CN100375275C

CN100375275C - 具有热传导梯度的钻石复合物散热片及其制法

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Publication number: CN100375275C
Application number: CNB2004100594824A
Authority: CN
Inventors: 宋健民
Original assignee: Individual
Current assignee: LAIZUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2024-06-28
Also published as: CN1716584A

Abstract

本发明涉及一种具有热传导梯度的钻石复合物散热片及其制法，所述散热片能在特定应用方面促进热转移的控制，散热片上的钻石含量区中包含有钻石颗粒，通过改变钻石体积浓度和/或钻石颗粒的大小，来产生所需要的热传导梯度，靠近热源的区域可具有较高的热传导系数，薄的钻石膜同样可以被用在微粒状钻石连接处，以提供连接热源的区域具有最大的热传导系数。本发明通过提供一种变化性的热传导系数，如钻石膜或较大钻石颗粒可以选择性的使用在靠近热源的区域，同时也允许较便宜的材料和小钻石颗粒使用在离热源较远、热传导系数可以较低的区域，而不需使用遍布钻石的散热片。

Description

具有热传导梯度的钻石复合物散热片及其制法

技术领域

本发明涉及一种含碳复合物装置与系统，其可被用于自热源传导或吸收热能，总体上，本发明涉及的领域有化学、物理、半导体技术与材料科学。具体地，本发明涉及一种具有热传导梯度的钻石复合物散热片(散热器)及其制法。

背景技术

半导体的产品，包括如中央处理器(CPU，central processing unit)、激光二极管(Laser Diode)、发光二极管(Light Emitting Diode)、微波发生器(Microwave Generator)等的芯片，其功率越来越高，而且其线路也越来越密，芯片上产生的能量密度现已超过煮饭的电炉。随着芯片功率的提高及其内线路的密集，废热也越来越多，而且也越来越难以排除，以致芯片的温度逐渐超过容许的上限而有烧毁的虞虑。

以CPU为例，目前一般的CPU芯片还勉强可以用铜制的散热片排除废热，但更高功率的CPU，其热点将更大而且会在瞬间产生，若仍以铜片散热则密集的线路被烧毁就会不可避免。要使废热尽快排除，不仅散热片的热传导率要好，更重要的是它的热扩散率要高，可以尽快的将热传导至热沉，这样瞬间产生的热量才能及时排除，芯片的线路密集之处才不会过热。

现今的散热片制作技术中，将钻石的成分包含在散热片中为一种新的开发方向，其原因在于纯钻石的热传导率可达铜的五倍，是散热最快的材料；而钻石热扩散率更可达铜的十倍以上，因此以钻石做为散热片不仅可降低芯片的平均温度，更可在较短的时间内减低芯片的“温度梯度”，因而可有效的消除“热点”来保护芯片使其不致过热。

然而，钻石虽为最好的散热片，但因其成本高昂，难以成为普及的工业产品。在钻石散热片的制作技术中，一般分为化学气相沉积法(CVD，chemical vapor deposition)制成的钻石薄膜、天然钻石与高压成型的钻石。除了成本高昂之外，化学气相沉积的多晶钻石薄膜面积虽大，但其厚度有限(如0.5mm)，因此不能有效的将热量导出；高压制的钻石乃至天然钻石又嫌太小，不足以覆盖大型CPU的整个芯片，所以纯钻石做为散热片并不切实际。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于减轻或解决上述钻石散热片的缺点，提供一种具有热传导梯度的钻石复合物散热片及其制法。

相对应地，本发明提供了一种复合式散热片，其可用于自一热源引出并传导热能，在一方面，本发明的一种钻石复合物散热片其具有变化性的热传导系数，用以改进热量流过散热片的控制，散热片上的含钻石区域中会包含有钻石颗粒，通过钻石体积浓度与(或)钻石颗粒变化以在散热片上产生一预期的热传导梯度，其中，靠近一热源的区域会比其它较远区域具有较高的热传导系数。

在本发明的另一方面，薄钻石膜同样可以被用在微粒状钻石连接处，以提供连接一热源的区域具有最大的热传导系数。

在本发明中更为详细地是，该热传导梯度可以在实质上由钻石体积浓度变化来决定，因此该变化可以为连续性的或阶梯式的。相似地，在其它方面，浓度上的变化可以由提供一系列具有变化性平均自由热传导路径跨过钻石材料的区域而产生，该平均自由热传导路径可强烈地被沿着热传导梯度的钻石颗粒大小与体积浓度变化所影响。

具体地说，本发明所提供的钻石复合物散热片，其包含：一具有变化性热传导系数的含钻石的材质，该变化性的热传导系数产生一热传导梯度，且该热传导系数在含钻石的材质中自热能涌入区到热能流出区而递减。

其中，所述热传导梯度由钻石体积浓度的变化而决定。该钻石的体积浓度变化的范围约为30％到95％，优选由热能涌入区到热能流出区而连续性递减；或，该变化为一系列不连续区域所形成，每一区域都有钻石颗粒的不同浓度。

本发明中所述含钻石的材质可进一步包含有一系列的区域，区域中并包含热能涌入区和热能流出区，每一区中的钻石体积浓度均比相邻且靠近热能涌入区的邻区小。所述一系列的钻石颗粒每一颗均与至少一颗的其它钻石颗粒相接触，或是烧结在一起。

另一方面，本发明还提供了一种制造散热片的方法，其包括下列步骤：

确定散热片的体积；

基于热源特性来设计散热片的热量变曲线；与

在散热片中形成具有热传导梯度的含钻石的材质，该热传导梯度使该散热片具有所述热量变曲线；其中，所述热传导梯度是由具变化性的热传导系数产生，该热传导系数在含钻石的材质中自热能涌入区到热能流出区而递减。

其中，所述形成含钻石的材质的步骤中包含有堆栈一系列的钻石颗粒在一预定的路径上，通过变化钻石颗粒的大小来形成微粒钻石区域。本发明中，堆栈一系列的钻石颗粒的步骤可为：先在一模具中放入第一层的钻石颗粒，接着再堆栈一或多层的钻石颗粒，而每一层的钻石颗粒的大小都比其下一层的平均钻石颗粒小。或者，先堆栈一具有第一平均颗粒大小的第一系列钻石颗粒，之后再以较小的钻石颗粒填补于第一系列钻石颗粒间的空隙，以形成一第一微粒钻石区域。进一步，铺设一第二系列钻石颗粒于第一微粒钻石区域，之后再以较小的钻石颗粒填补于第二系列钻石颗粒间的空隙，以形成一第二微粒钻石区域。

总之，本发明通过提供一变化性的热传导系数，更多如钻石膜或钻石颗粒分布密集的复合材料等昂贵材料，可以被选择性地使用在靠近热源的区域，同时，也允许较便宜的材料和钻石颗粒分布疏松的复合材料使用在离热源较远、热传导系数可以较低的区域，而不需使用遍布钻石的散热片。

