发明名称 金属元件接合方法、散热元件与其制造方法
摘要 本发明揭示一种金属元件接合方法,能够将具有相异熔点的二金属元件相互重合并接合时,得到安定的接合部品质,并能适用于大型并具有复杂形状的各金属元件之间的接合,包含:将复数个金属元件(铝元件101、铜元件102)依照其熔点的高低顺序相互重合配置;以及将一沿圆周转动的圆板状接合治具103的治具本体103a的圆周面置于上述金属元件的重合部,使治具本体103a的圆周面压入上述金属元件中熔点最高的金属元件(铜元件102)的表面,并使治具本体103a的圆周面沿着上述熔点最高的金属元件(铜元件102)的表面移动,而使上述金属元件(铝元件101、铜元件102)相互接合。
申请公布号 TWI259117 申请公布日期 2006.08.01
申请号 TW092121608 申请日期 2003.08.07
申请人 轻金属股份有限公司 发明人 堀久司;堀田元司;加濑泽善正;齐藤久男;南田刚;牧田慎也;江藤节;野治道
分类号 B23K20/12;H05K7/20;H01L23/36 主分类号 B23K20/12
代理机构 代理人 洪澄文 台北市大安区信义路4段279号3楼
主权项 1.一种金属元件接合方法,包含: 提供复数个金属元件,依照熔点的高低顺序相互重 合排列;以及 将一沿圆周转动的圆板状接合治具的圆周面置于 该些金属元件的重合部,使该接合治具的圆周面压 入该些金属元件中熔点最高的金属元件的表面,并 使该圆周面沿着该熔点最高的金属元件的表面移 动,而使该些金属元件相互接合。 2.一种金属元件接合方法,包含: 提供二个熔点相异的金属元件相互重合排列;以及 将一沿圆周转动的圆板状接合治具的圆周面置于 该些金属元件的重合部,使该接合治具的圆周面压 入该些金属元件中熔点较高的金属元件的表面,并 使该圆周面沿着该熔点较高的金属元件的表面移 动,而使该些金属元件相互接合。 3.一种金属元件接合方法,包含: 提供一铜元件与一铝元件相互重合排列;以及 将一沿圆周转动的圆板状接合治具的圆周面置于 该铜元件与该铝元件的重合部,使该接合治具的圆 周面压入该铜元件的表面,并使该圆周面沿着该铜 金属元件的表面移动,而使该铜元件与该铝元件相 互接合。 4.如申请专利范围第3项所述之金属元件接合方法, 其中接合时,该接合治具转动的圆周速率R(m/min.)系 由下式(A)求出: 250≦R≦2000……………(A)。 5.如申请专利范围第3项所述之金属元件接合方法, 其中接合时,该接合治具在该铜元件的表面压入量 (m)系由下式(B)求出: 0.03t≦≦0.3t……………(B) 其中t为该重合部中的该铜元件的厚度(m)。 6.如申请专利范围第4项所述之金属元件接合方法, 其中接合时,该接合治具在该铜元件的表面压入量 (m)系由下式(B)求出: 0.03t≦≦0.3t……………(B) 其中t为该重合部中的该铜元件的厚度(m)。 7.如申请专利范围第3项所述之金属元件接合方法, 其中接合时,该接合治具沿着该铜金属元件的表面 移动的行进速率V(m/min.)系由下式(C)求出: 0.1≦V≦R/(5.0107t2)……………(C) 其中R为接合时该接合治具的圆周速率(m/min.); t为该重合部中的该铜元件的厚度(m)。 8.如申请专利范围第4项所述之金属元件接合方法, 其中接合时,该接合治具沿着该铜金属元件的表面 移动的行进速率V(m/min.)系由下式(C)求出: 0.1≦V≦R/(5.0107t2)……………(C) 其中R为接合时该接合治具的圆周速率(m/min.); t为该重合部中的该铜元件的厚度(m)。 9.如申请专利范围第5项所述之金属元件接合方法, 其中接合时,该接合治具沿着该铜金属元件的表面 移动的行进速率V(m/min.)系由下式(C)求出: 0.1≦V≦R/(5.0107t2)……………(C) 其中R为接合时该接合治具的圆周速率(m/min.); t为该重合部中的该铜元件的厚度(m)。 10.如申请专利范围第6项所述之金属元件接合方法 ,其中接合时,该接合治具沿着该铜金属元件的表 面移动的行进速率V(m/min.)系由下式(C)求出: 0.1≦V≦R/(5.0107t2)……………(C) 其中R为接合时该接合治具的圆周速率(m/min.); t为该重合部中的该铜元件的厚度(m)。 11.一种散热元件,包含: 一铝质散热器(heat sink)材料,具有一基板、与立设 于该基板之一表面上的散热鳍片;以及 一铜质导热板,在该基板的另一表面上,与该基板 相互重合而接合于该基板,其中该铜质导热板与该 基板的接合方法系使用记载于申请专利范围第3至 10项的任一项之金属元件接合方法。 12.如申请专利范围第11项所述之散热元件,其中该 散热器材料系使用铝挤型而成形。 