粘合劑。方案10.如方案6所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括金屬帶。方案11.如方案6所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括限定在所述連接表面和所述基片之一的表面中的槽，并且還包括布置在所述槽內(nèi)的金屬帶。方案12.如方案6所述的連接裝置，其中所述隔擋件將所述多個部分分成內(nèi)部部分和外部部分。方案13.如方案12所述的連接裝置，其中所述隔擋件具有有圓角的大致矩形的構(gòu)形。方案14.如方案12所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括金屬帶。方案15.如方案12所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括限定在所述連接表面和所述基片之一中的槽。方案16.如方案15所述的連接裝置，其中所述隔擋件還包括布置在所述槽內(nèi)的
金屬帶。方案17.如方案6所述的連接裝置，其中所述導(dǎo)熱粘合劑包括焊料。方案18. —種用于將零件連接到散熱器的方法，該方法包括下列步驟 將隔擋件定位于所述散熱器的連接表面上；
以一種圖案將導(dǎo)熱粘合劑沉積在所述散熱器的所述連接表面上，該圖案形成被圍在所述隔擋件內(nèi)的第一部分和包圍所述隔擋件的第二部分；和將基片布置在所述導(dǎo)熱粘合劑附近。方案19.如方案18所述的方法，其中所述定位步驟包括在所述連接表面中限定槽。方案20.如方案19所述的方法，其中所述定位步驟包括將金屬帶置于所述連接表面上。


在下文中將結(jié)合下面的附圖描述一個或多個實施例，其中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件，和
圖1是將散熱器連接到電氣部件的現(xiàn)有技術(shù)的連接裝置的橫截面圖； 圖2是圖1中所示的散熱器的平面圖，其中電氣部件被移除以顯示現(xiàn)有技術(shù)連接裝置的層離方式；
圖3 - 14表示本發(fā)明的用于將基片連接到散熱器的連接裝置的多個非限制性實施例；
和
圖15是表示本發(fā)明的將基片連接到散熱器的方法的框圖。
具體實施例方式下面的具體實施方式
性質(zhì)上僅僅是示例性的，不是用來限制應(yīng)用和用途。此外，沒有被前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或下面的具體實施方式
中提出的任何明示或暗示的理論約束的意圖。已經(jīng)觀察到，使導(dǎo)熱粘合劑沈從連接表面觀層離的過程開始所需的應(yīng)變力大于一旦層離過程開始使層離過程繼續(xù)所需的力。因而，減慢上面討論的層離過程的一種方式是當(dāng)導(dǎo)熱粘合劑26的層離朝著其中心向內(nèi)傳播(“層離路徑”)時，中斷層離過程。能通過以下列方式在連接表面觀上沉積導(dǎo)熱粘合劑沈來實現(xiàn)該中斷沿著層離路徑在導(dǎo)熱粘合劑沈的層中形成間斷或間隙。因而，隨著導(dǎo)熱粘合劑沈的層離沿著層離路徑傳播，當(dāng)層離到達(dá)間斷時，它將停止傳播并且導(dǎo)熱粘合劑26的層離必須在間斷的另一側(cè)重新開始。因為與傳播層離過程所需的周期(時間)相比，需要更多的周期(時間)來重新開始層離過程，所以與沒有間斷的情況下導(dǎo)熱粘合劑提供的阻力相比，被連接在間斷另一側(cè)上的導(dǎo)熱粘合劑26將對層離提供更大的阻力。該增大的阻力延遲了層離過程，延長了散熱器M從電氣部件抽出熱量的能力，并延長了電氣部件的壽命。將間斷置于層離路徑中能以許多方式實現(xiàn)。在某些實施例中，可以通過以一種圖案將導(dǎo)熱粘合劑26沉積在連接表面觀上來形成間斷，其中所述圖案通過讓連接表面觀的指定區(qū)域沒有導(dǎo)熱粘合劑來形成間斷。