即，本发明通过散热片上不同区域钻石浓度不同及钻石浓度梯度的改变，符合相对应的热能温度梯度的改变，使散热片的效能维持，同时能有效节省钻石的使用成本。

附图说明

图1A为符合本发明的一散热片实施例与一热源和一热沉的热传导概要示意图。

图1B为符合本发明的另一散热片实施例与一热源和一热沉的热传导概要示意图。

图1C为符合本发明的又一散热片实施例与一热源和一热沉的热传导概要示意图。

图2为本发明中一靠接热源的散热片的侧边剖面示意图。

图3为本发明中一含有钻石膜且靠接热源的散热片的侧边剖面示意图。

图4为本发明中另一含有钻石膜且靠接热源的散热片的侧边剖面示意图。

图5为本发明中又一散热片实施例的侧边剖面示意图，其包含有一非碳性材质包围在含钻石区域四周。

图6为本发明中再一散热片实施例的侧边剖面示意图，其包含有一非碳性材质包围在含钻石区域四周。

图7为多种材料的热膨胀系数对应热传导系数的图表。

图中代表符号：

12散热器(片) 14CPU热源 16热沉 18鳍片 22散热管

24内部流体 26焊接点 30钻石复合物散热器 30a-d钻石复合物散热器

32a-b热能涌入区 34热源 36热能流出区 38钻石膜

40微粒钻石区 40a、40b含钻石的材质 42焊接层 44非含碳区块

具体实施方式

首先需要说明的是：本发明并不受限于文中所揭示的任何特定的结构、制程步骤或材质，下列术语仅供说明，并不造成任何限制。

在本发明的描述与主张中，使用的术语定义如下。

当描述含碳材料的连结时，“颗粒”和“砂砾”可替换性地使用以说明这类材料的微粒状形态，此时颗粒或砂砾具有不同的形状，包含有圆形、椭圆形、方形、自形的(euhedral)等等与特定的筛孔尺寸，如同本领域中所熟知的，筛孔为每单位面积上所具有的孔洞数量，除了有特别指定以外，本发明中的筛孔尺寸皆为美国规格，进一步地，筛孔尺寸通常被理解为指定被收集颗粒的平均筛孔尺寸，因为每一个颗粒在一特定的筛孔尺寸下，会有一尺寸上小分散的尺寸变化。

其中，所使用的“实质上”或“实质上地”，主要是提及一特定目的、操作、结构上的机能性达成，如同这些目的或结构已被确实获得。因此，含碳颗粒近似于实质上与其它颗粒相接，或几乎近似，或实际上相接。同样的考量之下，含碳颗粒实质上为等颗粒操作，或所获得的结构具有同等尺寸，甚至于稍微的尺寸变化。

其中，所使用的“散热器(片)”，其是指一种可分散或传导热能并自一热源转移走热能的材料，散热器与热沉不同的地方在于热沉被用于热能的储存，直到其可以被其它机制转移走热能，反之，散热器仅会转移走热能而不储存热能。

其中，所提及的“热源”，是指一具有热能量或大于预期值热度的装置或物体，热源可以包含操作产生热能为副产品的装置，和由其它热源传导过来而变热至一高于预期温度的物体。

其中，所提及的“含碳的”，是指主要以碳原子构成的任何物质，碳原子群的多样化的结构型态或“同素异形体”皆被涵盖，包括有平面的、曲状的、四面体的、和四面体的结合结构。如同熟悉本领域的技术人员所熟知的，这些特定的结合结构决定特定的材质，如石墨、类钻石碳、无定形钻石和纯钻石，在另一方面，该含碳材质可以为钻石。

其中，所使用的“反应元素”和“反应金属”两者可以互换使用，当提及一种元素，特别是金属元素，其可以以化学反应或化学键结形成一碳化物连结于碳元素上，该相关元素例如但不受限于下列的过渡元素：钛、铬；包含有耐火元素如锆、钨；和非过渡元素和其它材质，如铝。进一步地，某些非金属元素如硅，在黄铜化合金(brazing alloy)中可被包含为一种反应元素。

其中，所使用的“润湿”是指将熔融状态的金属流过至少一部分含碳颗粒的表面，润湿通常至少一部分是因为熔融状态的金属的表面张力所造成，并可通过添加某些金属至熔融的金属中帮助润湿，在某方面，润湿可以帮助含碳颗粒与熔融金属之间界面上化学键的形成。

其中，所使用的“化学键”与“化学键结”可以互换，是指一分子键在原子之间发挥吸引力，力量强至足以在原子间的界面上产生一个二元固态化合物，本发明中的化学键为典型的钻石超磨蚀性颗粒的碳化物，或立方硼氮化物或硼化物。

其中，所使用的“焊料合金”和“焊料化合金”两者可以互换使用，当提及一种合金包含有一有效量的反应元素，以允许合金与超磨蚀性颗粒之间化学键的形成，该合金可以为含有反应元素溶质的金属载体溶媒，该金属载体溶媒可以为固态或液态的溶液。此外，“被焊接(brazed)”可以被用来指出焊料与超磨蚀性颗粒之间化学键的形成。

其中，所使用的“烧结”是指将两个以上或更多的粒子结合在一起，以形成一连续性固状块体，该烧结的程序包含有将粒子之间的空隙排除以合并粒子，烧结的状况可以发生在金属或者是如钻石的含碳颗粒，金属粒子的烧结可以因材料的组成物不同发生在各种温度之下，钻石粒子的烧结一般需要超高压与碳溶剂的存在作为助剂，如下的详细讨论，烧结助剂通常使用以在烧结程序中帮助烧结，常会有部分残留在最终产物中。

其中，所使用的“平均自由热传导路径”是指一路径可让热在不需要跨过固体-固体界面的情形下转移。进一步地，平均自由热传导路径一般对应于区域或类钻石碳区域中钻石颗粒的平均粒径，或延着热传导梯度方向的厚度。因此，平均自由热传导路径等同于穿过实质上连续性钻石的路径，所以该路径对关于固体-固体界面的热接触阻力是不受影响的。虽然平均自由热传导路径一般对应于连续性钻石，但埋藏在钻石中的各种杂质会降低平均自由热传导路径，也因此总体的热传导系数会下降。

其中，所使用的“热能流出区”是指一在设计上为相对低热传导系数的含钻石区域，该热能流出区并不需要对应一相对低温的区域，例如，热能将会优先地延着最小热阻的路线传导，然而，在某些实施例中，平均自由热传导路径会具有相对性低热传导系数，也就是高热阻。

其中，所使用的“热传导梯度”是指热传导系数在位置函数横跨过散热器于三度向量中的改变，该热传导梯度可以为位置的连续性或非连续性函数，因此在热传导系数上逐渐变化和逐步改变被包含在热传导梯度中。

浓度、总量、颗粒大小、体积和其它数字上的资料可以被显示在区域表现上，可以理解的是，该区域表现仅用于方便简述，因此其实质上包含有不止是区域范围之中所明确指出的数值，同时也包含个别的数值或包含于区域之中的副区域，如每一数值或副区域皆被明确指出一般。

举例来说，数值范围如“约1微米至约5微米(1-5)”应被解释为包含有不只是明确地指出其数值为约1微米至约5微米，同时包含有个别数值与在此区间内的副区域，因此，包含在此数值范围内的个别数值为2、3、4，而副区域为1-3、2-4、3-5等等。