13.一种散热元件的制造方法,包含: 提供一铝质散热器(heat sink)材料,具有一基板、与 立设于该基板之一表面上的散热鳍片,并配置一铜 质导热板,重合于该基板的另一表面上;以及 使用记载于申请专利范围第3至10项的任一项之金 属元件接合方法,接合该基板与该铜质导热板。 14.一种金属元件接合方法,包含: 提供复数个金属元件,依照熔点的高低顺序相互重 合排列;以及 在该些金属元件中熔点最高的金属元件之一侧,对 该些金属元件之重合部加热及加压,而使该些金属 元件相互接合,其中对该些金属元件之重合部加热 及加压时,系将一沿圆周转动的圆板状接合治具的 圆周面压入该些金属元件中熔点最高的金属元件 的表面,并使该圆周面沿着该熔点最高的金属元件 的表面移动,且该接合治具的圆周面上,形成有相 对于转动方向轻微倾斜、且连续的凹槽。 15.如申请专利范围第14项所述之金属元件接合方 法,其中该些凹槽之间的平面部的宽度为w1(mm)、该 些凹槽的宽度为w2(mm),并符合以下条件:1≦w1≦5、 且1≦w2≦3、且0.67≦w1/w2≦5.00。 16.如申请专利范围第14项所述之金属元件接合方 法,其中该些凹槽相对于该接合治具的转动方向倾 斜的角度为0.5-2.0,且该接合治具的整个圆周面中, 至少形成有二条该些凹槽。 17.如申请专利范围第15项所述之金属元件接合方 法,其中该些凹槽相对于该接合治具的转动方向倾 斜的角度为0.5-2.0,且该接合治具的整个圆周面中, 至少形成有二条该些凹槽。 18.如申请专利范围第14、15、16或17项所述之金属 元件接合方法,其中该些凹槽的深度为0.3-1.2mm。 19.一种金属元件接合方法,包含: 一第一步骤,将一第一金属元件与熔点高于该第一 金属元件的熔点的一第二金属元件重合;以及 一第二步骤,由该第二金属元件向该第一金属元件 加压并加热,而使该第一金属元件与该第二金属元 件相互接合,其中该第二步骤时,系将一会转动的 圆板状接合治具的板面压在该第二金属元件,并使 该板面沿着该第二金属元件的表面移动。 20.一种散热元件,藉由如申请专利范围第19项所述 之金属元件接合方法,将上述第一金属元件构成、 断面呈现 字形的板材的复数个散热鳍片,接合于 上述第二金属元件构成的基板。 21.一种散热元件,藉由如申请专利范围第19项所述 之金属元件接合方法,将上述第一金属元件构成、 断面呈现L字形的板材的复数个散热鳍片,接合于 上述第二金属元件构成的基板。 22.一种散热元件,藉由如申请专利范围第19项所述 之金属元件接合方法,将上述第一金属元件构成的 复数个波形(corrugate)鳍片,接合于上述第二金属元 件构成的基板。 23.一种散热元件,藉由如申请专利范围第19项所述 之金属元件接合方法,将上述第一金属元件构成的 复数个散热柱状体,接合于上述第二金属元件构成 的基板。 图式简单说明: 第1A-1C图系显示本发明之金属元件接合方法之一 实施型态各步骤,其中第1A、1B为正面剖面图,第1C 图为第1B图之侧视图。 第2A-2C图为一系列之剖面图,系显示第1A-1C图之铝 元件与铜元件之重合部之塑性变形的过程。 第3图为一正面剖面图,系显示本发明之金属元件 接合方法之另一实施型态。 第4图为一斜视图,系显示本发明之散热元件之一 实施型态。 第5A-5C图为一系列之底面视图与剖面图,系显示本 发明之散热元件之另一实施型态,其中第5A图为底 面视图,第5B、5C图为剖面图。 第6A-6C图为一系列之剖面图,系显示本发明之散热 元件的制造方法之一实施型态的各步骤,其中第6A 、6B图为正面剖面图,第6C图为第6B图之剖面图。 第7A-7C图为一系列之剖面图,系显示本发明之散热 元件的制造方法之另一实施型态。 第8A-8C图系显示摩擦震动接合的顺序,其中第8A、8B 为正面剖面图,第8C图为第8B图之侧视图。 第9A-9C图为一系列之剖面图,系显示第8A-8C图之铝 元件与铜元件之重合部之塑性变形的过程。 第10图为一正面剖面图,系显示金属元件之摩擦震 动接合之另一例子。 第11A-11B图为一系列之正面剖面图,系显示本发明 散热元件的制造方法之第一实施型态。 第12A-12B图为一系列之正面剖面图,系显示接续于 第11A-11B图的步骤,其中第12A图系显示摩擦震动接 合步骤,第12B图系显示间隔物脱离步骤。 第13图为一分解斜视图,系显示本发明之散热元件 制造用治具之一实施型态。 第14图为一斜视图,系显示本发明之散热元件之一 实施型态。 第15A-15C图为一系列之斜视图,系显示第12A图所示 之摩擦震动接合步骤之接合治具的移动轨迹的例 子。 第16图为一正面剖面图,系显示第12A图所示之摩擦 震动接合步骤之另一例子。 