當(dāng)以該方式形成間斷時，必須注意確保間斷足夠?qū)捯员惚苊猱?dāng)施加熱以形成與基片22的結(jié)合時導(dǎo)熱粘合劑沈的不同部分橋接間斷的可能性。在該點，導(dǎo)熱粘合劑沈?qū)⒁夯⒘鲃?。如果間斷足夠?qū)?，則液化的導(dǎo)熱粘合劑將不能橋接間斷。在另一個實施例中，可以以任何所需圖案在連接表面觀中形成一個或多個槽，所述圖案截斷層離路徑。于是，當(dāng)將導(dǎo)熱粘合劑26沉積在連接表面觀上時，它被沉積在連接表面觀的除了一個或多個槽之外的部分上。通過以該方式沉積導(dǎo)熱粘合劑沈，一個或多個間斷將與一個或多個槽相重合。當(dāng)導(dǎo)熱粘合劑26在結(jié)合過程期間受熱時，沿間斷的方向流動的任何液化的導(dǎo)熱粘合劑將落入充當(dāng)溢流道的槽中。在另一個實施例中，金屬帶或其他合適的隔擋件可以布置在連接表面觀上，或可以整體地形成在連接表面觀中，并且定位成截斷層離路徑。然后可以將導(dǎo)熱粘合劑沈沉積在金屬帶或隔擋件的相反兩側(cè)。因而，金屬帶或隔擋件與間斷相重合并阻隔導(dǎo)熱粘合劑 26從間斷的一側(cè)向另一側(cè)橋接。在另一個實施例中，可以使用金屬帶和槽的組合。例如，可以在連接表面觀中限定一個或多個槽，并可以將相應(yīng)數(shù)量的金屬帶或其他隔擋件插入槽中。然后可以將導(dǎo)熱粘合劑沈沉積在槽和金屬帶組合的相反兩側(cè)，槽和金屬帶組合將充當(dāng)隔擋件以阻隔導(dǎo)熱粘合劑26橋接間斷。在又一個實施例中，可以以截斷層離路徑的圖案將不導(dǎo)熱的粘合劑，如環(huán)氧樹脂， 沉積在連接表面觀上。然后可以將導(dǎo)熱粘合劑沈沉積在不導(dǎo)熱的粘合劑的相反兩側(cè)，因此在將基片22結(jié)合到散熱器M的過程中，導(dǎo)熱粘合劑在受熱時被阻隔?？梢酝ㄟ^回顧伴隨本申請的說明和回顧下面的具體描述來進(jìn)一步理解上面描述的連接裝置。參考圖3 — 5，示出了用于散熱器M的連接裝置33 (看圖5)，其中槽充當(dāng)隔擋件幫助在導(dǎo)熱粘合劑26中形成間斷。如圖3中最好地看到的，散熱器M包括限定在連接表面觀中的槽34。槽34可以以本領(lǐng)域中已知的任何合適方式限定在連接表面28中，包括通過使用銑削和機械加工技術(shù)和通過使用冷鍛形成。在所示的實施例中，在連接表面觀中僅僅限定了單個槽。如所示的，槽34具有帶有圓角的大致矩形的形狀。該構(gòu)形模仿導(dǎo)熱粘合劑26的層離的預(yù)期圖案，因而槽34截斷層離路徑。在其他實施例中，可以采用任何其他所需的形狀或構(gòu)形。在再一個實施例中，可以在連接表面觀中限定一個以上的槽。在一個實施例中， 可以在連接表面觀中限定四個分開的槽，每個槽都從連接表面觀的四個角中的一個開始沿著層離路徑定位。在另一個實施例中，可以在連接表面觀中限定兩個或更多同心槽以提供多個間斷。如圖4中最好地看到的，當(dāng)從散熱器M上方觀察時，導(dǎo)熱粘合劑沈以一種圖案沉積在連接表面28上，該圖案將間斷36定位在導(dǎo)熱粘合劑沈的層中處于與槽34基本上相
6同的位置。間斷36用來將導(dǎo)熱粘合劑沈的層分成兩個部分，內(nèi)部部分38和包圍內(nèi)部部分 38的外部部分40。參考圖5，示出了沿圖4的線5-5得到的橫截面圖。在該視圖中，添加了基片22 以闡明散熱器M和基片22之間的連接裝置。如所示的，槽34包含一些溢出的導(dǎo)熱粘合劑 42。這是因為導(dǎo)熱粘合劑沈當(dāng)在結(jié)合過程期間液化時流入槽34中。在一些實施例中，可能希望槽34的深度等于導(dǎo)熱粘合劑沈的層的預(yù)期厚度的至少兩倍以容納從內(nèi)部部分38 和外部部分40流出的溢出的導(dǎo)熱粘合劑。通過容納溢出的導(dǎo)熱粘合劑42，槽34幫助維持導(dǎo)熱粘合劑26的層中的間斷36。因而，當(dāng)層離過程沿著層離路徑傳播時，它將遭遇間斷36 并被中斷。于是，層離過程不得不從間斷36的另一側(cè)上的內(nèi)部部分38重新開始。