具有枝晶構(gòu)造的熱傳單元、用途及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有枝晶構(gòu)造的熱傳單元、用途及使用方法，特別是涉及利用金 屬離子沉積形成的枝晶作為熱傳元件，所述枝晶與所利用金屬因內(nèi)應(yīng)力擠出生成的須晶 (whisker)并不相同。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于電子裝置目前朝向輕量化、薄型化的趨勢發(fā)展，因此如何讓熱傳元件在體積 更小的條件下，更為迅速、有效地冷卻電子裝置所產(chǎn)生的熱，一直是相關(guān)從業(yè)者有待克服的 技術(shù)問題。
[0003] 目前常見的熱傳元件，大多利用導(dǎo)熱效果好的銅金屬或鋁金屬基板，并在所述銅 金屬或鋁金屬基板上設(shè)置有多個(gè)散熱鰭片，以通過所述散熱鰭片作用將冷卻電子裝置所產(chǎn) 生的熱往外傳，不過利用散熱鰭片及銅金屬或鋁金屬基板本身所能提供的散熱面積有限， 難以進(jìn)一步提升散熱效率。
[0004] 另外，有從業(yè)者研發(fā)，利用原本被視為電鍍過程中瑕疵的須晶構(gòu)造作為熱傳元 件，主要運(yùn)用于熱管元件中，相關(guān)在先案例如有歐洲專利編號(hào)EP0999590 "Heat sink for electric and/or electronic devices，'、美國專利編號(hào) US3842474 "Heat transfer between solids and fluids utilizing polycrystalline metal whiskers"及臺(tái)灣專利 編號(hào)201326718 "散熱裝置的散熱結(jié)構(gòu)"等。
[0005] 不過上述須晶是因釋放鍍層殘留的內(nèi)應(yīng)力而長出，此機(jī)制不僅成長速度相當(dāng)慢， 而需要較長的制備時(shí)間，再者，須晶大多呈桿狀且徑寬較細(xì)，且為單晶型態(tài)，無法提供更多 晶界面積，因此能提供的散熱面積同樣有限，散熱效果并不佳。
[0006] 此外，目前電鍍中常見的另一種瑕疵為枝晶體，產(chǎn)生原因是由于電鍍過程中，金屬 離子因?yàn)殡娏骷型黄鹛?，此效?yīng)影響沉積集中在基材的突起處，長出類似樹枝狀的晶體， 這種樹枝狀的晶體由于會(huì)嚴(yán)重影響鍍件的光滑性及美觀性，因此一直被視為需要防止的瑕 疵。
[0007] 例如蔡易達(dá)于2008年所著的國立中正大學(xué)碩士論文"錯(cuò)合劑于電鍍錫-鉍無鉛焊 料組成控制、黏著性與樹枝狀結(jié)構(gòu)成長的效應(yīng)"，其摘要中便提及過去的研究指出以 電鍍法所得的Sn-Bi鍍層具有黏著性不佳及樹枝狀結(jié)構(gòu)成長等問題存在。因此，為了有效 抑制樹枝狀結(jié)構(gòu)的發(fā)生，必須加入錯(cuò)合劑或加入界面活性劑予以抑制..."，所以，目前枝晶 體在電鍍領(lǐng)域中，仍一直被視為是瑕疵，并未有特殊功效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，為改善熟知的散熱元件散熱面積有限的缺陷，本發(fā)明人致力于研究，提出 一種具有枝晶構(gòu)造的熱傳單元，包含：一基材，所述基材上有多個(gè)預(yù)定的晶體成核點(diǎn)（注： crystal defect);多個(gè)枝晶，皆沉積結(jié)合在所述基材的晶體成核點(diǎn)上,而所述枝晶彼此間 具有用于熱對(duì)流的一間距。
[0009] 進(jìn)一步地,所述枝晶有一主枝及一分枝連接所述主枝。
[0010] 進(jìn)一步地,所述晶體成核點(diǎn)為一須晶、一凸點(diǎn)、一毛邊或一邊緣的任一種或其組 合。
[0011] 進(jìn)一步地，所述枝晶在所述基材上的密度為3根/cm2~15根/cm2。
[0012] 進(jìn)一步地，所述枝晶的長度尺寸為0.1 mm~15mm。
[0013] 進(jìn)一步地，所述枝晶的長度尺寸為1mm~5mm。
[0014] 進(jìn)一步地，所述間距為0· 1謹(jǐn)~5謹(jǐn)。
[0015] 更進(jìn)一步地，包括一抗氧化層，用于覆蓋所述基材及所述枝晶。