以下对本发明进行详述：

本发明所提供的一种具有变化性热传导系数的钻石复合物散热片，其能在散热器上促进热转移的控制，靠近热源的最近区域具有比其它远离热源区域较高的热传导系数，一微粒状钻石区域可以配合不同颗粒大小的钻石，或者体积浓度以影响热传导系数，薄的钻石膜同样可以被用在微粒状钻石连接处，以提供连接热源区域具有最大的热传导系数，通过提供一种变化性的热传导系数，该散热器的热能传导可以被特别设计使用时的温度量变曲线，该微粒状钻石区域可以如下面所讨论而具有广泛的变化方式。

微粒状钻石区域

本发明中包含有装置、系统和自热源转移热能的方法，本发明中的散热器一般包含有一系列的含碳颗粒紧连排接，该含碳颗粒可以使用间隙材料(材质)填补，或用直接烧结或熔合含碳颗粒以成块状。

一方面，一般制作散热器的程序包括有开始在一适当的模具中堆栈一系列的含碳颗粒成为高含碳颗粒容积。选择性地，第一系列的含碳颗粒每一粒能具有相同的筛目尺寸，然而，一大的颗粒尺寸分布同样可被使用以增加堆叠的密度，特定的颗粒尺寸可以由18筛目(1nm)到30筛目(0.5nm)和400筛目(37nm)之间。

如钻石膜或较大钻石颗粒可以选择性的使用在靠近热源的区域，其同时也允许较便宜的材料和小钻石颗粒使用在离热源较远、热传导系数可以较低的区域，而不需使用遍布钻石的散热片，当颗粒的尺寸为变动性时，一般可以知道的是较大的粒子可以提供一具有较大热转移特性的路径，近似于固体含碳材料，例如纯钻石。

堆栈的颗粒实际上会相接触，在一堆栈群中每一颗粒至少会和一个以上的颗粒相接触，本发明的另一方面，颗粒间的接触可以提供实质上针对于散热器中的所有含碳颗粒的一有效路径，自热源的热转移经由基本上颗粒对颗粒的接触的帮助而完成，颗粒可以被堆栈以填充大部分的空间并使颗粒间的空间最小化。

另一方面，颗粒堆栈包含将不同大小的含碳颗粒叠成一有效状态以完成上述的功能，例如，较大的颗粒先堆栈于一模具中，该含碳颗粒的堆栈可以固定或压紧，也就是说，以一震动器扰动模具。一系列较小的含碳颗粒再加入以填补较大含碳颗粒之间的空隙。取决于较小尺寸的颗粒，较小颗粒需要被多方面导入以填补大部分的空隙，该较小颗粒的尺寸可为变化性的，其能增加堆栈效益的典型范围为较大颗粒直径的1/3至1/20，优选范围为1/5至1/10，最优选的范围为1/7。使用有效的堆栈状态，体积堆栈效益将大于2/3，必要时，可操作数种较小和均匀颗粒的增加而进一步增加堆栈效益。然而堆栈效益将会随着填充的难度增加而递减，本发明中堆栈颗粒的体积容量约为50-80％之间。

不同的选择性实施例中，不同大小的含碳颗粒在早于导入间隙材料前先行混合再堆栈，这样可以堆栈效益增加，然而，会造成一些较大颗粒之间无法紧密接触而有热传导效应的损失，因此，热能必须跨过为数较多、会增加散热器热阻的界面边界。

另一个选择性实施例中，钻石的体积可以通过使用一致形状的含碳颗粒来增加，特别是，实质上呈立方体的钻石颗粒较容易购得，这种立方体的钻石颗粒可以边对边堆栈以产生一层或多层，让堆栈的钻石体积含量高达90％。特定的安排并不重要，颗粒可以堆栈成有秩序的排状、柱状、或排柱交错状。在该实施例中，钻石颗粒的排列产生实质上颗粒之间较小的空隙而不需要烧结，此外，若所有颗粒的排列方向一致也会让最后组成的热性质改良，下列将讨论间隙材料与进行如上述的钻石颗粒堆栈的制程。

本发明的一方面，可以使用间隙材料以将含碳颗粒粘结成块，然而，由于如前所述颗粒的堆栈早于导入间隙材料，所以原本的颗粒对颗粒的状态维持，且堆栈的效益远超过混合含碳颗粒与间隙材料后热压成块所产生的效益，在后面的例子中，含碳颗粒在装置中的容量会少于1/2体积，当间隙材料填补入钻石颗粒之间，而将每一颗粒之间完全分离，在此情形下，热能必须跨过非常广的非含碳材质区域。

因此，如前所述含碳颗粒钻石颗粒的堆栈早于导入间隙材料，设计一含碳材质散热器的因子在含碳颗粒之间界面与非含碳颗粒和含碳颗粒间界面的热传导特性，空隙与单纯的物理性接触于界面之间为一种热阻碍，也就是热接触阻力。虽然颗粒表面大面积的紧密接触能增进界面间的热传导性质，其效果仍低于纯连续性含碳材质，因此，界面之间实质的填补比起单纯的物理性接触效果要好。

相对应地，间隙材料需具有特定性质，其一方面在高温下可以作为碳烧结助剂或和含碳颗粒熔合一起，另一方面，间隙材料可以和堆栈的钻石颗粒化学性结合。

间隙材料的选择必须依据间隙材料本身的热传导系数与热容，包含有低热传导系数材料的钻石散热器会成为一限制组件削减钻石的热传导系数，因此间隙材料必须要有高热传导系数、低热容，并能和堆栈的钻石颗粒化学性结合，以促进热传导跨过界面。较大面积的钻石对钻石接触同样可以增加散热器的热传导系数。

用于结合或烧结含碳颗粒的间隙材料可以不同的方式施加，方法包含有渗透、烧结和电沉积。渗透为当材料加热至熔点以上时将其流入颗粒之间；烧结为有效加热使相邻粒子的表面边缘熔化，并和间隙材料烧结成一体；电沉积为将一金属材质在一溶液中加热到熔点之上并在一电流下沉积至含碳颗粒的表面。

间隙材料的类型包含有液态金属和浇铸陶瓷，当化学性结合含碳颗粒以产生散热器时，间隙材料应具有至少一种的活性元素，以将碳反应为碳化物，碳化形成物的存在帮助钻石的湿润并使得间隙材料受到毛细作用力吸引至空隙间。当烧结含碳颗粒钻石颗粒以产生散热器时，间隙材料应作为烧结助剂以增加碳烧结的程度，并不需要碳化形成物，而是需要碳溶剂。

间隙渗透合金可以作为渗透剂以将含碳颗粒结合成一块体，一般来说没有化学性结合的材料，仅将含碳颗粒物理性固着会造成热传导阻碍，但铜材料不在此限制中。

进一步的考量中，当含碳颗粒为钻石时，间隙材料需考虑其渗透或烧结温度低于1100℃以避免伤害钻石，合成的钻石通常会含有金属结晶(如铁、钴、镍或其合金)为内含物，在高温下，该内含物会高度膨胀并能让钻石变回石墨碳，但其可以用大于5GPa的超高压来避免。

间隙材料可以包含一钻石或碳的黄铜焊料作为金属渗透剂或包含硅合金以作为陶瓷渗透剂，渗透剂可以“润湿”碳，以毛细作用力吸引至堆栈的含碳颗粒空隙间，一般的碳润湿剂包含有钴、镍、铁、锰和铬。当间隙材料中应含有碳化形成物以增加颗粒间界面的热性质时，这种碳化形成物包含有元素钪(Sc)、镱(Y)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、铬(Cr)、钼(Mo)、艋(Mn)、钽(Ta)、钨(W)、锝(Tc)、硅(Si)、硼(B)、铝(Al)与其合金。