層離過程的這個停止和重新開始將減慢層離過程并延長散熱器M從基片22吸熱的能力。參考圖6 — 8，示出了用金屬帶44形成間斷36的連接裝置33的備選實施例(看圖 8)。如圖6中最好地看到的，金屬帶44布置在連接表面觀上。金屬帶44具有任何所需的形狀。在所示的實施例中，金屬帶44具有帶圓角的矩形形狀以模仿層離圖案。在其他實施例中，可以以截斷層離路徑的圖案布置多個金屬帶片段，而不是采用單個金屬帶。在其他的實施例中，可以采用多個同心布置的金屬帶。在其他實施例中，也可以使用其他類型的凸起的隔擋件。例如，地形特征可以整體地模制在連接表面觀中以充當(dāng)形成間斷36且打斷層離過程的隔擋件。如圖7中最好地看到的，導(dǎo)熱粘合劑沈在金屬帶44內(nèi)側(cè)的區(qū)域上和金屬帶44外側(cè)的區(qū)域上沉積在連接表面觀上，從而分別形成內(nèi)部部分38和外部部分40。金屬帶44用來形成內(nèi)部部分38和外部部分40之間的間斷36并阻隔了在結(jié)合過程期間液化的導(dǎo)熱粘合劑沈的流動。參考圖8，連接裝置33被表示為處于基片22和散熱器M之間。金屬帶44防止了在將基片22結(jié)合到散熱器M的過程期間液化的導(dǎo)熱粘合劑沈在內(nèi)部部分38和外部部分 40之間的流動，因而間斷36以機智的方式保留。用金屬帶44充當(dāng)層離路徑中的隔擋件的一個優(yōu)點是由于其導(dǎo)熱性引起的其引導(dǎo)熱量離開基片22的能力及與基片22與散熱器M 的直接接觸。參考圖9 一 11，示出了連接裝置33的另一個實施例(看圖11)，其采用了槽34和金屬帶44的組合。如圖9中最好地看到的，一旦在連接表面觀中限定了槽34，就可以將金屬帶44布置在槽34內(nèi)。這個實施例可以在金屬帶44在連接表面觀上的定位和維護(hù)方面提供更好的控制，并且與通過單獨起作用的金屬帶44或槽34提供的阻礙相比，這個實施例可以對液化導(dǎo)熱粘合劑的流動提供更穩(wěn)固的阻礙。參考圖12 - 14，示出了連接裝置33的另一個實施例(看圖14)。不導(dǎo)熱的粘合劑隔擋件46被表示為布置在連接表面觀上。不導(dǎo)熱的粘合劑隔擋件46可以包括具有較低導(dǎo)熱能力的任何粘合劑，如任何類型的膠或環(huán)氧樹脂。在圖12中，不導(dǎo)熱的粘合劑隔擋件 46被構(gòu)形為帶圓角的矩形以模仿層離的圖案。在其他實施例中，不導(dǎo)熱的粘合劑46可以具有任何其他合適的構(gòu)形。在再其他的實施例中，不導(dǎo)熱的粘合劑46可以以一種圖案沉積在連接表面觀上，該圖案形成多個部分，每個部分都截斷導(dǎo)熱粘合劑沈的層離路徑。參考圖13，導(dǎo)熱粘合劑沈已經(jīng)以形成內(nèi)部部分38和外部部分40的圖案沉積在連接表面28上，不導(dǎo)熱的粘合劑隔擋件46布置在兩個部分之間。以這種方式，不導(dǎo)熱的粘合劑隔擋件46的定位與間斷36相重合，并且用來阻隔導(dǎo)熱粘合劑沈在結(jié)合過程期間的流動。參考圖14，示出了沿圖13的線14-14得到的橫截面圖。圖14示出了基片22和散熱器M之間的連接裝置33。如所示的，在將基片22結(jié)合到散熱器M的過程期間，不導(dǎo)熱的粘合劑隔擋件46阻隔導(dǎo)熱粘合劑沈的流動以維持間斷36。所示的構(gòu)形具有下列優(yōu)點 與先前討論的實施例提供的粘合劑相比，在基片22和散熱器對之間提供了更多的粘合劑。 該額外粘合劑的提供可以進(jìn)一步延遲層離過程。參考圖15，示出了表示將基片22連接到散熱器M的方法的框圖。在框48中，將隔擋件置于散熱器M的連接表面觀上。隔擋件可以采取上面討論的任何一種形式以及適合于防止液化的導(dǎo)熱粘合劑沈流過間斷36的任何其他隔擋件。在某些實施例中，隔擋件可以采取具有圓角的矩形形狀，而在其他實施例中，隔擋件可以具有任何合適的構(gòu)形。在框50，將導(dǎo)熱粘合劑沈沉積在隔擋件的相反兩側(cè)。