第17图为一正面剖面图,系显示本发明之散热元件 之另一实施型态。 第18A-18C图为一系列之正面剖面图,系显示第17图所 示之散热元件的制造顺序,其中第18A图为第一样态 ,第18B、18C图为第二样态。 第19A-19G图为一系列之正面剖面图,系显示第17图所 示之散热元件的制造顺序,其中第19A-19C图为第三 样态,第19D-19G图为第四样态。 第20A-20E图为一系列之正面剖面图,系显示本发明 之散热元件的制造方法之第二实施型态,其中第20A -20C图系显示元件接合步骤,第20D图系显示摩擦震 动接合步骤,第20E图系显示间隔物脱离步骤。 第21A-21D图系显示本发明之散热元件的制造方法之 第三实施型态,其中第21A图系显示鳍片配置步骤之 正面剖面图,第21B、21C图系显示基板配置步骤之正 面剖面图,第21D图系显示第21C图之部分放大图。 第22A-22B图为一系列之正面剖面图,系显示接续于 第21A-21D图的步骤,其中第22A图系显示摩擦震动接 合步骤,第22B图系显示间隔物脱离步骤。 第23A-23E图为一系列之正面剖面图,系显示本发明 之散热元件的制造方法之第四实施型态之元件接 合步骤。 第24A-24B图为一系列之正面剖面图,系显示接续于 第23A-23E图的步骤,其中第24A图系显示摩擦震动接 合步骤,第24B图系显示间隔物脱离步骤。 第25A-25B图为一系列之斜视图,系显示本发明之散 热元件其他的实施型态。 第26A-26C图为一系列之斜视图,系显示本发明之散 热元件其他的实施型态。 第27A-27B图系显示实际制造的散热元件之鳍片与基 板的接合部,其中第27A图为部分放大剖面图,第27B 图为第27A图之部分放大图。 第28A-28C图系显示摩擦震动接合的顺序,其中第28A- 28B图为正面剖面图,第28C图为第28B图之侧视图。 第29A-29C图为一系列之剖面图,系显示第28A-28C图之 铝元件与铜元件之重合部之塑性变形的过程。 第30图为一正面剖面图,系显示金属元件之摩擦震 动接合之另一例子。 第31图为一斜视图,系显示本发明之散热元件之一 实施型态。 第32A-32E图为一系列之正面剖面图,系显示第31图之 散热元件之制造方法。 第33A-33C图为一系列之斜视图,系显示第32D图所示 之接合治具的移动轨迹的例子。 第34图为一斜视图,系显示本发明之散热元件之另 一实施型态。 第35A-35D图为一系列之正面剖面图,系显示第34图之 散热元件之制造方法。 第36A-36B图系显示本发明散热器之第一实施型态, 其中第36A图为分解斜视图,第36B图为组装后的斜视 图。 第37A图为第36A-36B图之散热器之俯视图。 第37B、37C图分别为第36A-36B图之散热器之X方向侧 视图与Y方向侧视图。 第38图为一组装后的斜视图,系显示本发明散热器 之第二实施型态。 第39A-39B图系显示本发明散热器之第三实施型态, 其中第39A图为分解斜视图,第39B图为组装后的斜视 图。 第40A图为第39A-39B图之散热器之俯视图。 第40B、40C图分别为第39A-39B图之散热器之X方向侧 视图与Y方向侧视图。 第41图为一组装后的斜视图,系显示本发明散热器 之第四实施型态。 第42A-42B图系显示本发明散热器之第五实施型态, 其中第42A图为分解斜视图,第42B图为组装后的斜视 图。 第43A图为第42A-42B图之散热器之俯视图。 第43B、43C图分别为第42A-42B图之散热器之X方向侧 视图与Y方向侧视图。 第44图为一组装后的斜视图,系显示本发明散热器 之第六实施型态。 第45A-45B图系显示本发明散热器之第七实施型态, 其中第45A图为分解斜视图,第45B图为组装后的斜视 图。 第46A图为第45A-45B图之散热器之俯视图。 第46B、46C图分别为第45A-45B图之散热器之X方向侧 视图与Y方向侧视图。 第47图为一组装后的斜视图,系显示本发明散热器 之第八实施型态。 第48A-48C图系显示本发明金属元件接合方法之第一 实施型态之顺序,其中第48A、48B图为正面剖面图, 第48C图为第48B图之侧视图。 第49A-49C图为一系列之剖面图,系显示第48A-48C图之 铝元件与铜元件之重合部之塑性变形的过程。 第50A图系显示第48A-48C图之接合治具之部分放大图 。 第50B-50D图系显示第48A-48C图之接合治具之圆周面 的凹槽的其他例子。 第51图为一正面剖面图,系显示金属元件的摩擦震 动接合的其他例子。 第52A-52B图为一系列之正面剖面图,系显示本发明 之金属元件接合方法之第二实施型态之元件配置 步骤。 第53A-53B图为一系列之正面剖面图,系显示接续于 第52A-52B图的步骤,其中第53A图系显示摩擦震动接 合步骤,第53B图系显示间隔物脱离步骤。 