復(fù)合散熱片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是關(guān)于一種復(fù)合散熱片。本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片主要包含有一石墨層與一金屬層。石墨層的一表面上具有第一嵌接結(jié)構(gòu)。金屬層的一表面上具有一對(duì)應(yīng)于第一嵌接結(jié)構(gòu)的第二嵌接結(jié)構(gòu)。石墨層與金屬層間藉由第一嵌接結(jié)構(gòu)與第二嵌接結(jié)構(gòu)接合，以增加兩相異材質(zhì)間的接合強(qiáng)度與降低接口熱阻，可以提高散熱效能上的穩(wěn)定。
【專利說明】復(fù)合散熱片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是有關(guān)一種復(fù)合散熱片，特別是指一種在XYZ三軸方向兼具有良好熱 傳導(dǎo)特性的復(fù)合散熱片。
【背景技術(shù)】
[0002]在科技的發(fā)展與消費(fèi)市場(chǎng)的需求趨勢(shì)下，電子產(chǎn)品不斷地往高性能化、高速度化 及輕薄短小的方向發(fā)展。這使得電子組件的密度相對(duì)增加，但由于電子組件于運(yùn)作時(shí)會(huì)產(chǎn) 生大量的熱能，因此如何使電子產(chǎn)品在有限的組件體積下能夠具備良好的散熱效率，以確 保電子產(chǎn)品的正常運(yùn)作，進(jìn)而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，“散熱”便成為現(xiàn)今電子產(chǎn)品首要克服 的關(guān)鍵問題。
[0003]因?yàn)榻饘倨赬YZ三軸方向皆具有良好的熱傳導(dǎo)特性，因此目前通常是使用銅、 鋁等熱傳導(dǎo)率高的金屬來制成散熱器，以將組件運(yùn)作時(shí)所產(chǎn)生的熱能導(dǎo)出。但相較于銅和 鋁，石墨具有重量輕且XY異向性熱傳導(dǎo)系數(shù)更高等優(yōu)勢(shì)，因此近年來石墨已被視為具有解 決現(xiàn)今電子產(chǎn)品散熱問題的優(yōu)良導(dǎo)熱材料。
[0004]然而，石墨片本身較為脆弱且Z軸方向的熱傳導(dǎo)系數(shù)不佳，這些問題使得石墨片 在散熱上的應(yīng)用受到限制。因此現(xiàn)有的解決方式是使用一膠體層將石墨片與金屬片黏合， 形成一復(fù)合散熱材料，以祈藉由金屬片來彌補(bǔ)石墨片在Z軸方向的熱傳導(dǎo)效能。但在這樣 的黏合方式下，膠體層的存在會(huì)使得石墨片與金屬片之間有很大的熱阻，導(dǎo)致這種復(fù)合散 熱材料在熱傳導(dǎo)的表現(xiàn)上不甚理想。
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型遂針對(duì)上述習(xí)知技術(shù)的缺失，提出一種嶄新的復(fù)合散熱片， 以有效克服上述的該等問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的主要目的在提供一種XYZ導(dǎo)熱性佳的復(fù)合散熱片。在本實(shí)用新型的 復(fù)合散熱片中，藉由第一層的第一嵌接結(jié)構(gòu)與第二層的第二嵌接結(jié)構(gòu)接合，以提高兩相異 材質(zhì)間的接合強(qiáng)度與穩(wěn)定性。
[0007]本實(shí)用新型的另一目的在提供一種復(fù)合散熱片，當(dāng)?shù)谝粚硬捎萌斯な?，第?層采用銅或鋁時(shí)，本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片在XYZ方向的熱傳導(dǎo)系數(shù)均可達(dá)到400W/m°C以 上。
[0008]本實(shí)用新型的又一目的在提供一種重量輕且體積薄的復(fù)合散熱片。