间隙或润湿材料可包含有银、铜、铝、硅、铁、钴、锰、钨或其合金或混合物，钻石或碳的黄铜焊料所包含的绀化形成物为钛、锆或铬。陶瓷渗透剂的硅合金为包含镍、钛或铬。例如：镍-铬合金如BNi₂(Ni-Cr-B)或BNi₇(Ni-Cr-B)为较好的渗透剂，其它的有效渗透剂包含有(Al-Si)、(Cu-Sn-Ti)、(Ag-Cu-Ti)、(Cu-Mn-Si)、(Cu-Mn-Zr)和(Cu-Ni-Zr-Ti)。大多数的含碳间隙材料包含有活性成分(如铬、钛等)并不能形成碳化物以连结碳，而容易被氧化。因此，间隙材料的导入需要在真空或惰性气体环境下。

间隙材料可以不同的方式导入含碳颗粒的间隙之间，其中一种为水溶液中的电沉积(如银、铜、镍)，其中金属多半存在于酸性溶液中，并为一种传统的沉积技术。

本发明中含碳散热器中所含的含碳颗粒的体积含量大于50％以上(与散热器体积相比较，以下相同)，非碳性的渗透剂的体积含量为5％，该非碳性的渗透剂可为铜、铝、银等，另一方面，含碳颗粒的体积含量至少大于80％以上，或至少大于90％以上。

含碳颗粒可以包含钻石颗粒，钻石颗粒的体积含量大于约50％以上，在渗透剂方面，其包含约至少为碳化形成物的2％重量比，或者是体积含量大于5％以上。

本发明中的散热器可包含有含碳颗粒和一非含碳渗透剂，该渗透剂与含碳颗粒之间可为铜、铝、或银。在高压下的操作，非含碳渗透剂提高散热器的热散容积，同时增加含碳颗粒的堆栈密度，举例来说，含碳颗粒为钻石颗粒时，在超高压下钻石颗粒会在接触点上部分裂开，而让钻石的堆栈密度增加，而熔化的铜、铝或银会被注入钻石颗粒中，钻石浓度的体积含量为大于90％以上。

当钻石颗粒为高浓度且铜、铝或银填充钻石颗粒之间，散热器具有高度的热传导系数，与纯铜的散热器相比较有1.5-3倍的热传导系数，此外，铜、铝或银等材料相比之下是较便宜的材料，可以节省成本，其中，铜更具有低温与低压的操作特性。

传统的部分钻石复合散热器为在钻石颗粒外，形成碳化物或其形成材料，相反地，本发明的钻石颗粒与铜、铝或银每一种可以使用其原本未处理状态，这点可以免除渗透前涂布钻石颗粒的程序，此外，可以使用相对较粗的颗粒，如50微米，甚至于300微米，以减少会阻扰热流的颗粒边界。

另一种提供间隙材料的方法为烧结填充于含碳颗粒间隙之间的固体粉末，具有多种方法但不受限于如下的方法，如热压合、减压烧结、真空烧结、微波烧结等。热压合为常见方法，但由于微波烧结仅影响烧结材料而不影响到碳，当含碳颗粒为钻石颗粒时比较不会造成钻石的衰退。

烧结用的间隙材料可以在堆栈时加入，其颗粒大小以可填充于含碳颗粒之间为佳，加入完成后进行烧结可以增进颗粒对颗粒间的接触，但会造成孔隙降低热传导系数。

第三种提供间隙材料的方法为以熔化材料对钻石颗粒进行渗透，如铝、硅、BNi₂等，如电沉积法并不能产生化学性连结但将含碳颗粒包覆住，间隙材料并不能固定住颗粒，因为烧结过程中的连结为物理性的，因此渗透剂中需包含有活性元素以和碳反应以碳化物的方式形成化学键结，该碳化形成物的存在同时也使得渗透剂润湿颗粒表面，同时，使渗透剂受到毛细作用力吸引至较内空隙间。

当使用钻石颗粒时，为了降低钻石的衰退，渗透过程的温度需低于1100℃或高压，以避免伤害钻石，某些铁、钴、镍合金和大多数的铜、铝、银合金符合上述的要求，在间隙材料的渗透或烧结过程中，加热后的金属不可避免地会造成钻石的衰退，这一点可由缩短反应时间与慎选间隙材料来弥补，硅由于其可以形成碳化硅为一优选选择，界面间的碳化硅和熔溶的硅会保护钻石预防其衰退，纯硅的熔解温度约为1400℃，在高度真空(10^-3-10^-5torr)下具有良好的渗透效果。

因此，间隙材料可以用渗透、烧结和电沉积方法导入含碳颗粒的间隙之间，当低压操作时，间隙材料仅仅填补空隙并连结颗粒，当高压操作时，有两种基本状态，第一种为间隙材料会和碳之间形成化学键结以增加界面上的热传导系数，同时含碳颗粒会崩解以减少部分空隙，第二种为若间隙材料为碳溶剂如铁、钴或镍及其合金时，含碳颗粒会烧结成一连续性含碳块体，当含碳颗粒烧结成块时，热传导路径即为连续性的碳路径，而不具有物理性界面与非含碳界面。

铜是一种理想的钻石散热器间隙材料，然而，其不是碳溶剂同时也不是石墨转成钻石的催化剂，更不是超高压下的烧结助剂，因此若使用铜作为间隙材料，其可以电沉积与烧结法完成，但电沉积过于缓慢且难以填补到致密的空隙中，而烧结法会不可避免地产生孔隙，两种方法让钻石堆栈效益相对降低(约60％体积容量)。

虽然铜不是烧结助剂，超高压碳铜混合物的强化可以强迫含碳颗粒靠紧以提高碳含量至70％到90％，压力约为4GPa到6GPa。为了让碳的含量提高至70％以上而不形成碳对碳的架桥，多余的铜必须由一沉降材料移除，该沉降材料具有多孔，同时不会在铜的熔解高温下软化，其材质为陶瓷性粉末如碳化硅、氮化硅(SiN₄)和氧化铝(Al₂O₃)，另一种为多孔性材质，如碳化钨或氧化锆，操作技术如实施例一中所示，此外，虽然铜不能润湿钻石，但其能填充钻石颗粒间的孔隙，方法适当的条件下可以不产生孔隙，当铜冷却时，其会适度地收缩压紧钻石颗粒以降低热接触阻力。

间隙材料同时可为一种具有低体积容量碳润湿剂的碳润湿渗透合金，通过提供一种高热传导系数的渗透剂来降低物理性界面，例如高热传导系数金属如银、铜和铝，可以和一碳化形成物如钛混成合金。