第54图为一分解斜视图,系显示本发明之散热元件 制造用治具之一实施型态。 第55图为一斜视图,系显示本发明之散热元件之一 实施型态。 第56A-56C图为一系列之斜视图,系显示第53A图所示 之摩擦震动接合步骤之接合治具的移动轨迹的例 子。 第57图为一正面剖面图,系显示第53A图所示之摩擦 震动接合步骤之另一例子。 第58图为一正面剖面图,系显示本发明之散热元件 之另一实施型态。 第59A-59C图为一系列之正面剖面图,系显示第58图所 示之散热元件的制造顺序,其中第59A图为第一样态 第59B、59C图为第二样态。 第60A-60G图为一系列之正面剖面图,系显示第58图所 示之散热元件的制造顺序,其中第60A-60C图为第三 样态,第60D-60G图为第四样态。 第61A-61E图为一系列之正面剖面图,系显示本发明 之金属元件接合方法之第三实施型态,其中第61A-61 C图系显示元件接合步骤,第61D图系显示接合步骤, 第61E图系显示间隔物脱离步骤。 第62A-62D图系显示本发明之金属元件接合方法之第 四实施型态,其中第62A图系显示鳍片配置步骤之正 面剖面图,第62B、62C图系显示基板配置步骤之正面 剖面图,第62D图系显示第62C图之部分放大图。 第63A-63B图为一系列之正面剖面图,系显示接续于 第62A-62D图的步骤,其中第63A图系显示摩擦震动接 合步骤,第63B图系显示间隔物脱离步骤。 第64A-64E图为一系列之正面剖面图,系显示本发明 之散热元件的制造方法之第一实施型态之元件接 合步骤。 第65A-65B图为一系列之正面剖面图,系显示接续于 第64A-64E图的步骤,其中第65A图系显示摩擦震动接 合步骤,第65B图系显示间隔物脱离步骤。 第66A-66C图系显示特许文献一所揭示的摩擦震动接 合的顺序,其中第66A、66B图为正面剖面图,第66C图 为第66B图之侧视图。 第67A-67D图为一系列之部分斜视图,系显示特许文 献一所揭示的接合治具。 第68A-68C图系显示第一实施型态之金属元件接合方 法之摩擦接合的顺序,其中第68A、68B图为正面剖面 图,第68C图为第68B图之侧视图。 第69A-69C图为一系列之剖面图,系显示第68A-68C图之 铝元件与铜元件之重合部之塑性变形的过程。 第70图系显示第68图之接合治具之部分放大图。 第71A-71C图系显示第二实施型态之金属元件接合方 法所使用的接合治具,其中第71A图为斜视图,第71B 、71C为其他例子的底面视图。 第72A-72B图为一系列之斜视图,系显示第二实施型 态之金属元件接合方法所使用的接合治具之其他 例子。 第73A-73B图为一系列之剖面图,系显示第二实施型 态之金属元件接合方法之摩擦接合的步骤。 第74A图为一斜视图,系显示一散热元件。 第74B-74C图为一系列之剖面图,系显示第74A图所示 之散热元件的制造步骤。 第75A-75B图为一系列之剖面图,系显示第74A图所示 之散热元件的制造步骤。 第76图为一剖面图,系显示散热元件之另一例子。 第77图为一斜视图,系显示第76图之散热元件构成 中之散热鳍片。 第78图为一斜视图,系显示第76图之散热元件制造 时所使用的支持治具。 第79A-79C图为一系列之剖面图,系显示第76图所示之 散热元件的制造步骤。 第80A-80D图为一系列之剖面图与一斜视图,系显示 第76图所示之散热元件的变形例。 第81A-81B图系显示本发明之散热元件之第一实施型 态,其中第81A图为斜视图,第81B图为分解斜视图。 第82A图为第81A图沿AA线之剖面图。 第82B图为第81A图沿BB线之剖面图。 第82C图为第81A图之底部视图。 第83A-83B图为一系列之剖面图,系显示第81A-81B图之 散热元件的制造方法之一例。 第84A-84B图系显示接续于第83A-83B图的步骤,其中第 84A图为侧视图,第84B图为要部放大剖面图。 第85图为一斜视图,系显示接续于第84A-84B图的步骤 。 第86A-86E图为一系列之剖面图,系显示第81A-81B图之 散热元件的制造方法之另一例。 第87A-87B图为一系列之剖面图,系显示接续于第86A- 86E图的步骤。 第88A-88B图为一系列之斜视图,系分别显示本发明 之散热元件的第二实施型态与第三实施型态。 第89A-89C图为一系列之斜视图,系分别显示本发明 之散热元件的第四实施型态至第六实施型态。 第90A-90C图为一系列之斜视图,系分别显示本发明 之散热元件的第七实施型态至第九实施型态。 第91A-91B图为一系列之斜视图,系分别显示本发明 之散热元件的第十实施型态与第十一实施型态。 