专利名称：热辐射散热薄膜结构及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热辐射散热薄膜结构及其制作方法，尤其是具有以热辐射方式进行高效率散热的薄膜结构及其制作方法。
背景技术：
不论是机构组件或电气装置，过高的使用温度常常会造成功能变差或甚至失效， 此外还会缩短使用寿限，因此需要不同的散热装置或机制，以避免操作温度高于临界值。以内燃机的引擎为例，汽油或柴油在引擎内经高压压缩并点燃后产生爆炸而输出动力，藉以推动齿轮组或传动机构而使车辆移动。由于引擎内部的操作温度极高，如果没有适当的散热机制，会使引擎过热而无法持续运转，甚至发生引擎爆炸的危险，因此，引擎的外部会做成具有多个散热鳍片，利用加大散热表面积以提高散热效率，或连接高热传导的散热垫，先以热传导方式将热传播至散热垫，再由散热垫进行散热。上述热传导的加强散热方式有广泛的应用于环保节能的发光二极管(LED)产业， 因为LED的发光效率及使用寿限皆受LED本身的操作温度而影响。理论上，只要LED不超过温度上限，可增加LED的导通电流，亦即可增加LED的亮度。因此，只要能降低LED温度，便可提高LED的亮度，而提高LED的亮度意味着单位面积的发光亮增加，使得发光效率提升， 降低材料成本。尤其是近年来高功率LED的应用越来越加普遍，使得LED的散热问题也愈加显著。然而，上述现有技术的热传导机制的缺点在于，热量是由高温朝向低温传播，且与面积成正比，因此需大幅增加散热装置的表面积，造成材料成本增加，并使终端产品过于笨重而不方便使用。以LED灯泡为例，价格可约为一般灯泡的数十倍以上，因此失去一般人使用的诱因。此外，当2W的LED温度达到135°C时，可藉所连结的散热装置而降低温度至约 125°C或115°C，但是对LED而言还是太高。因此，需要一种不需增加散热装置的体积而以热辐射散热藉以增加发热源的散热效率的热辐射散热薄膜结构，以解决上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种热辐射散热薄膜结构，包括基板及热辐射散热薄膜，热辐射散热薄膜形成于基板上，基板具电气绝缘性，且基板及热辐射散热薄膜的热膨胀系数之间的差额比不大于0. 1%。热辐射散热薄膜有第一面与第二面，第一面具有表面显微结构，第二面与基板接触。热辐射散热薄膜藉热辐射方式在朝向第二面的方向上进行热传播，因此，位于基板之外的外部对象的温度可不小于热辐射散热薄膜的温度。热辐射散热薄膜包括金属非金属组合物，且金属非金属组合物进一步包括金属组合物及非金属组合物。金属组合物包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一，或包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的合金，或包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的氧化物或卤化物。非金属组合物包括至少硼、碳的其中之一的氧化物或氮化物或无机酸机化物。本发明的另一目的在提供一种热辐射散热薄膜结构的制作方法，包括选取材料并进行混合以形成混合组合物，接着对混合组合物进行加压处理形成加压混合组合物，再对基板进行加热，然后将加压混合组合物涂布至已加热的基板的表面上，使加压混合组合物经晶体成长过程而形成热辐射散热薄膜，最后经冷却，进而形成包括热辐射散热薄膜及基板的热辐射散热薄膜结构。
图1为为本发明热辐射散热薄膜结构的示意图。图2为本发明热辐射散热薄膜的热辐射光谱示意图。图3为本发明热辐射散热薄膜结构的制作方法的处理流程图。
具体实施例方式以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。参阅图1，为本发明热辐射散热薄膜结构的示意图。如图1所示，本发明的热辐射散热薄膜结构10包括基板20及热辐射散热薄膜30，其中基板20具电气绝缘性，且具有第一热膨胀系数，而热辐射散热薄膜30形成于基板20上，并具有第二热膨胀系数，尤其是基板20的第一热膨胀系数与热辐射散热薄膜30的第二热膨胀系数之间的差额比不大于 0.1%。热辐射散热薄膜30具有第一面31与第二面32，而第一面31为第二面32的相对面，其中第一面31朝上，如图1所示，而第二面32与基板20接触。热辐射散热薄膜30包括金属非金属组合物，其中该金属非金属组合物包括金属组合物及非金属组合物。金属组合物可包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一，或可包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的合金，或可包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的氧化物或卤化物。