[0016] 本發(fā)明也涉及一種具有枝晶構(gòu)造的熱傳單元的用途，是在一基材上設(shè)有至少一枝 晶，使所述基材接觸一熱源，使熱量由所述基材往所述枝晶產(chǎn)生方向性熱傳，或是將所述枝 晶設(shè)置在熱源處，以將所述熱源的熱由所述枝晶往所述基材方向傳遞。
[0017] 本發(fā)明同時(shí)涉及一種具有枝晶構(gòu)造的熱傳單元的使用方法，先在一基材上設(shè)有至 少一枝晶，再進(jìn)行以下方法：將所述基材設(shè)置在一熱源上，以將所述熱源的熱由所述基材往 所述枝晶方向傳遞，或是將所述枝晶設(shè)置在熱源處，以將所述熱源的熱由所述枝晶往所述 基材方向傳遞。
[0018] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0019] 1.傳統(tǒng)電鍍技術(shù)一直以來將枝晶視為缺陷，但本發(fā)明克服此技術(shù)偏見，將該枝晶 應(yīng)用于熱傳元件，以提供方向性熱傳，并通過具有碎形結(jié)構(gòu)的枝晶提供更多的散熱面積，以 進(jìn)一步提升散熱效率。
[0020] 2.本發(fā)明利用須晶或切削加工提供枝晶生長所需的晶體成核點(diǎn)，使枝晶的生長效 果更佳，并可控制基材上生長枝晶的位置，而具有更高的實(shí)用價(jià)值。
[0021] 3.本發(fā)明利用須晶作為晶體成核點(diǎn)，使枝晶緊密、穩(wěn)固地結(jié)合在基材上，以進(jìn)一步 增進(jìn)枝晶的散熱效率。
[0022] 4.本發(fā)明的多個(gè)枝晶彼此間具有一間距，以作為熱對(duì)流的空間，以避免產(chǎn)生熱淤 積現(xiàn)象，確保枝晶的散熱效果。
[0023] 5.本發(fā)明多個(gè)枝晶在長度尺寸為1mm~5mm、枝晶彼此間的間距為0· Imm~5mm 時(shí)，散熱效果為最佳。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的生成枝晶的步驟示意圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的生成枝晶的流程示意圖。
[0026] 圖3A為本發(fā)明實(shí)施例利用掃描式電子顯微鏡于不同倍率觀察枝晶的外觀圖。
[0027] 圖3B為本發(fā)明另一實(shí)施例利用光學(xué)顯微鏡于450倍率觀察枝晶的顯微外觀圖之 〇
[0028] 圖3C為本發(fā)明另一實(shí)施例利用光學(xué)顯微鏡于450倍率觀察枝晶的顯微外觀圖之 --〇
[0029] 圖3D為本發(fā)明另一實(shí)施例利用光學(xué)顯微鏡于450倍率觀察枝晶的顯微外觀圖之 __ O
[0030] 圖4A為本發(fā)明實(shí)施例須晶的電腦造影外觀圖之一。
[0031] 圖4B為本發(fā)明實(shí)施例須晶的電子顯微鏡外觀圖之二。
[0032] 圖4C為本發(fā)明實(shí)施例須晶的電子顯微鏡外觀圖之三。
[0033] 圖4D為本發(fā)明實(shí)施例須晶的電子顯微鏡外觀圖之四。
[0034] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例利用鉆孔產(chǎn)生毛邊的平面示意圖。
[0035] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例利用基材邊緣成長枝晶的平面示意圖。
[0036] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)際樣品的外觀示意圖。
[0037] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例圖7的熱像示意圖。
[0038] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例與各式試片，在接觸同樣熱源（LED燈）下，并持續(xù)30分鐘的 比較圖。
[0039] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例枝晶表面熱空氣情形的熱像TJK意圖。
