复合散热片的制作方法
【专利摘要】本实用新型是关于一种复合散热片。本实用新型的复合散热片主要包含有一石墨层与一金属层。石墨层的一表面上具有第一嵌接结构。金属层的一表面上具有一对应于第一嵌接结构的第二嵌接结构。石墨层与金属层间藉由第一嵌接结构与第二嵌接结构接合，以增加两相异材质间的接合强度与降低接口热阻，可以提高散热效能上的稳定。
【专利说明】复合散热片
【技术领域】
[0001]本实用新型是有关一种复合散热片，特别是指一种在XYZ三轴方向兼具有良好热 传导特性的复合散热片。
【背景技术】
[0002]在科技的发展与消费市场的需求趋势下，电子产品不断地往高性能化、高速度化 及轻薄短小的方向发展。这使得电子组件的密度相对增加，但由于电子组件于运作时会产 生大量的热能，因此如何使电子产品在有限的组件体积下能够具备良好的散热效率，以确 保电子产品的正常运作，进而延长产品的使用寿命，“散热”便成为现今电子产品首要克服 的关键问题。
[0003]因为金属片在XYZ三轴方向皆具有良好的热传导特性，因此目前通常是使用铜、 铝等热传导率高的金属来制成散热器，以将组件运作时所产生的热能导出。但相较于铜和 铝，石墨具有重量轻且XY异向性热传导系数更高等优势，因此近年来石墨已被视为具有解 决现今电子产品散热问题的优良导热材料。
[0004]然而，石墨片本身较为脆弱且Z轴方向的热传导系数不佳，这些问题使得石墨片 在散热上的应用受到限制。因此现有的解决方式是使用一胶体层将石墨片与金属片黏合， 形成一复合散热材料，以祈藉由金属片来弥补石墨片在Z轴方向的热传导效能。但在这样 的黏合方式下，胶体层的存在会使得石墨片与金属片之间有很大的热阻，导致这种复合散 热材料在热传导的表现上不甚理想。
[0005]有鉴于此，本实用新型遂针对上述习知技术的缺失，提出一种崭新的复合散热片， 以有效克服上述的该等问题。
实用新型内容
[0006]本实用新型的主要目的在提供一种XYZ导热性佳的复合散热片。在本实用新型的 复合散热片中，藉由第一层的第一嵌接结构与第二层的第二嵌接结构接合，以提高两相异 材质间的接合强度与稳定性。
[0007]本实用新型的另一目的在提供一种复合散热片，当第一层采用人工石墨纸，第二 层采用铜或铝时，本实用新型的复合散热片在XYZ方向的热传导系数均可达到400W/m°C以 上。
[0008]本实用新型的又一目的在提供一种重量轻且体积薄的复合散热片。
[0009]为达上述的目的，本实用新型提供一种复合散热片，其主要包含有一石墨层与一 金属层。石墨层的一表面上具有一第一嵌接结构。金属层的一表面上具有一对应于第一嵌 接结构的第二嵌接结构。石墨层与金属层藉由第一嵌接结构与第二嵌接结构稳固接合。
[0010]本实用新型教不另一种复合散热片，其包含有一金属层；一石墨层；以及一由石 墨粉所构成的石墨接合层，其位于金属层与石墨层间，以接合金属层与石墨层。
[0011]其中石墨接合层是由蠕虫状石墨粉或蠕虫状石墨粉与胶料所混合制成。[0012]更者，本实用新型更教示上述的实施例的金属层表面上更可形成有一金属氧化层。
[0013]实施本实用新型的有益效果:本实用新型的复合散热片主要包含有一石墨层与一金属层。石墨层的一表面上具有第一嵌接结构。金属层的一表面上具有一对应于第一嵌接结构的第二嵌接结构。石墨层与金属层间藉由第一嵌接结构与第二嵌接结构接合，以增加两相异材质间的接合强度与降低接口热阻，可以提高散热效能上的稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0015]图1(a)为本实用新型的复合散热片的第一实施例示意图。
[0016]图1(b)为本实用新型的图1(a)的局部A的放大示意图。
[0017]图1 (c)为制作图1 (a)所述的复合散热片的一实施例步骤流程图。
[0018]图2是制备上述图1(a)的复合散热片的另一步骤流程图。
[0019]图3(a)为本实用新型的复合散热片的另一实施例示意图。
[0020]图3(b)为制备图3(a)的复合散热片的步骤流程图。
[0021]图4(a)为本实用新型的复合散热片的另一实施例示意图。
[0022]图4(b)为制备图4(a)的复合散热片的步骤流程图。
`[0023]图5(a)为本实用新型的复合散热片的另一实施例示意图。
[0024]图5(b)为制备图5(a)的复合散热片的步骤流程图。
[0025]图6(a)为使用习知的铜层/胶体/人工石墨纸复合散热片对一热源进行散热实验的热显像图。
[0026]图6(b)为使用无复合铜层的人工石墨纸对一热源进行散热实验的热显像图。
[0027]图6(c)为使用本实用新型的铜层/人工石墨纸复合散热片对一热源进行散热实验的热显像图。
