石墨烯均温板结构及其制程方法与流程

本发明有关一种均温板结构及其制程方法，尤其是一种关于石墨烯均温板结构及其制程方法。

背景技术：

随着半导体制程线宽越小，可以预期市场上的电子设备散热需求越来越多。根据国外thermalmanagementtechnologiesmarketsizereport的报导，全球热管理技术市场分析2016-2021年，市场产值从2015年的107亿美元增长到2016年的112亿美元，估计到2021年预期将达到147亿美元。这些相关数据指出热管理是一全球重要的产业，也代表市场上对散热产品的殷切需求。

热导管(或称热管)是一种具有快速均温特性的特殊材料，其中空的金属管体，使得具有质轻的特点并具有快速均温的特性。由于具有优异的热导性能，因此热管的运用范围相当广泛，最早期运用于航天领域，现早已普及运用于各式热交换器、冷却器、天然地热引用等，担任起快速热传导的角色，更是现今电子产品散热装置中最普遍高效的导热组件。

而相较于热导管，均温板(vaporchamber)由金属壳体、毛细结构及作动流体，经退火、抽真空及封焊等制程所制成，除了有将热从热源传导至散热区域的热导管传统功能外，亦具有快速热扩散功能，在热管理运用中，可将高热通量的点，迅速转换为低热通量的面；另，以其较热导管大的腔体空间及必须含有的较多作动流体，使其较热导管有较大的最大热传量，因此，最大热传量通常不会是热导板运用或设计上所会遭遇的问题点。

在热管理的方面，两者比较之下，均温板可说是近年来应用于电子产品散热的热门材料，像是智能型手机、平板计算机、照明及车用led灯具，都开始使用这种被动式散热技术与材料。

选择均温板的主要考虑有三点:一、为被动式散热，不用耗能源；二、其热传导方式是二维的，不会受到重力影响属于面的传导，而非像热导管是一维(点的热传导)；三、当散热产品受限于电子产品的轻、薄、密闭式设计时，具有机构设计的发挥空间又能同时兼具良好的散热效果。

为了，进一步增加均温板的散热能力，国内外在此技术上，大多局限于研究均温板内、外、铜柱的几何形状或是铜粉状态、内部蒸发水含量比例等，便以寻找出优化的散热能力，但其高制造成本问题(壳体的封焊技术、对壳体结构强度的要求以及对壳体表面平整度的要求)，所衍生的高单价仍为现今均温板不可忽略的问题。且，现行均温板的毛细结构多为铜粉烧结毛细，其中，烧结的制程成本以及因为不稳定性所衍生出的质量成本，都是造成现今均温板高单价所不可忽略的原因。

且，均温板制程须将其腔体内部注入工作流体(水)及抽真空，其成品的腔内压力会处于当下温度的饱和(水)蒸汽压，若工作流体为水，当100℃时，其内部压力会约等于外部的一大气压，亦即当其温度低于100℃时，其内部压力是低于外部大气压的。所以均温板腔体若有微隙，不会是内部工作流体(水)蒸发，而是外部空气渗入形成不凝结气体，因而造成均温板的质量不良。

综上所述，就现有的技术中，研究多集中于均温片内、外、铜柱的几何形状或是铜粉状态、内部蒸发水含量比例等来改善其散热效果。但，其制造成本仍居高不下。因此，有必要进一步改良均温板的散热效果并降低高制造成本的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的，在于提供一种石墨烯均温板结构及其制程方法，其系用于均温板的材质改良，藉由创新复合材料的角度，使其提高散热效果并降低均温板的高成本问题，合成于石墨烯均温板外表面的石墨烯层，可提高均温板的本质热导率性能，进而提升均温板导热的能力。

本发明的次要目的，在于提供一种石墨烯均温板结构及其制程方法，其用于均温板的材质改良，藉由创新复合材料的角度，使其提高散热效果并降低均温板的高成本问题，合成于石墨烯均温板外表面的石墨烯层，该石墨烯层将做为均温板(材质铜)的保护层，避免铜在散热应用时，因高温氧化成氧化铜，进而降低均温板导热的能力。

为了达到上述的目的，本发明揭示了一种石墨烯均温板结构的制程方法，其步骤包含：取具有一中空结构的一基板；形成一光滑表面于该基板之上；以及使用一化学气相沉积制程将一石墨烯层设置于该光滑表面上，且该石墨烯层为一单层原子层结构。

而对于石墨烯均温板结构，则包含：一基板，具有一中空结构以及于该基板上设置一光滑表面；以及一石墨烯层，其设置于该光滑表面之上，该石墨烯层为一单层原子层结构。

而本实施例的石墨烯均温板结构的该基板的该光滑表面经过一电解抛光制程平整化处理，形成该光滑表面以便于后续该石墨烯层的合成。

本实施例的石墨烯均温板结构的该石墨烯层，则是经由该化学气相沉积制程设置于该光滑表面上。

本实施例的石墨烯均温板结构的该石墨烯层，藉由该化学气相沉积制程，以该基板的该光滑表面为基底并直接合成在其上面。

本实施例的石墨烯均温板结构的该石墨烯层为一单层原子层结构，其厚度为1nm以下。

本实施例的石墨烯均温板结构的该中空结构材料包含铜。

附图说明

图1：其为本发明的一实施例的流程图；

图2a-2b：其为本发明的一实施例的结构图；及

图3：其为本发明的一实施例的电解抛光前后与合成石墨烯层前后比较图。

【图号对照说明】

10石墨烯均温板

20基板

21中空结构

22光滑表面

40石墨烯层

具体实施方式

为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：

有鉴于均温板的高制造成本问题(壳体的封焊技术、对壳体结构强度的要求以及对壳体表面平整度的要求)以及均温板的毛细结构多为铜粉烧结毛细，其烧结的制程所造成的成本以及因其制程不稳定性所衍生出的质量成本，都是现今均温板所面临的问题，据此，本发明遂提出一种石墨烯均温板结构及其制程方法，以解决习知技术所造成的问题。