除了提供具有良好传导性与钻石润湿性质的渗透合金，渗透合金的选择为相对性的最低熔点，可以避免程序中使用高温及高压，该最低熔点需低于1100℃，甚至可低于900℃。

良好的碳形成元素具有高热传导系数，如银、铜和铝，渗透合金中可包含的上述碳形成元素至少为1％至10％的重量比，或至少1％的散热器重量比。

渗透合金可包含铜-锰合金，铜-锰合金可为铜-锰(30％)-镍(5％)合金，其熔点约为850℃，远低于传统的烧结温度，另一种为铜-铝-锆(9％)和铜-锆(1％)，其中由于锆并不具有良好的传导性，因此含量相对较低，一般而言，使用碳化物形成金属能增进铜与钻石的键结，然而大多数的碳化形成物为热绝缘性，因此，碳化物与钻石键结的程度增加相对于热阻的成长。

由于本发明中使用有良好传导性、钻石润湿性质与低熔点的渗透合金，操作温度降低连带使操作压力降低，让散热器形成的厚度比传统用的制法中增加，其厚度约大于1mm，甚至于2mm，具有较厚钻石层厚度的散热器能在单位时间内传导出大量的热能，有较好的冷却效益。

<现有散热器的配合〉

本发明中的散热器基于使用目的有不同的形态，含碳物质可以被制作成各种形状配合热源，一般电器用品所使用的散热器其厚度约为0.1mm到1mm，其形状可为圆形、椭圆形片状或四边形如正方形或矩形等其它形状的晶片等。热源可为电气或其它生热组件。

本发明中包含有一自热源转移走热能的冷却单元，如图1A-图1C所示，其包含一如前面原理所制的散热器12，其同时连接一如CPU的热源14和一热沉16，散热器12将CPU产生的热能源传导至热沉16，热沉装置为传统的结构，可以为铝或铜制，如图1A所示，其结构中包含有冷却鳍片18以将热能散去。

如图1B所示，所述散热器12至少一部分埋在热源14和热沉16中，这样热能不仅从散热器底部散至热沉中，而且也从散热器侧边散出，散热器的连结方式可为在部分埋入热沉16后再与其焊接在一起，或压迫结合，其中，采用压迫结合方式不会产生焊接材质对热传导效应造成障碍。

如图1C所示，所述热沉包含有一具有内部流体24的散热管22，其中所述内部流体为传统的水或水蒸气，散热器可邻接或焊接于所述散热管，如图所示，散热器穿过散热管壁让其底部直接与内部流体接触，散热器和散热管以焊接连结，如图中26所标示，以维持散热管的稳固。

<热传导梯度〉

本发明中的钻石复合散热片可以包含一含有特定梯度的含钻石的材质，该热传导梯度可以有多种形成方法，热传导系数为特定材质和热传导路径的函数，因此当材质组成改变，热传导系数也会改变，大多数的变因都会影响如钻石体积浓度、平均自由热传导路径和杂质。通常钻石体积浓度的提高相对增加整体的热传导系数，但相同钻石体积浓度下不同的颗粒大小会有不同的热传导系数，特别是在平均粒径增加时，钻石颗粒间与和非含碳材质间的边界也增加，造成必须跨过为数多的固态-固态边界，该边界的增多使得热传导阻力增加。平均自由热传导路径为不包含固态-固态边界仅穿过钻石颗粒的热传导途径的平均距离。在一需要高热传导系数的区域，钻石颗粒大小必须加大或是使用固态钻石膜。

典型地，热传导为多方向性，但会偏好热传导阻力最小的路径以自表面散出，含钻石的材质可在靠近热源的热能涌入区设计成具有较高的热传导系数，并在远离热源的区域设计成具有较低的热传导系数。

本发明中含钻石材料可以为钻石复合材料，同时，其它已知的含有钻石成分的钻石散热器也可以被使用，热传导梯度的设计为横跨过整个散热器，其中温度量变曲线和热传导系数上不连续或突然的改变必须被最小化，如图2-图6所示，可以理论上选择热传导梯度的态样以平衡产品成本。热传导梯度可以影响温度梯度，当降低整体的温度梯度时，理想的热传导量变曲线会减小热阻。这样一来，虽然散热器可以快速散热，但同时可以将储热热容最大化。

在设计各种含钻石材料时，热传导梯度可以自热能涌入区至热能流出区递减，热传导梯度的变化为约1％-80％，优选为10％-60％。

请参考图2所示的钻石复合物散热器30，其具有遍布整个散热器的含钻石区域，热能涌入区32最接近热源34，而热能流出区36最远离热源34。

在一些实施例中，热传导梯度可以由钻石体积浓度的变化而决定，钻石体积浓度自热能涌入区至热能流出区连续性递减，该浓度变化由一系列不同钻石颗粒浓度的不连续区域所构成，如图2-图6所示，区域的数量依散热器的设计而定，部分实施例中，区域可以转向以控制热传导梯度。同样地，热传导系数、钻石体积浓度与钻石颗粒的变化可以为沿着含钻石材料的幅射状、水平向形成。

部分实施例中，热传导梯度可以由实施例中具有变化性平均自由热传导路径的区域来控制，变化性平均自由热传导路径可以通过改变沿着热传导梯度分布的平均钻石颗粒粒径来完成，因此每一区域中的平均钻石粒径都比相邻且靠近热能涌入区的邻区小。

散热器可以被设计成为接触多个热源，同时，虽然图面上所显示的为二维方向，但事实上散热器可以为三维结构，因此热传导梯度可以在三维的方向上调节整个热传导系数。

如图3所示，一钻石膜38形成在相邻的微粒钻石区，钻石膜可经由化学气相渗透法(chemical vapor infiltration，CVI)沉积至微粒钻石区的表面，或者是化学气相沉积法或其它方法来形成，材质如纯钻石膜、无定形钻石、类钻石碳或其它，化学气相渗透法常用在多孔性表面，其会在靠近微粒钻石区的表面处的钻石颗粒间的空隙中形成有钻石，因此该钻石膜与微粒钻石区的表面为一体性连结，如此可降低钻石膜与微粒钻石区之间边界的热接触阻力，进一步地，组成物的逐步改变让热传导梯度在边界的变化也较为缓和。

选择性地，钻石膜与微粒钻石区为分离性的结合，如焊接至微粒钻石区的表面，例如图4所示，其中钻石膜38是通过一焊接层42焊接至微粒钻石区40，虽然与化学气相渗透法相比会产生不连续的热传导变化，但焊接料仍能填补微粒钻石区的空隙，选择具有高热传导系数的焊接料，或将其形成为数微米厚的薄膜以降低热阻，可用的材质为银-铜-钛合金，金-钽合金。

使用钻石膜作为连结的一项优点为该钻石膜具有接近纯钻石的良好热传导系数(纯钻石为2400W/mK)，但成本昂贵且耗时，因此以降低厚度来解决这些问题，其适合厚度约为0.1mm至1mm，优选的厚度约为0.3mm至0.7mm；最优选的厚度约为0.5mm。以这种方法，虽然可以略为降低，但仍能有效传导热能，其特别适用于如CPU的电气设备，因为其高温为暂时且波动性地。在使用钻石膜的实施例中，热能涌入区的热传导系数最高为2400W/mK，热能流出区的热传导系数约为200W/mK-2000W/mK，典型为500W/mK至1000W/mK，最优选为600W/mK左右。