[0009]為達(dá)上述的目的，本實(shí)用新型提供一種復(fù)合散熱片，其主要包含有一石墨層與一 金屬層。石墨層的一表面上具有一第一嵌接結(jié)構(gòu)。金屬層的一表面上具有一對(duì)應(yīng)于第一嵌 接結(jié)構(gòu)的第二嵌接結(jié)構(gòu)。石墨層與金屬層藉由第一嵌接結(jié)構(gòu)與第二嵌接結(jié)構(gòu)穩(wěn)固接合。
[0010]本實(shí)用新型教不另一種復(fù)合散熱片，其包含有一金屬層；一石墨層；以及一由石 墨粉所構(gòu)成的石墨接合層，其位于金屬層與石墨層間，以接合金屬層與石墨層。
[0011]其中石墨接合層是由蠕蟲狀石墨粉或蠕蟲狀石墨粉與膠料所混合制成。[0012]更者，本實(shí)用新型更教示上述的實(shí)施例的金屬層表面上更可形成有一金屬氧化層。
[0013]實(shí)施本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片主要包含有一石墨層與一金屬層。石墨層的一表面上具有第一嵌接結(jié)構(gòu)。金屬層的一表面上具有一對(duì)應(yīng)于第一嵌接結(jié)構(gòu)的第二嵌接結(jié)構(gòu)。石墨層與金屬層間藉由第一嵌接結(jié)構(gòu)與第二嵌接結(jié)構(gòu)接合，以增加兩相異材質(zhì)間的接合強(qiáng)度與降低接口熱阻，可以提高散熱效能上的穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0015]圖1(a)為本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片的第一實(shí)施例示意圖。
[0016]圖1(b)為本實(shí)用新型的圖1(a)的局部A的放大示意圖。
[0017]圖1 (c)為制作圖1 (a)所述的復(fù)合散熱片的一實(shí)施例步驟流程圖。
[0018]圖2是制備上述圖1(a)的復(fù)合散熱片的另一步驟流程圖。
[0019]圖3(a)為本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片的另一實(shí)施例示意圖。
[0020]圖3(b)為制備圖3(a)的復(fù)合散熱片的步驟流程圖。
[0021]圖4(a)為本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片的另一實(shí)施例示意圖。
[0022]圖4(b)為制備圖4(a)的復(fù)合散熱片的步驟流程圖。
`[0023]圖5(a)為本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片的另一實(shí)施例示意圖。
[0024]圖5(b)為制備圖5(a)的復(fù)合散熱片的步驟流程圖。
[0025]圖6(a)為使用習(xí)知的銅層/膠體/人工石墨紙復(fù)合散熱片對(duì)一熱源進(jìn)行散熱實(shí)驗(yàn)的熱顯像圖。
[0026]圖6(b)為使用無復(fù)合銅層的人工石墨紙對(duì)一熱源進(jìn)行散熱實(shí)驗(yàn)的熱顯像圖。
[0027]圖6(c)為使用本實(shí)用新型的銅層/人工石墨紙復(fù)合散熱片對(duì)一熱源進(jìn)行散熱實(shí)驗(yàn)的熱顯像圖。
[0028]圖7為圖6(a)至圖6(c)的實(shí)驗(yàn)架構(gòu)示意圖。
[0029]【圖號(hào)對(duì)照說明】
[0030] 10人工石墨紙12銅層 14復(fù)合散熱片16層狀石墨烯 18嵌接結(jié)構(gòu)20嵌接結(jié)構(gòu) 22人工石墨紙24嵌接結(jié)構(gòu) 26銅層27嵌接結(jié)構(gòu) 28復(fù)合散熱片30石墨紙 32蠕蟲狀石墨粉層34銅箔 35石墨接合層36復(fù)合散熱片 40銅箔42膠料 44蠕蟲狀石墨粉層46人工石墨紙 48復(fù)合散熱片50熱源 52散熱片
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下:
[0032]在一實(shí)施中，接合結(jié)構(gòu)分別是石墨層的一表面上的第一嵌接結(jié)構(gòu)，以及金屬層表面上對(duì)應(yīng)于第一嵌接結(jié)構(gòu)的第二嵌接結(jié)構(gòu)。
[0033]上述的第一嵌接結(jié)構(gòu)可以是石墨層的自身材料特性或者是經(jīng)過表面處理加工所形成。
[0034]以下系列舉數(shù)個(gè)實(shí)施例來說明本實(shí)用新型，但并不因此局限本實(shí)用新型僅具有下列結(jié)構(gòu)型態(tài)、材質(zhì)選用或者僅能以下列方式制作，于此先陳明。
[0035]請(qǐng)一并參閱圖1 (a)、圖1(b)與圖1 (C)，其是各為本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片的第一實(shí)施例示意圖、圖1(a)的局部放大示意圖與制作圖1(a)所述的復(fù)合散熱片的一實(shí)施例步驟流程圖。
[0036]在此實(shí)施例中，第一層是采用人工石墨紙，第二層的材質(zhì)是選用銅或鋁，以下以銅作為說明范例。
[0037]首先，如步驟Sll所述，提供一人工石墨紙10 ;隨后，如步驟S12所述，于人工石墨紙10上涂布一銅膠(圖中未示);再如步驟S13所述，對(duì)已涂布銅膠的人工石墨紙10進(jìn)行約1100°C燒結(jié)制程，以去除銅膠內(nèi)的膠料；隨后，即可如步驟S14所述獲得如圖1(a)所示的人工石墨紙10上設(shè)有一銅層12的復(fù)合散熱片14。
[0038]在此實(shí)施例中，因?yàn)槿斯な?0是由數(shù)個(gè)層狀石墨烯16交錯(cuò)迭置組成，石墨烯與石墨烯間存在有許多孔洞或間隙，此些間隙即作為嵌接結(jié)構(gòu)18。而銅膠是由銅粉與膠料 混合而成，因此在人工石墨紙10上涂布銅膠時(shí)，銅粉會(huì)隨著膠料流至間隙內(nèi)，當(dāng)燒結(jié)制程 后，銅膠會(huì)固化-且銅粉間則因燒結(jié)過程晶粒成長(zhǎng)接合，形成嵌接于間隙內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)，其 作為對(duì)應(yīng)于嵌接結(jié)構(gòu)的嵌接結(jié)構(gòu)20，如圖1(b)所示。
[0039]請(qǐng)參閱圖2，其是制備上述圖1(a)的復(fù)合散熱片的另一步驟流程圖。在此實(shí)施例 中是用銅粉來取代銅膠。首先，如步驟S21所述，提供一人工石墨紙；隨后，如步驟S22所述， 于人工石墨紙上灑上銅粉，以形成一銅粉層；如步驟S23所述，對(duì)銅粉層以約80kg/cm2進(jìn)行 高壓燒結(jié)制程，其燒結(jié)溫度約1100°C，隨后即可獲得如圖1(a)所示的復(fù)合散熱片。
[0040]因?yàn)槿斯な埵怯蓴?shù)個(gè)層狀石墨烯交錯(cuò)迭置組成，因此人工石墨紙表面上存在 有許多間隙，此些間隙即作為嵌接結(jié)構(gòu)。而銅粉在高壓燒結(jié)制程后會(huì)填至間隙內(nèi)，并因燒結(jié) 過程晶粒成長(zhǎng)接合，形成嵌接于間隙內(nèi)的嵌接結(jié)構(gòu)。
[0041]此外，上述的銅粉內(nèi)也可以混有石墨粉，例如蠕蟲狀石墨粉，以增加銅粉與人工石 墨紙結(jié)合上的強(qiáng)度。
[0042]請(qǐng)一并參閱圖3 (a)與圖3 (b)，其各為本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片的另一實(shí)施例示 意圖與其制作步驟流程圖。