[0028]图7为图6(a)至图6(c)的实验架构示意图。
[0029]【图号对照说明】
[0030] 10人工石墨纸12铜层 14复合散热片16层状石墨烯 18嵌接结构20嵌接结构 22人工石墨纸24嵌接结构 26铜层27嵌接结构 28复合散热片30石墨纸 32蠕虫状石墨粉层34铜箔 35石墨接合层36复合散热片 40铜箔42胶料 44蠕虫状石墨粉层46人工石墨纸 48复合散热片50热源 52散热片
【具体实施方式】
[0031]为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下:
[0032]在一实施中，接合结构分别是石墨层的一表面上的第一嵌接结构，以及金属层表面上对应于第一嵌接结构的第二嵌接结构。
[0033]上述的第一嵌接结构可以是石墨层的自身材料特性或者是经过表面处理加工所形成。
[0034]以下系列举数个实施例来说明本实用新型，但并不因此局限本实用新型仅具有下列结构型态、材质选用或者仅能以下列方式制作，于此先陈明。
[0035]请一并参阅图1 (a)、图1(b)与图1 (C)，其是各为本实用新型的复合散热片的第一实施例示意图、图1(a)的局部放大示意图与制作图1(a)所述的复合散热片的一实施例步骤流程图。
[0036]在此实施例中，第一层是采用人工石墨纸，第二层的材质是选用铜或铝，以下以铜作为说明范例。
[0037]首先，如步骤Sll所述，提供一人工石墨纸10 ;随后，如步骤S12所述，于人工石墨纸10上涂布一铜胶(图中未示);再如步骤S13所述，对已涂布铜胶的人工石墨纸10进行约1100°C烧结制程，以去除铜胶内的胶料；随后，即可如步骤S14所述获得如图1(a)所示的人工石墨纸10上设有一铜层12的复合散热片14。
[0038]在此实施例中，因为人工石墨纸10是由数个层状石墨烯16交错迭置组成，石墨烯与石墨烯间存在有许多孔洞或间隙，此些间隙即作为嵌接结构18。而铜胶是由铜粉与胶料 混合而成，因此在人工石墨纸10上涂布铜胶时，铜粉会随着胶料流至间隙内，当烧结制程 后，铜胶会固化-且铜粉间则因烧结过程晶粒成长接合，形成嵌接于间隙内的晶体结构，其 作为对应于嵌接结构的嵌接结构20，如图1(b)所示。
[0039]请参阅图2，其是制备上述图1(a)的复合散热片的另一步骤流程图。在此实施例 中是用铜粉来取代铜胶。首先，如步骤S21所述，提供一人工石墨纸；随后，如步骤S22所述， 于人工石墨纸上洒上铜粉，以形成一铜粉层；如步骤S23所述，对铜粉层以约80kg/cm2进行 高压烧结制程，其烧结温度约1100°C，随后即可获得如图1(a)所示的复合散热片。
[0040]因为人工石墨纸是由数个层状石墨烯交错迭置组成，因此人工石墨纸表面上存在 有许多间隙，此些间隙即作为嵌接结构。而铜粉在高压烧结制程后会填至间隙内，并因烧结 过程晶粒成长接合，形成嵌接于间隙内的嵌接结构。
[0041]此外，上述的铜粉内也可以混有石墨粉，例如蠕虫状石墨粉，以增加铜粉与人工石 墨纸结合上的强度。
[0042]请一并参阅图3 (a)与图3 (b)，其各为本实用新型的复合散热片的另一实施例示 意图与其制作步骤流程图。
[0043]在此实施例中，第一层是采用人工石墨纸，第二层的材质是选用铜。制作方式，如 步骤S31所述，提供一人工石墨纸22 ;随后，如步骤S32所述，对人工石墨纸22进行表面处 理，以在人工石墨纸22表面形成凹凸微结构，作为嵌接结构24，此表面处理的方式可以使 用具凹凸纹路的模具直接加压于人工石墨纸表面上或者是利用湿式蚀刻、雷射表面加工等 方式；如步骤S33所述，在人工石墨纸22上形成一铜层26，此铜层26具有对应于嵌接结构 24的嵌接结构27，即可如步骤S34所述，获得如图3(a)所示的复合散热片28。
[0044]再者，上述铜层26形成方式也可以是采电镀制程，或采涂布一铜胶，随后再进行 烧结所形成。或者是采压合方式形成一铜粉层，随后在进行烧结。更者铜粉层内也可混有 石墨粉。或是铜层26形成方式是于人工石墨纸26具有嵌接结构24的面上设置一铜箔，随 后在进行压合烧结。藉由压合烧结使铜箔熔融、填入嵌接结构24间的凹槽，形成与嵌接结 构24相匹配的嵌接结构27。相关制程参数如先前所述，于此不再赘述。
[0045]在下列的实施例中，接合结构是石墨接合层所扮演，且此石墨接合层由蠕虫状石 墨粉所制成。