第92A-92B图为一系列之斜视图,系分别显示本发明 之散热器的第一实施型态与第二实施型态。 第93A-93B图为一系列之剖面图,系显示实施例1之各 样品的断面形状与尺寸。 第93C图为一柱状图,系显示实施例1之模拟结果。 第94A-94B图为一系列之柱状图,系显示实施例2之模 拟结果。 第95A-95C图为一系列之剖面图,系显示实施例3之各 样品的断面形状与尺寸。 第95D-95E图为一系列之柱状图,系显示实施例3之模 拟结果。 第96图为一折线图,系显示实施例4之模拟结果。 第97图为一折线图,系显示实施例4之模拟结果。 第98图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 一应用例。 第99图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 二应用例。 第100图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 三应用例。 第101图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 四应用例。 第102A-102B图为一系列之剖面图,系显示摩擦震动接 合方法之第五应用例。 第103A-103B图为一系列之剖面图,系显示摩擦震动接 合方法之第六应用例。 第104图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 七应用例。 第105A-105B图为一系列之剖面图,系显示摩擦震动接 合方法之第八应用例。 第106A-106B图为一系列之剖面图,系显示摩擦震动接 合方法之第九应用例。 第107图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十应用例。 第108图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十一应用例。 第109图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十二应用例。 第110图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十三应用例。 第111图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十四应用例。 第112图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十五应用例。 第113图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十六应用例。 第114图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十七应用例。 第115图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十八应用例。 第116图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 十九应用例。 第117图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 二十应用例。 第118图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 二十一应用例。 第119图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 二十二应用例。 第120图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 二十三应用例。 第121图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 二十四应用例。 第122图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 二十五应用例。 第123图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法之第 二十六应用例。 第124A-124B图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法 之第二十七应用例。 第125A-125B图为一剖面图,系显示摩擦震动接合方法 之第二十八应用例。
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