如图5所示的散热器30c包含有一非含碳区块(块体)44，特别是一含钻石的材质40a可以被嵌入非含碳区块44中，该非含碳区块为具高热传导系数如铜、无氧高传导性铜(oxygen free high conductivity OFHC)、银、铝、金及上述金属的合金，图6中显示一非含碳区块44中具有一接受部以容置含钻石的材质40b。

下表一列出各种材质的热能特性。

表一

材质	热传导系数(W/mK)	热扩散性(cm<sup>2</sup>/sec)	热容(J/KgK)	密度(g/cm<sup>3</sup>)
材质	热传导系数(W/mK)	热扩散性(cm<sup>2</sup>/sec)	热容(J/KgK)	密度(g/cm<sup>3</sup>)	钻石	2400	12.7	540	3.52
DiaCu	800	4.29	486	4.00	钻石	2400	12.7	540	3.52
DiaCu	800	4.29	486	4.00	铜	400	1.16	385	8.96
钻石/铜比率	6.0	11	1.4	0.39	铜	400	1.16	385	8.96

*热传导系数为热扩散性、热容与密度的计算产物

其中，DiaCu(购自Kinik公司)为本发明中的一种实施例，其具有匀相组成与遍布的热传导系数，其中钻石铜比率约为9，由于结晶缺陷与杂质使其有效率约为3.7，烧结石不像金属，钻石传热是通过晶格震动而不是电子运动。钻石晶格的不完美和缺陷会阻断晶格震动，因此虽然理论数据很高，但实际量出的钻石散热片的热传导系数仅为铜的两倍。

除了上述的讨论，热膨胀性也为材质选择的考虑因素，如图7所示的数种材质的热膨胀系数对应于热传导系数的关系，其中三角区域为最大钻石复合物与含钻石的材质所座落的区间，优选地，任何材料如间隙材料、焊料或相邻区域，应具有接近于钻石材质的热膨胀系数，过大的热膨胀差异会造成钻石材质的疲劳与压力，关于学术用语“石墨⊥c”代表graphene平面垂直于“c”的结晶轴，而“石墨//c”代表graphene平面平行于“c”的结晶轴，这是石墨在各向异性的自然特性，此外，在对应使用含硅的装置时，硅的热膨胀系数同时也被考量。

含钻石的材质可以被不同方式形成，上述关于匀相组成的结合方法同样可以用在具有不同钻石体积浓度与颗粒尺寸变化的含钻石材料上，例如一系列的钻石颗粒可以堆栈成特定图样以形成微粒钻石区，其可在模具中分批将钻石由大至小或由小至大分层堆栈，或者在相邻两层中填充间隙材料。

另一选择性实施例中，每一层的可以有不同的平均钻石颗粒，以达到高的堆栈效益，例如先行堆栈大尺寸的钻石颗粒，在空隙间再行填补小尺寸的钻石颗粒，以形成第一钻石颗粒区间，此项程序多次重复以形成多层。因此含钻石的材质可以具有高钻石体积浓度以提高整体的热传导系数。

下面为本发明中散热片的数种制作实施例，其意仅在于说明，而本发明的保护范围并不受其限制。

实施例一：

钻石颗粒为美规筛目50/60与铜粉混合成混合物，该混合物经冷压形成钻石铜小块，一种以耐火金属(如钛、锆、钼、钽、钨)材料制成的薄璧模具，具有粗颗粒(40/50筛目)的陶瓷颗粒(如碳化硅、氮化硅和氧化铝)首先被加入模具中，之后被钻石铜小块所覆盖，模具被放入一高压腔室并加压至5GPa以上，由一电流通过加热管以提供加热至1100℃以上，在此温度及压力下，铜被熔化并流入包含有陶瓷颗粒的模具底部，陶瓷颗粒含有孔隙会吸收铜液。在高压下钻石会部分崩离并填补铜液流失所遗留下来的空隙，而部分的铜仍留在复合材料中与钻石结合在一起以固定颗粒，其会包含钻石散热器的两边。

因为缺少钻石-钻石的架桥，铜粘紧钻石组成的复合物，其内钻石含量约为80-90％(V/V)，虽然钴烧结的多晶钻石(polycrystalline diamond(PCD))可能含有较多的钻石含量，(可至95％的体积含量)，但相较的电沉积所能达到钻石的体积含量或热压合方法(约为70％(V/V))，本发明的钻石铜仍具有更高的钻石含量，因此其热传导系数比低压性的钻石复合物散热器高。此外，本发明采用远比PCD更粗的钻石颗粒，而且以高热传导系数的铜取代PCD的钴，所以热传导率会比PCD高两倍。

多晶钻石常用于机械性的用途，如切割工具、钻头、划线块等，在散热器中使用多晶钻石其机械物理性质比较不重要，堆栈效益及热能特性才是主要考量，因此其设计有别于传统研磨上的应用，特别是颗粒尺寸与其配合使用的渗透剂与烧结助剂才为重要。

为了增加热传导效益，钻石颗粒的边界需最小化，这与传统烧结中需要将边界最大化相冲突，使用大颗粒的钻石颗粒不仅降低边界，同时增加堆栈效益，更进一步增加热传导系数，因此本发明的标准可用于所有钻石与钻石复合物的散热器。

实施例二：

在一铝制热沉装置的平面基板上形成有一直径约20mm的圆形接孔，该热沉装置具有用风扇散热的散热鳍片，该接孔涂布一导热膏并在靠近中心处形成有一气孔，热沉装置加热至约200℃以张开接孔，之后将一同样直径约20mm的钻石复合物散热器插入接孔中，气孔可以让过多的导热膏流出，以确保两者之间并没有任何的空气存在。冷却后即可以让散热器稳固地固接在热沉装置上，散热器的顶面磨去收缩后的残砾，该散热器并与一芯片或一CPU接触，以将热能通过散热器的底部及侧边导引至热沉装置。

实施例三：

钻石颗粒为美规筛目50/60以酸清洗，并放入一圆柱状的钽杯，一无氧高传导性铜碟放置于钻石颗粒的顶面，样本在2000吨的立方压力机六面顶中施压约5.5GPa，其使用六个铁砧靠近以加压，由一电流通过石墨管以提供加热，至1150℃以上，铜被熔化渗透穿过钻石颗粒，在冷却与泄压后，样本被研磨以去除钽杯与钻石铜复合体的表面与底面，最后完成的碟体直径为50.8mm，厚2.7mm，其钻石体积含量约为90％，并具有纯铜热传导系数的1.5-2.5倍。

实施例四：

本散热器与实施例三中制法相同，但渗透的铜内含有约1％重量比的锆以增加对钻石的亲合力使铜钻熔液可以润湿钻石。

实施例五：

本散热器与实施例三中制法相同，但是使用铜-银合金来增加材料的热传导系数。

实施例六：

将一石墨的薄卷(购自Graftech International Ltd，商品名GRAFOIL)放置于一铝容器中，并以30/40筛目的钻石颗粒覆盖，使用一平板将钻石颗粒压入石墨薄卷中，银-铜-锡-钛的薄卷平铺于钻石/石墨组成物顶面，最后放入真空烧炉中以950℃加热15分钟，完成一铝-钻石-石墨的复合物，该复合物的热传导率与纯铜相当，但其热膨胀系数只有铜的1/3而已，与许多的半导体(如GaN)接近，因此可与半导体结合成为散热片。