非金属组合物可包括至少硼、碳的其中之一的氧化物或氮化物或无机酸机化合物。例如，金属非金属组合物可为钛锑商化物及碳酸盐。第一面31具有表面显微结构，例如，包括2纳米至1微米之间大小的结晶体，而以具有球体结构或多面体结构的结晶体为较佳。该多面体结构可包括三角锥八面体。上述的本发明热辐射散热薄膜结构10可以热辐射方式在朝向第二面32的方向上进行热传播，亦即将热辐射散热薄膜结构10本身的热量以热辐射方式向基板外传播，藉以达到加强散热的目的。一般而言，本发明热辐射散热薄膜结构10中热辐射散热薄膜30的热辐射机制与热辐射散热薄膜30的厚度有关，同时依据所构成的材料组成的不同而变化。据信，热辐射散热薄膜30的结晶体可产生强烈的振荡，可落在热辐射的频宽内，比如红外光，尤其是远红外光范围。请参阅图2，为本发明热辐射散热薄膜的热辐射光谱示意图。如图2所示，热辐射散热薄膜在等效黑体温度为55°C时，主要的光谱落在波长4um至16um之间，当然要注意的是，图2的光谱只是本发明热辐射散热薄膜的实例并藉以清楚说明发明的特点而已，并非用以限定本发明的范围。由于本发明热辐射散热薄膜结构的最主要散热机制，热辐射传播，是不需要任何介质当作媒介物，与一般热传导或热对流受限于媒介物接触面积的传播方式完全不同，因此，本发明热辐射散热薄膜结构的散热效率远高于传统的散热装置。例如，当发热源(图中未显示)位于图1中的热辐射散热薄膜30上时，由于发热源以热传导方式将热传递至热辐射散热薄膜30及其下方的基板20，使得稳定状态下的发热源、热辐射散热薄膜30及基板20可保持在一高温，或由上而下形成温度梯度，亦即发热源的温度大于热辐射散热薄膜30的温度，而热辐射散热薄膜30的温度大于基板20的温度。此时，假设第一对象位于热辐射散热薄膜30上方的某一位置，而第二对象位于基板20 下方的某一位置，且第一对象至热辐射散热薄膜30的距离等于第二物件至基板20的距离， 则可量测到第二对象的温度高于第一对象的温度，且第二对象的温度也可高于发热源的温度。依据物理学的热传原理，热量无法藉由热传导或热对流而由低温向高温传播，因此，本发明热辐射散热薄膜结构的主要热传播方式不为热传导或热对流，而是热辐射。参阅图3，为本发明热辐射散热薄膜结构的制作方法的处理流程图。如图3所示， 本发明的热辐射散热薄膜结构的制作方法包括选取材料步骤S10、混合步骤S20、加压储存步骤S30、选取基板步骤S40、加热步骤S50、涂布步骤S60、薄膜形成步骤S70及冷却步骤 S80。首先由取材料步骤SlO开始，选取金属组合物、非金属组合物及至少一液体，其中金属组合物及非金属组合物如同上述图1的实施例所述，因此不再赘述。该至少一液体包括水、醇类、酮类及无机酸的至少其中一，比如甲醇。接着，在混合步骤S20中，将选取材料步骤SlO中所选取的金属组合物、非金属组合物及至少一液体进行混合，以形成具流动性的混合组合物。然后进入加压储存步骤S30， 将混合组合物加压至第一压力，以形成加压混合组合物，并储存于适当的容器中备用。而与取材料步骤SlO同时进行的是选取基板步骤S40。在选取基板步骤S40中，选取具有第一热膨胀系数且具电气绝缘性的适当基板， 接着在加热步骤S50中，对基板加热至第一温度。接着进入涂布步骤S60，将加压储存步骤S30中产生的加压混合组合物涂布至经加热步骤S50所产生的已加热基板的表面上，然后进入薄膜形成步骤S70，加压混合组合物藉压力而涂布至基板上时，因加压混合组合物中所包含的液体会因高温而挥发，使得剩余的金属组合物及非金属组合物在高温下形成所需的热辐射散热薄膜，且热辐射散热薄膜具有第二热膨胀系数，同时基板的第一热膨胀系数与热辐射散热薄膜的第二热膨胀系数之间的差额比不大于0. 1%，以方便热辐射散热薄膜在基板上形成。热辐射散热薄膜的表面可形成表面微结构，如图1的实施例所述。最后在冷却步骤S80中，使热辐射散热薄膜及基板冷却，进而形成包括热辐射散热薄膜及基板的热辐射散热薄膜结构，亦即如图1所示的热辐射散热薄膜结构10。加压储存步骤S30中的第一压力可为0. 2MPa至IOMPa之间。加热步骤S50中的第一温度可为250°C至1300°C之间。涂布步骤S60中，加压混合组合物的涂布方式可为藉适当形状的喷嘴，将加压混合组合物喷涂至基板，但这只是本发明的其中一示范性实例而已， 并非用以限定本发明的范围。
因此，本发明的特点在于提供以热辐射为主要热传播方式的热辐射散热薄膜，可应用于任何发热源，并对发热源进行高效率的散热。本发明的另一特点在于热辐射散热薄膜的热辐射具方向性，亦即热辐射朝向基板的方向进行。以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
权利要求