[0040] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例枝晶表面的溫度曲線示意圖。
[0041] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例3mm單根枝晶熱傳情形的熱像示意圖。
[0042] 圖13為本發(fā)明實(shí)施例3mm單根枝晶熱傳情形的溫度曲線示意圖。
[0043] 圖14為本發(fā)明實(shí)施例(λ 75mm單根枝晶熱傳情形的熱像示意圖。
[0044] 圖15為本發(fā)明實(shí)施例0. 75mm單根枝晶熱傳情形的溫度曲線示意圖。
[0045] 圖16為本發(fā)明實(shí)施例兩根枝晶之間熱空氣情形的熱像示意圖。
[0046] 圖17為本發(fā)明實(shí)施例兩根枝晶之間熱傳情形的溫度曲線示意圖。
[0047] 圖18A、圖18B、圖18C、圖18D為利用不同沉積參數(shù)成型的不同枝晶形態(tài)。
[0048] 其中，
[0049] (I) (la) (Ib) 基材
[0050] (100) 覆蓋須晶層
[0051] (11) (Ila) (Ilb) 晶體成核點(diǎn)
[0052] (12) 金屬層
[0053] (13) (13A) (13B) (13C) 枝晶
[0054] (131) 主枝
[0055] (132) 分枝
[0056] (14) 抗氧化層
[0057] (A) 熱源
[0058] (D) 間距
【具體實(shí)施方式】
[0059] 綜合上述技術(shù)特征，本發(fā)明提供方向性熱傳的枝晶構(gòu)造、用途及使用方法的主要 功效將在下述實(shí)施例中清楚呈現(xiàn)。
[0060] 先參閱圖1和圖2,是揭示本發(fā)明實(shí)施例的方向性熱傳的枝晶構(gòu)造及其制備步驟 流程圖及制備流程圖。
[0061] A.提供一基材1,所述基材1上有多個(gè)晶體成核點(diǎn)11 (crystal defect)。在此要 先說明的是，晶體成核點(diǎn)11 (crystal defect)在本發(fā)明中的定義不僅涵蓋一般點(diǎn)缺陷、線 缺陷等晶體結(jié)構(gòu)規(guī)律性被破壞的形態(tài)，也涵蓋須晶（whisker)形態(tài)。較佳的是，所述基材1 為導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性高的金屬，例如銅或鋁，并對(duì)所述基材進(jìn)行前處理，所述前處理包含一用 于去除油脂的脫脂程序及一敏化程序，所述敏化程序?qū)⑺龌慕萦谝凰嵝匀芤褐?，?增進(jìn)電鍍時(shí)所述金屬離子的附著效果。
[0062] 但要特別說明的是，所述基材1并不限于導(dǎo)電材質(zhì)，也可為塑膠或陶瓷等不導(dǎo)電 的材質(zhì)，在基材1為塑膠或陶瓷時(shí)，須先經(jīng)過化學(xué)腐蝕、表面活性化等程序，但此處為熟知 技術(shù)，因此并不予以贅述。
[0063] 最好是，先在所述基材1上的一預(yù)定位置上設(shè)置導(dǎo)電性較差的一遮件，使所述預(yù) 定位置不成長后述的枝晶13。例如，在該基材1周圍設(shè)置不銹鋼片。
[0064] B.將所述基材1作為電鍍的電極，以利用沉積法將多個(gè)金屬離子沉積在所述基材 1以形成一金屬層12,所述金屬離子將因電流集中效應(yīng)而在所述晶體成核點(diǎn)11上成長一枝 晶13。但要特別說明的是，所述金屬層12并非必須完整覆蓋在基材1上，可以利用電流集 中效應(yīng)原理而單獨(dú)成長枝晶13即可。所述沉積法例如有電鍍法、物理氣相沉積（PVD)、化學(xué) 氣相沉積等（CVD)等皆為可行的手段，在本實(shí)施例中以電鍍法作為示例。
[0065] 并閱圖3A，是揭示利用掃描式電子顯微鏡（SEM)于不同倍率觀察枝晶13的外觀 圖，所述枝晶13包含一主枝131及連接所述主枝131的至少一分枝132。優(yōu)選是，所述枝 晶13在所述基材1上的密度為3根/cm2~15根/cm2、所述枝晶13的長度尺寸為0.1 mm~ 15mm。最好是，所述枝晶13的長度尺寸為1mm~5mm，且所述枝晶13彼此間具有一間距D， 所述間距D優(yōu)選至少為0.1 mm~5_，其中，枝晶的高度與斷面對(duì)角線長度的比值大于2,以 提供足夠作為熱