[0043]在此實(shí)施例中，第一層是采用人工石墨紙，第二層的材質(zhì)是選用銅。制作方式，如 步驟S31所述，提供一人工石墨紙22 ;隨后，如步驟S32所述，對(duì)人工石墨紙22進(jìn)行表面處 理，以在人工石墨紙22表面形成凹凸微結(jié)構(gòu)，作為嵌接結(jié)構(gòu)24，此表面處理的方式可以使 用具凹凸紋路的模具直接加壓于人工石墨紙表面上或者是利用濕式蝕刻、雷射表面加工等 方式；如步驟S33所述，在人工石墨紙22上形成一銅層26，此銅層26具有對(duì)應(yīng)于嵌接結(jié)構(gòu) 24的嵌接結(jié)構(gòu)27，即可如步驟S34所述，獲得如圖3(a)所示的復(fù)合散熱片28。
[0044]再者，上述銅層26形成方式也可以是采電鍍制程，或采涂布一銅膠，隨后再進(jìn)行 燒結(jié)所形成?；蛘呤遣蓧汉戏绞叫纬梢汇~粉層，隨后在進(jìn)行燒結(jié)。更者銅粉層內(nèi)也可混有 石墨粉?；蚴倾~層26形成方式是于人工石墨紙26具有嵌接結(jié)構(gòu)24的面上設(shè)置一銅箔，隨 后在進(jìn)行壓合燒結(jié)。藉由壓合燒結(jié)使銅箔熔融、填入嵌接結(jié)構(gòu)24間的凹槽，形成與嵌接結(jié) 構(gòu)24相匹配的嵌接結(jié)構(gòu)27。相關(guān)制程參數(shù)如先前所述，于此不再贅述。
[0045]在下列的實(shí)施例中，接合結(jié)構(gòu)是石墨接合層所扮演，且此石墨接合層由蠕蟲狀石 墨粉所制成。
[0046]請(qǐng)一并參閱圖4 (a)與圖4 (b)，其各為本發(fā)明的復(fù)合散熱片的另一實(shí)施例與其制 作步驟流程圖。在此實(shí)施例中，首先如步驟S41所述，提供一石墨紙30 ;如步驟S42所述， 于石墨紙30上灑上一蠕蟲狀石墨粉層32 ;隨后，如步驟S43所述，于蠕蟲狀石墨粉層32上 放置一銅箔34 ;最后，進(jìn)行一壓合燒結(jié)制程，即可獲得如圖4(a)所示的藉由一石墨接合層 35接合銅箔34與石墨紙30的復(fù)合散熱片36。
[0047]此實(shí)施例是利用蠕蟲狀石墨粉可嵌設(shè)于石墨烯與石墨烯間的孔洞或間隙內(nèi)，且銅 箔在壓合燒結(jié)過程中熔融流至蠕蟲狀石墨粉間的孔隙中，并晶粒成長(zhǎng)接合，形成嵌接于孔 隙內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)。
[0048]再者，蠕蟲狀石墨粉層內(nèi)可混有膠料。如下列實(shí)施例所載。
[0049]請(qǐng)一并參閱圖5 (a)與圖5 (b)，其各為本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片的另一實(shí)施例與 其制作步驟流程圖。在此實(shí)施例中，首先如步驟S51所述，提供一銅箔40 ;如步驟S52所述，于銅箔40上形成一點(diǎn)狀涂布的膠料42 ;隨后，如步驟S53所述，于銅箔的表面上形成一覆蓋膠料42的蠕蟲狀石墨粉層44 ;最后，如步驟S54所述于該蠕蟲狀石墨粉層44上設(shè)置一人工石墨紙46，并進(jìn)行一壓合制程，即可獲得如圖4(a)所示的復(fù)合散熱片48。
[0050]在本實(shí)用新型所提的壓合制程皆可采用熱壓合制程，如此將沒有異質(zhì)材料熱膨脹匹配的問題，不但可以提升穩(wěn)定性，也可以降低兩異質(zhì)材料間的界面熱阻。
[0051]此外，金屬層的非與石墨層接觸的端面上更可藉由陽(yáng)極處理，以形成一氧化層。
[0052]當(dāng)本實(shí)用新型采用人工石墨紙與銅層(銅箔)復(fù)合時(shí)，銅層與人工石墨紙的厚度比例可以為1:1?20:1之間，以達(dá)到較佳的散熱效果。此外，在此材料選擇下，本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片在XYZ方向的熱傳導(dǎo)系數(shù)均可達(dá)到400W/m°C以上，且兼具穩(wěn)定性佳與輕薄的特性，可廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)上許多電子產(chǎn)品的散熱，像是手機(jī)和平板計(jì)算機(jī)等攜帶式電子產(chǎn)品。