在某些實施例中，例如隔擋件采取具有圓角的矩形形狀的實施例，導(dǎo)熱粘合劑26將形成隔擋件內(nèi)的內(nèi)部部分38和包圍隔擋件的外部部分40。在框52，將基片22置于隔擋件和導(dǎo)熱粘合劑沈附近。然后可以加熱導(dǎo)熱粘合劑 26以使它液化并形成與基片22的結(jié)合。盡管已經(jīng)在前面的詳細(xì)描述中提供了至少一個示例性實施例，但應(yīng)該懂得存在大量變化。還應(yīng)該懂得，一個或多個示例性實施例僅僅是例子，不是用來以任何方式限制范圍、應(yīng)用或構(gòu)形。相反，前面的詳細(xì)描述將給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實現(xiàn)一個或多個示例性實施例的方便的指示。應(yīng)該懂得，在不背離在所附權(quán)利要求及其法律上的等價方案中闡明的范圍的情況下，在元件的功能和安排上可以作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于散熱器的連接裝置，所述連接裝置包括 限定在所述散熱器上的連接表面；布置在所述連接表面上的導(dǎo)熱粘合劑；和通過所述導(dǎo)熱粘合劑連接到所述連接表面的基片，其中所述導(dǎo)熱粘合劑限定了布置在所述導(dǎo)熱粘合劑的層離路徑中的間斷。
2.如權(quán)利要求1所述的連接裝置，其中所述導(dǎo)熱粘合劑包括兩個部分，其中所述兩個部分中的一個包圍所述兩個部分中的另一個以形成內(nèi)部部分和外部部分，以及所述內(nèi)部部分與所述外部部分被所述間斷隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的連接裝置，其中所述導(dǎo)熱粘合劑包括焊料。
4.一種用于散熱器的連接裝置，所述連接裝置包括 限定在所述散熱器上的連接表面；布置在所述連接表面上的導(dǎo)熱粘合劑，所述導(dǎo)熱粘合劑包括多個部分，每個部分彼此間隔開；布置在所述多個部分中的每個部分之間的隔擋件；和通過所述導(dǎo)熱粘合劑連接到所述連接表面的基片。
5.如權(quán)利要求4所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括限定在所述連接表面和所述基片之一中的槽。
6.如權(quán)利要求4所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括不導(dǎo)熱的粘合劑。
7.如權(quán)利要求4所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括金屬帶。
8.如權(quán)利要求4所述的連接裝置，其中所述隔擋件包括限定在所述連接表面和所述基片之一的表面中的槽，并且還包括布置在所述槽內(nèi)的金屬帶。
9.一種用于將零件連接到散熱器的方法，該方法包括下列步驟 將隔擋件定位于所述散熱器的連接表面上；以一種圖案將導(dǎo)熱粘合劑沉積在所述散熱器的所述連接表面上，該圖案形成被圍在所述隔擋件內(nèi)的第一部分和包圍所述隔擋件的第二部分；和將基片布置在所述導(dǎo)熱粘合劑附近。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述定位步驟包括在所述連接表面中限定槽。
全文摘要
一種用于散熱器的連接裝置包括，但不局限于，限定在散熱器上的連接表面。導(dǎo)熱粘合劑布置在連接表面上?；ㄟ^導(dǎo)熱粘合劑連接到連接表面，導(dǎo)熱粘合劑限定了布置在導(dǎo)熱粘合劑的層離路徑中的間斷。
文檔編號H01L21/48GK102157466SQ201110034268
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者K·樂, M·D·科里奇, V·格羅蘇, Y·鄭 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司