以下，将进一步说明本发明的石墨烯均温板结构及其制程方法所包含的特性、所搭配的结构及其方法：

请参照图1，其为本发明的一实施例的流程图。如图所示，本发明所揭示的石墨烯均温板结构及其制程方法，其步骤包含：

s1：取具有中空结构的基板；

s2：形成光滑表面于基板之上；以及

s3：使用化学气相沉积制程将石墨烯层设置于光滑表面上。

接着，请参考图2a-2b，其为本发明的一实施例的结构图，本发明所揭示的石墨烯均温板10在结构上包含：一基板20、一石墨烯层40。

如步骤s1所示，该基板20具有一中空结构21，且该基板20的材料包含铜。

如步骤s2所示，该基板20之上形成一光滑表面22(如图2a所示)。而该光滑表面22经过一电解抛光制程处理来减少粗糙状况，以便后续该石墨烯层40的设置。

如图3所示，本发明于石墨烯均温板制程方法中，先以电解抛光的技术，进行铜基板表面的平整化，由于传统的铜均温板表面过于粗糙，以至于石墨烯经由化学气相沉积制程合成时，容易形成多层与缺陷石墨烯，当石墨烯形成多层与缺陷时，就无法有效提升热导率。因此本发明利用抛光后的铜均温板，让石墨烯更容易形成一单层原子层结构在其表面上。藉此电解抛光制程来减少均温板质量不良的问题，并同时提升均温板的热导率。

而本发明的电解抛光制程，其步骤包含将该基板20接于电源供应器的正极，另一纯铜板接于负极，电解抛光液为磷酸与聚乙二醇的混合液。在通入电压0.5～5v，可将原本粗糙的该基板20表面，抛光成平整的该光滑表面22。

本发明的石墨烯，为目前世界上已知材料中强度最大、厚度最薄且几乎透明的奈米材料，石墨烯拥有高机械性，极优良的导热性、导电性、透光性、韧性及极小电阻率。

其，石墨烯的热导率(5300w/mk)远高于奈米碳管及金银铜，是铜的近14倍，石墨的3.5倍。因此，石墨烯适合于解决目前led照明和许多消费性电子装置，例如智能型手机、计算机过热的问题。而其，石墨烯的电阻率比银和铜更低，其电阻率越低，内部电子传递的速度越快。因此，石墨烯用来发展出导电速度更快且超薄的新一代电子组件。

然而，石墨烯层于合成时，不同的制备方式会产生不同结晶质量的石墨烯层。以现今技术进行分类，分为含机械剥离法(mechanicalexfoliation)、氧化还原石墨烯的方法(reducedgrapheneoxide)、液相剥离法(liquidphaseexfoliation)、磊晶成长法(epitaxialgrowth)、化学气相沉积制程(chemicalvapordeposition，cvd)以及电化学剥离法(electrochemicalexfoliation)等。

其中，以机械剥离法及磊晶成长法，虽然可以生成质量较佳的石墨烯层，但这两种方法均无法大面积合成石墨烯层，应用性不足。而氧化还原石墨烯法主要先将石墨氧化，最后再经过高温还原的步骤使石墨烯恢复其原本的晶格形状使其具有导电性。然而，氧化的过程会造成石墨烯的晶格受到破坏，且并非所有的氧化石墨烯均能有效地被还原。

就，以获得大面积以及高质量的石墨烯来考虑，化学气相沉积制程为本发明使用的方法。

因此，接续步骤s3所示，使用一化学气相沉积制程将该石墨烯层40设置于该光滑表面22上，使该石墨烯层40包覆该基板20，且该石墨烯层40的厚度为1nm以下(如图2b所示)。

然而，目前化学气相沉积制程制备的石墨烯在铜或是镍金属表面生成后，需经过一道转移制程至所需的基板上，转移制程通常会造成石墨烯因转移机械应力损毁以及污染物残留等问题，因此，如何直接成长高质量、大面积的薄层石墨烯于所需的基板上，为发展石墨烯热管理组件的重要课题。

而本发明的化学气相沉积制程，为直接合成石墨烯层于所需基板上，其步骤包含将具有该光滑表面22的该基板20置于高温炉管内，第一阶段为升温阶段，由室温升至800～1100度，并通入氩气与氢气；第二阶段为退火阶段，在800～1100度的持温环境下，进行该基板20的铜晶格自组排列与去除氧化铜；第三阶段为合成石墨烯阶段，在800～1100度的持温环境下通入甲烷，可将甲烷裂解成碳原子，并在该基板20上的该光滑表面22形成一均匀的该石墨烯层40覆盖。

而为了实现上述的步骤，本发明搭配具有特殊材质的石墨烯均温板10，当该石墨烯层40被合成于该基板20上时，石墨烯均温板10的热导率将会增强，而藉由该石墨烯层40来增加均温板的表面化学惰性，避免铜氧化发生。

综上所述，本发明所提供的石墨烯均温板结构及其制程方法，其取具有中空结构的基板，并形成光滑表面于基板之上，接着使用化学气相沉积制程将石墨烯层设置于光滑表面上，并包覆整个基板。藉由石墨烯层，可以增加石墨烯均温板的热导率，并避免铜氧化发生。透过本发明所揭示的石墨烯均温板结构及其制程方法，可以确保均温板的质量，也可以降低制造成本，故为一种具应用价值的石墨烯均温板结构及其制程方法。

上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。