[0046]请一并参阅图4 (a)与图4 (b)，其各为本发明的复合散热片的另一实施例与其制 作步骤流程图。在此实施例中，首先如步骤S41所述，提供一石墨纸30 ;如步骤S42所述， 于石墨纸30上洒上一蠕虫状石墨粉层32 ;随后，如步骤S43所述，于蠕虫状石墨粉层32上 放置一铜箔34 ;最后，进行一压合烧结制程，即可获得如图4(a)所示的藉由一石墨接合层 35接合铜箔34与石墨纸30的复合散热片36。
[0047]此实施例是利用蠕虫状石墨粉可嵌设于石墨烯与石墨烯间的孔洞或间隙内，且铜 箔在压合烧结过程中熔融流至蠕虫状石墨粉间的孔隙中，并晶粒成长接合，形成嵌接于孔 隙内的晶体结构。
[0048]再者，蠕虫状石墨粉层内可混有胶料。如下列实施例所载。
[0049]请一并参阅图5 (a)与图5 (b)，其各为本实用新型的复合散热片的另一实施例与 其制作步骤流程图。在此实施例中，首先如步骤S51所述，提供一铜箔40 ;如步骤S52所述，于铜箔40上形成一点状涂布的胶料42 ;随后，如步骤S53所述，于铜箔的表面上形成一覆盖胶料42的蠕虫状石墨粉层44 ;最后，如步骤S54所述于该蠕虫状石墨粉层44上设置一人工石墨纸46，并进行一压合制程，即可获得如图4(a)所示的复合散热片48。
[0050]在本实用新型所提的压合制程皆可采用热压合制程，如此将没有异质材料热膨胀匹配的问题，不但可以提升稳定性，也可以降低两异质材料间的界面热阻。
[0051]此外，金属层的非与石墨层接触的端面上更可藉由阳极处理，以形成一氧化层。
[0052]当本实用新型采用人工石墨纸与铜层(铜箔)复合时，铜层与人工石墨纸的厚度比例可以为1:1?20:1之间，以达到较佳的散热效果。此外，在此材料选择下，本实用新型的复合散热片在XYZ方向的热传导系数均可达到400W/m°C以上，且兼具稳定性佳与轻薄的特性，可广泛应用于市场上许多电子产品的散热，像是手机和平板计算机等携带式电子产品。
[0053]请参阅图6 (a)、图6 (b)与图6 (C)，其分别以习知的铜层/胶体/人工石墨纸复合散热片与无复合铜层的人工石墨纸以及本实用新型的铜层/人工石墨纸复合散热片对一热源进行散热实验的热显像图。实验的架构图如图7所示，采用一 4瓦且尺寸为20X20mm2的LED晶粒作为热源50，此热源50设置于散热片52的中央，且散热片52的尺寸平面为100X 100mm2。测温点的选择为中间点的Tl与边缘点的T2，Tl与T2间隔为50mm。
[0054]如图所示，习知的铜层/胶体/人工石墨纸复合散热片的中心温度高达70.7 °C，而无复合铜层的人工石墨纸的中心温度为56.3°C，本实用新型的铜层/人工石墨纸复合散热片的中心温度为55.4°C。鉴此，可知本实用新型的复合散热片的导热效果比较好，而胶体的存在反而使人工石墨纸的导热效果更差。
[0055]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种复合散热片，其特征在于，其包含有: 一石墨层，其一表面上具有一第一嵌接结构；以及 一金属层，其一表面上具有一对应于该第一嵌接结构的第二嵌接结构，该石墨层与该金属层藉由该第一嵌接结构与该第二嵌接结构接合。
2.如权利要求1所述的复合散热片，其特征在于，其中该石墨层是人工石墨纸，该金属层是铜或铝或是一以铜或铝为基底且添加有石墨粉的混合层。
3.如权利要求2所述的复合散热片，其特征在于，其中该第一嵌接结构是该人工石墨纸的层状石墨烯间隙，该第二嵌接结构是该金属层的材料经烧结后的晶体结构。
4.如权利要求2所述的复合散热片，其特征在于，其中该第一嵌接结构是该石墨层经表面处理后的凹凸结构。
5.如权利要求1所述的复合散热片，其特征在于，其中该石墨层是人工石墨纸，该金属层是铜，该金属层与该人工石墨纸的厚度比例为1:1?20:1。
6.如权利要求1所述的复合散热片，其特征在于，其中该金属层的非与该石墨层接合的面上形成有一经阳极处理所形成的氧化层。
7.一种复合散热片，其特征在于，其包含有: 一金属层; 一石墨层；以及 一石墨接合层，其位于该金属层与该石墨层间，以接合该金属层与该石墨层，该石墨接合层是由蠕虫状石墨粉或蠕虫状石墨粉与胶料所混合成。
8.如权利要求7所述的复合散热片，其特征在于，其中该石墨层是人工石墨纸，该金属层是铜或铝。
9.如权利要求8所述的复合散热片，其特征在于，其中该金属层是铜时，该金属层与该人工石墨纸的厚度比例为1:1?20:1。
10.如权利要求7所述的复合散热片，其特征在于，其中该金属层的非与该石墨层接合的面上形成有一氧化层。
【文档编号】B32B7/04GK203446165SQ201320441117
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年5月28日
【发明者】李宏元, 蒋宗辰 申请人:绿晶能源股份有限公司