实施例七：

将50/60筛目的钻石颗粒(约为500微米)混合铜系的焊料粉末(约20微米)以达成50％体积效益，混合物在石墨模具中以40MPa(400大气压)加压，并以750℃加热10分钟，最后完成的钻石金属复合碟直径为30mm，厚3mm。

实施例八：

将30/40筛目的钻石颗粒混合铝粉放入一铝托盘中，样本以真空烧炉在10^-5torr下以750℃加热5分钟让铝熔化，冷却后形成一钻石-铝复合物。

实施例九：

将30/40筛目的钻石颗粒放入一石墨模具中，并以约325筛目的NICROBRAZLM粉末(购自Wall Colmonoy)覆盖，样本以真空烧炉在10^-5torr下以1010℃加热12分钟让镍-铬合金熔化，以渗透进入钻石颗粒之间形成一钻石金属复合物。

实施例十：

将30/40筛目的钻石颗粒放入一石墨模具中，并以硅晶片的碎片覆盖，样本以真空烧炉在10^-5torr下以1470℃加热9分钟让硅熔化，以渗透进入钻石颗粒之间形成一钻石与硅或碳化硅的复合物。

实施例十一：

将30/40筛目的钻石颗粒放入一石墨模具中并扰动，之后放入220/230筛目的钻石颗粒并扰动直到小颗粒的钻石填补大颗粒钻石之间的空隙，堆栈后的钻石以325筛目的NICROBRAZLM粉末(购自Wall Colmonoy)覆盖，样本以真空烧炉在10^-5torr下以1010℃加热12分钟让镍-铬合金熔化，以渗透进入钻石颗粒之间形成一钻石金属复合物。

实施例十二：

将30/40筛目的钻石颗粒堆栈在一阴极周围，并浸入一含有铜离子的酸浴中，在电流通过后，铜会逐渐沉积在钻石颗粒的孔隙中，最后形成一钻石铜复合物。

实施例十三：

将20/25筛目近似立方体的钻石颗粒(SDA-100S由De Beers公司制作)，边靠边地对齐于一铝板上以形成约40mm²的单层，将一0.7mm厚度的硅晶片，放于单层的表面，样本以真空烧炉在10^-5torr下以1450℃加热15分钟让硅熔化，以渗透进入钻石颗粒之间，在冷却后，该复合物经由机械研磨以去除多余的硅，最后形成一厚约0.8mm的钻石复合散热片，其包含有90％体积浓度含量，本实施例中使用立方体钻石颗粒可以方便其堆栈。

实施例十四：

将40/50筛目的钻石颗粒与硅和钛的粉末混合，整个混合物放入石墨模具之后整个放入一钛的加热管，之后放在一叶蜡石(pyrophyllite)块体上，该块体置于一种立方压力机中并施压5.5GPa，并以电流通过钛管来加热，当硅熔化会溶解钛并渗透进入钻石颗粒之间，让钻石颗粒与硅溶液助剂烧结在一起，在冷却与减压后，该复合物由块体上移走，最后形成一厚约3mm、直径为20mm的钻石复合散热片，其包含有92％体积浓度含量，该钻石复合物以钻石砂轮研磨，并经过测量其热传导系数为铜的两倍。

实施例十五：

将厚约0.5mm、直径为5mm的钻石膜放置在一直径为20mm的耐火金属杯体，以20/30筛目的钻石颗粒铺约1mm厚度在钻石膜的顶面和周围形成第一层，将50/60筛目的钻石颗粒铺约1mm厚度，形成第二层在第一层上，最后将80/100筛目的钻石颗粒铺约1mm厚度在第二层顶面形成第三层，整个系统以熔化的无氧高传导性铜在真空下渗透，完成后的钻石复合物散热器具有热传导梯度。

实施例十六：

本散热器与实施例十四中制法相同，然而，钻石膜与钻石颗粒预先覆盖一层1μm的钛以改进铜渗透剂的结合。

实施例十七：

本散热器与实施例十四中制法相同，然而，不包含钻石膜。将钻石复合物放入化学气相渗透系统，再于第一层上形成一层0.1mm的钻石膜，之后散热器的周围再抵靠形成一无氧高传导性的铜环，以制成具有变化性热传导梯度的散热器。

本发明的特点是在接触芯片处可改用钻石膜或钻石片，而在散热片末端的较大体积处则以更多的铜取代钻石。这两种改进方法可同时使用或分别使用，视芯片散热的需求与价格竞争的情况而定。另一方面，由于钻石具有所有晶体材料最低的平均热膨胀系数，所以钻石铜体复合材料的热膨胀率也比金属小很多。因此以钻石铜体和半导体的芯片结合时，其界面的应力较低，这样芯片就不易剥离或撕裂，这是本发明中使用钻石铜体的散热片的另一优点。

综上所述，本发明的具有钻石浓度梯度的散热片，不仅可以在使用上具有良好的散热效益及耐用性，更可以在制作上节省成本，为一种高效能且兼具经济效益的实用发明，特提出专利申请。

Claims

1.一种钻石复合物散热片，其包含：

一具有变化性热传导系数的含钻石的材质，该变化性的热传导系数产生一热传导梯度，且该热传导系数在含钻石的材质中自热能涌入区到热能流出区而递减；其中，所述热传导梯度是通过改变钻石体积浓度和钻石颗粒大小得到具有变化性的热传导系数而产生的。

2.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，所述钻石体积浓度由热能涌入区到热能流出区而连续性递减。

3.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，所述钻石体积浓度的变化为一系列不连续区域所形成，每一区域都有钻石颗粒的不同浓度。

4.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中所述含钻石的材质进一步包含有一系列的区域，区域中包含热能涌入区和热能流出区，每一区中的钻石体积浓度均比相邻且靠近热能涌入区的邻区小。

5.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，所述钻石的体积浓度变化的范围为30％到95％。

6.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，所述含钻石的材质进一步包含有一系列的区域，区域中包含热能涌入区和热能流出区，每一区中的平均钻石粒径均比相邻且靠近热能涌入区的邻区小。

7.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区包含钻石膜。

8.如权利要求7所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的厚度为0.1mm至1mm。

9.如权利要求8所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的厚度为0.3mm至0.7mm。

10.如权利要求7所述的钻石复合物散热片，其中，所述含钻石的材质于热能涌入区邻侧进一步包含一微粒钻石区域，该微粒钻石区域包含有一系列的钻石颗粒。

11.如权利要求10所述的钻石复合物散热片，其中，所述一系列的钻石颗粒每一颗均与至少一颗的其它钻石颗粒相接触。

12.如权利要求11所述的钻石复合物散热片，其中，所述每一颗钻石颗粒与至少一颗的其它钻石颗粒烧结在一起。

13.如权利要求11所述的钻石复合物散热片，其中，所述微粒钻石区域中进一步包含有一种间隙材质。

14.如权利要求13所述的钻石复合物散热片，其中，所述间隙材质选自下列群组：铜、银、铝及其合金。

15.如权利要求11所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区是直接形成于微粒钻石区域上。

16.如权利要求11所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区是直接焊接在微粒钻石区域上。

17.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，所述含钻石的材质是被嵌入一非含碳块体中。

18.如权利要求17所述的钻石复合物散热片，其中，所述非含碳块体为铜。

19.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，该散热片包含有一系列的热能涌入区。

20.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，该散热片包含有一系列的热能流出区。

21.如权利要求1所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的热传导系数为2400W/mK，热能流出区的热传导系数为600W/mK。