1.一种热辐射散热薄膜结构，其特征在于，包括一基板，具有一第一热膨胀系数且具电气绝缘性；以及一热辐射散热薄膜，形成于该基板上，且具有一第一面与第二面，该第一面为该第二面的相对面，该第二面与该基板接触，该热辐射散热薄膜并具有一第二热膨胀系数，该热辐射散热薄膜包括一金属非金属组合物，且该第一面具有一表面显微结构，该热辐射散热薄膜藉热辐射方式在朝向该第二面的方向上进行热传播；其中，该基板的第一热膨胀系数与该热辐射散热薄膜的第二热膨胀系数之间的差额比不大于0. 1%，该金属非金属组合物包括一金属组合物及一非金属组合物，该金属组合物包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一，或包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的合金，或包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的氧化物或卤化物。
2.如权利要求1所述的热辐射散热薄膜结构，其特征在于，该非金属组合物包括至少硼、碳的其中之一的氧化物或氮化物或无机酸机化合物，该热辐射散热薄膜的表面显微结构包括2纳米至1微米之间大小的结晶体。
3.如权利要求2所述的热辐射散热薄膜结构，其特征在于，该结晶体具球体结构或多面体结构。
4.一种热辐射散热薄膜结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤一选取材料步骤，选取一金属组合物、一非金属组合物及至少一液体，该金属组合物包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一或包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的合金或包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的氧化物或卤化物；一混合步骤，将该选取材料步骤中所选取的该金属组合物、该非金属组合物及该至少一液体进行混合，以形成一混合组合物；一加压储存步骤，将该混合组合物进行加压至一第一压力并储存，以形成一加压混合组合物；一选取基板步骤，选取一基板，该基板具有一第一热膨胀系数且具电气绝缘性；一加热步骤，加热该基板至一第一温度；一涂布步骤，将该加压混合组合物涂布至已加热的该基板的表面上；一薄膜形成步骤，在该基板的表面上的该加压混合组合物经晶体成长过程而形成一热辐射散热薄膜；以及一冷却步骤，将该薄膜形成步骤中所形成的该热辐射散热薄膜及该基板进行冷却以达到室温，进而形成包括该热辐射散热薄膜及该基板的一热辐射散热薄膜结构，且该热辐射散热薄膜具有一第二热膨胀系数；其中，该基板的第一热膨胀系数与该热辐射散热薄膜的第二热膨胀系数之间的差额比不大于0. 1%。
5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，该非金属组合物包括至少硼、碳的其中之一的氧化物或氮化物或无机酸机化物。
6.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，该至少一液体包括水、醇类、酮类及无机酸的至少其中一。
7.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，该第一压力为0.2MPa至IOMPa之间，该第一温度为250°C至1300°C之间。
8.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，该热辐射散热薄膜具有一表面显微结构，该表面显微结构包括2纳米至1微米之间大小的结晶体。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，该结晶体具球体结构或多面体结构。
全文摘要
本发明公开了一种热辐射散热薄膜结构及其制作方法，所述热辐射散热薄膜结构包括基板及热辐射散热薄膜，热辐射散热薄膜形成于基板上，基板具电气绝缘性，且基板及热辐射散热薄膜的热膨胀系数之间的差额比不大于0.1％。热辐射散热薄膜由包含金属及非金属的结晶体所构成，且具有表面显微结构。热辐射散热薄膜将包含所需金属与非金属的组合物，利用高压涂布方式而涂布在已加热的基板上而形成。由于热辐射散热薄膜可藉热辐射方式在朝向基板的方向上进行热传播，可大幅改善散热效率，使得位于基板之外的外部对象的温度可不小于热辐射散热薄膜的温度。
文档编号H05K7/20GK102263072SQ20101018177
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者陈烱勋 申请人:景德镇正宇奈米科技有限公司