[0053]請(qǐng)參閱圖6 (a)、圖6 (b)與圖6 (C)，其分別以習(xí)知的銅層/膠體/人工石墨紙復(fù)合散熱片與無復(fù)合銅層的人工石墨紙以及本實(shí)用新型的銅層/人工石墨紙復(fù)合散熱片對(duì)一熱源進(jìn)行散熱實(shí)驗(yàn)的熱顯像圖。實(shí)驗(yàn)的架構(gòu)圖如圖7所示，采用一 4瓦且尺寸為20X20mm2的LED晶粒作為熱源50，此熱源50設(shè)置于散熱片52的中央，且散熱片52的尺寸平面為100X 100mm2。測(cè)溫點(diǎn)的選擇為中間點(diǎn)的Tl與邊緣點(diǎn)的T2，Tl與T2間隔為50mm。
[0054]如圖所示，習(xí)知的銅層/膠體/人工石墨紙復(fù)合散熱片的中心溫度高達(dá)70.7 °C，而無復(fù)合銅層的人工石墨紙的中心溫度為56.3°C，本實(shí)用新型的銅層/人工石墨紙復(fù)合散熱片的中心溫度為55.4°C。鑒此，可知本實(shí)用新型的復(fù)合散熱片的導(dǎo)熱效果比較好，而膠體的存在反而使人工石墨紙的導(dǎo)熱效果更差。
[0055]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合散熱片，其特征在于，其包含有: 一石墨層，其一表面上具有一第一嵌接結(jié)構(gòu)；以及 一金屬層，其一表面上具有一對(duì)應(yīng)于該第一嵌接結(jié)構(gòu)的第二嵌接結(jié)構(gòu)，該石墨層與該金屬層藉由該第一嵌接結(jié)構(gòu)與該第二嵌接結(jié)構(gòu)接合。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合散熱片，其特征在于，其中該石墨層是人工石墨紙，該金屬層是銅或鋁或是一以銅或鋁為基底且添加有石墨粉的混合層。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合散熱片，其特征在于，其中該第一嵌接結(jié)構(gòu)是該人工石墨紙的層狀石墨烯間隙，該第二嵌接結(jié)構(gòu)是該金屬層的材料經(jīng)燒結(jié)后的晶體結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合散熱片，其特征在于，其中該第一嵌接結(jié)構(gòu)是該石墨層經(jīng)表面處理后的凹凸結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合散熱片，其特征在于，其中該石墨層是人工石墨紙，該金屬層是銅，該金屬層與該人工石墨紙的厚度比例為1:1?20:1。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合散熱片，其特征在于，其中該金屬層的非與該石墨層接合的面上形成有一經(jīng)陽(yáng)極處理所形成的氧化層。
7.一種復(fù)合散熱片，其特征在于，其包含有: 一金屬層; 一石墨層；以及 一石墨接合層，其位于該金屬層與該石墨層間，以接合該金屬層與該石墨層，該石墨接合層是由蠕蟲狀石墨粉或蠕蟲狀石墨粉與膠料所混合成。
8.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合散熱片，其特征在于，其中該石墨層是人工石墨紙，該金屬層是銅或鋁。
9.如權(quán)利要求8所述的復(fù)合散熱片，其特征在于，其中該金屬層是銅時(shí)，該金屬層與該人工石墨紙的厚度比例為1:1?20:1。
10.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合散熱片，其特征在于，其中該金屬層的非與該石墨層接合的面上形成有一氧化層。
【文檔編號(hào)】B32B7/04GK203446165SQ201320441117
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
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