22.一种钻石复合物散热片，其包含：

一具有变化性热传导系数的含钻石的材质，该变化性的热传导系数产生一热传导梯度，且该热传导系数在含钻石的材质中自热能涌入区到热能流出区而递减；其中，所述热传导梯度是通过改变钻石体积浓度得到具有变化性的热传导系数而产生的。

23.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中，所述钻石体积浓度由热能涌入区到热能流出区而连续性递减。

24.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中，所述钻石体积浓度的变化为一系列不连续区域所形成，每一区域都有钻石颗粒的不同浓度。

25.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中所述含钻石的材质进一步包含有一系列的区域，区域中包含热能涌入区和热能流出区，每一区中的钻石体积浓度均比相邻且靠近热能涌入区的邻区小。

26.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中，所述钻石的体积浓度变化的范围为30％到95％。

27.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区包含钻石膜。

28.如权利要求27所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的厚度为0.1mm至1mm。

29.如权利要求28所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的厚度为0.3mm至0.7mm。

30.如权利要求27所述的钻石复合物散热片，其中，所述含钻石的材质于热能涌入区邻侧进一步包含一微粒钻石区域，该微粒钻石区域包含有一系列的钻石颗粒。

31.如权利要求30所述的钻石复合物散热片，其中，所述一系列的钻石颗粒每一颗均与至少一颗的其它钻石颗粒相接触。

32.如权利要求31所述的钻石复合物散热片，其中，所述每一颗钻石颗粒与至少一颗的其它钻石颗粒烧结在一起。

33.如权利要求31所述的钻石复合物散热片，其中，所述微粒钻石区域中进一步包含有一种间隙材质。

34.如权利要求33所述的钻石复合物散热片，其中，所述间隙材质选自下列群组：铜、银、铝及其合金。

35.如权利要求31所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区是直接形成于微粒钻石区域上。

36.如权利要求31所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区是直接焊接在微粒钻石区域上。

37.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中，所述含钻石的材质是被嵌入一非含碳块体中。

38.如权利要求37所述的钻石复合物散热片，其中，所述非含碳块体为铜。

39.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中，该散热片包含有一系列的热能涌入区。

40.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中，该散热片包含有一系列的热能流出区。

41.如权利要求22所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的热传导系数为2400W/mK，热能流出区的热传导系数为600W/mK。

42.一种钻石复合物散热片，其包含：

一具有变化性热传导系数的含钻石的材质，该变化性的热传导系数产生一热传导梯度，且该热传导系数在含钻石的材质中自热能涌入区到热能流出区而递减；其中，所述热传导梯度是通过改变钻石颗粒大小得到具有变化性的热传导系数而产生的。

43.如权利要求42所述的钻石复合物散热片，其中，所述含钻石的材质进一步包含有一系列的区域，区域中包含热能涌入区和热能流出区，每一区中的平均钻石粒径均比相邻且靠近热能涌入区的邻区小。

44.如权利要求42所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区包含钻石膜。

45.如权利要求44所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的厚度为0.1mm至1mm。

46.如权利要求45所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的厚度为0.3mm至0.7mm。

47.如权利要求44所述的钻石复合物散热片，其中，所述含钻石的材质于热能涌入区邻侧进一步包含一微粒钻石区域，该微粒钻石区域包含有一系列的钻石颗粒。

48.如权利要求47所述的钻石复合物散热片，其中，所述一系列的钻石颗粒每一颗均与至少一颗的其它钻石颗粒相接触。

49.如权利要求48所述的钻石复合物散热片，其中，所述每一颗钻石颗粒与至少一颗的其它钻石颗粒烧结在一起。

50.如权利要求48所述的钻石复合物散热片，其中，所述微粒钻石区域中进一步包含有一种间隙材质。

51.如权利要求50所述的钻石复合物散热片，其中，所述间隙材质选自下列群组：铜、银、铝及其合金。

52.如权利要求48所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区是直接形成于微粒钻石区域上。

53.如权利要求48所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区是直接焊接在微粒钻石区域上。

54.如权利要求42所述的钻石复合物散热片，其中，所述含钻石的材质是被嵌入一非含碳块体中。

55.如权利要求54所述的钻石复合物散热片，其中，所述非含碳块体为铜。

56.如权利要求42所述的钻石复合物散热片，其中，该散热片包含有一系列的热能涌入区。

57.如权利要求42所述的钻石复合物散热片，其中，该散热片包含有一系列的热能流出区。

58.如权利要求42所述的钻石复合物散热片，其中，所述热能涌入区的热传导系数为2400W/mK，热能流出区的热传导系数为600W/mK。

59.一种制造散热片的方法，其包括下列步骤：

确定散热片的体积；

基于热源特性来设计散热片的热量变曲线；与

在散热片中形成具有热传导梯度的含钻石的材质，该热传导梯度使该散热片具有所述热量变曲线；其中，所述热传导梯度是通过改变钻石体积浓度和/或钻石颗粒大小得到具变化性的热传导系数而产生的，该热传导系数在含钻石的材质中自热能涌入区到热能流出区而递减。

60.如权利要求59所述的方法，其中，所述形成含钻石的材质的步骤中包含有堆栈一系列的钻石颗粒在一预定的路径上，其特征在于变化钻石颗粒的大小来形成微粒钻石区域。

61.如权利要求60所述的方法，其中，所述堆栈一系列的钻石颗粒的步骤为：先在一模具中放入第一层的钻石颗粒，接着再堆栈一或多层的钻石颗粒，而每一层的钻石颗粒的大小都比其下一层的平均钻石颗粒小。

62.如权利要求60所述的方法，其中，堆栈一具有第一平均颗粒大小的第一系列钻石颗粒，之后再以较小的钻石颗粒填补于第一系列钻石颗粒间的空隙，以形成一第一微粒钻石区域。

63.如权利要求62所述的方法，其中，所述堆栈进一步包含有铺设一第二系列钻石颗粒于第一微粒钻石区域，之后再以较小的钻石颗粒填补于第二系列钻石颗粒间的空隙，以形成一第二微粒钻石区域。

64.如权利要求60所述的方法，其中，进一步包含有形成一钻石膜邻接于微粒钻石区域。

65.如权利要求64所述的方法，其中，所述钻石膜的形成方法是由化学气相渗透法直接形成于微粒钻石区域的表面。

66.如权利要求64所述的方法，其中，所述钻石膜的形成方法是由焊接法直接结合于微粒钻石区域的表面。

67.如权利要求60所述的方法，其中，所述含钻石的材质被嵌入一非含碳块体中。

68.如权利要求67所述的方法，其中，所述非含碳块体含有铜。

69.如权利要求60所述的方法，其中，该方法中包含将所述微粒钻石区域以一非含碳材质渗透。

70.如权利要求60所述的方法，其中，该方法中包含烧结所述微粒钻石区域。

71.如权利要求60所述的方法，其中，堆栈时每一钻石颗粒会与至少一颗的其它钻石颗粒相接触。

72.如权利要求59所述的方法，其中，所述热源为CPU。