CN101483988A - 散热基材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种散热基材，其是以石墨为本体，于本体表面设置一热传导层，热传导层内含有多个钻石颗粒，各钻石颗粒之间以银胶结合，通过石墨与热传导层的结合，各兼具有高导热率的特性，钻石颗粒的散热速率高，且具有高强度、高硬度的特性，将与石墨配合，则可相辅相成，有效散热。

Description

散热基材

技术领域

本发明系有关一种散热基材，尤其涉及一种以银胶结合钻石颗粒为热传导层之散热基材。

背景技术

市售电子产品不断推出，其中的电路及其相关周边，不乏为小型化的电子元件，而电子元件所应用的散热元件，主要是利用高导热率的金属材料，例如：铜、铝、制成的散热鳍片，并将其贴附于需散热的电子元件表面，来达到散热效果，但，以铜(385W/mK)、铝(226W/mK)的导热系数而言，其必需保持一定的散热面积，方能达到散热的功效。

此外，也有利用散热系数较高的石墨制成散热片加以应用者，但是石墨制成的散热片却具有易碎、掉粉的问题，又，为改善石墨脆性、掉粉的问题，而有于石墨表面镀上一金属层，用以补足石墨的脆性、掉粉等问题，结果是，于石墨表面镀上一金属层，仍会因金属层的导热性问题而尚待改善。

进一步，针对极小之电子元件(LED)而言，一般之LED晶粒面积不到1mm，若其外围的散热基材是铜片或铝片，由于LED的散热基材极小，不能像CPU一样有鳍片，且LED的废热传导至散热基材后，需要通过其表面将热能以红外线辐射散布到周边的空气里，而铜或铝的表面平滑且具有金属光泽，在低温下(小于100℃)其辐射率只有理想黑体的2％左右，并且，金属的表面若氧化或涂布黑漆，则其辐射率可大幅提高(约60％)，但高辐射率的物质其热传导率甚低，这种热阻材料难以有效排除热流，目前LED外围的基材只能通过空气分子随机碰撞其表面带走热量，基材表面若涂布一层碳黑方可兼顾导热辐射，但是，碳黑却容易剥落而造成污染，更不实用。

因此，以小型电子元件而言，以具备散热能力的散热基材，仍为一大问题点。

发明内容

本发明的目的，在于解决上述的问题而提供一种散热基材，通过设置石墨的本体与热传导层的结合，各兼具有高导热率的特性，钻石颗粒的表面散热速率高，且具有高强度、高硬度的特性，将与石墨配合，则可相辅相成，达到有效散热的功效。

为达前述目的，本发明采用以下技术方案：

方案之一：

一种散热基材，其特征在于：以石墨为本体，于该本体的表面设置一热传导层，该热传导层内含有多个钻石颗粒，各钻石颗粒之间以银胶结合。

方案之二：

一种散热基材，其特征在于：以石墨为本体，本体内含有高导热率的纤维，并于本体表面设置一热传导层，热传导层内含有多个钻石颗粒，各钻石颗粒之间以银胶结合。

有益效果：

本发明通过石墨与热传导层的结合，各兼具有高导热率的特性，钻石颗粒的表面散热速率比一般金属高五倍以上，且具有高强度、高硬度的特性，将它披覆在石墨本体表面，则可相辅相成(乘)，达到有效散热的功效。再者，经由热传导层涂布于本体表面，该热传导层的强度系可补足石墨的脆性，而使其整体成为兼具高强度、高导热率的散热基材，而电子元件所产生的热能，更经散热基材有效传递散发。

附图说明

图1为本发明第一实施例的剖面示意图。

图2为本发明图1中A的局部放大示意图。

图3为本发明第二实施例的剖面示意图。

具体实施方式

本案之实施例，请参阅图1至图3，图中揭示者均为本发明所选用之实施例，在此仅供说明之用，于专利申请上并不拘限于此种结构。

本发明第一实施例系提供一种散热基材，详见图1和图2，其系以石墨为本体1，于该本体1的表面设置一热传导层2，该热传导层2内含有多个钻石颗粒21，各钻石颗粒21之间以银胶22所结合，其中，该本体1的形状是依客体的需求而制成为不同的形状，而该热传导层2较佳的厚度为20微米，又，该热传导层2内的钻石颗粒21，系可利用多晶钻石或单晶钻石其中之一者，该钻石颗粒21较佳的粒度为10～20微米，各钻石颗粒21之间并以银胶22结合，而该银胶22内包含有银23及环氧树脂24，在本实施例中，是将多数粒度为20微米的多晶钻石颗粒21加入含有银23及环氧树脂24的银胶22内，并混合均匀，再涂布于该本体1的各表面上，以供在该本体1的表面形成厚度为20微米的热传导层2，再经硬化成型，使该热传导层2与该本体1结合为一体。

由于在本实施例中，该热传导层2的厚度为20微米，该钻石颗粒21的粒度为20微米，因此该热传导层2涂布于该本体1的表面后，该钻石颗粒21能与该本体1接触，而更易将本体1吸收的热能，由钻石颗粒21传导散去，以增加垂直方向的散热。

当然，本案仍有其它例子，个中仅差异于部份的变化，请另见图3，是用以揭示本发明的第二实施例，其中，该本体1A内，加入有高导热率的纤维11A，使本体1A形成为具有纤维11A的复合材料，而该高导热率纤维11A系可利用铜线(直径100μ长度1mm)与石墨粉末，经过混捏加压形成，并在其本体1A表面设予前述的热传导层2，利用高导热率的纤维11A增加本体1A各方向性的导热，进而形成高热传的结构。

综合前述的石墨1，其较佳的密度是在0.02到2.35g/cm³之间，且石墨1可利用自然鳞片石墨、膨胀石墨及人造石墨加以应用制成。

此外，前述的高导热率纤维11A，较佳的长径比系主要介于1～5000之间，并可使用不同的纤维材料，其包含有：金属、陶瓷、高分子、碳材料、铜、铝、铜铝合金、碳化硅、氧化铝、高热传陶瓷、碳纤维、石墨纤维、碳纳米管、钻石微粉、须状碳纤维、气相成长系碳纤维、碳黑、纳米碳球等材料予以混合石墨加工制成本体，以使其成为高强度、高导率石墨本体。

在常温时，钻石的传热速率为金属中的银及铜的五倍，利用散热比银、铜快五倍的钻石，则以晶格振动的声子(Phonon)将热能带到较低温处，钻石颗粒可同时兼顾两者，即以石墨的金属键及钻石的绝缘键(共价键)传热。除此之外钻石颗粒更可将表面的热能(原子振动)转换成红外线的电磁波以黑体辐射(Black Body Radiation)直接飞传给空气中的分子，钻石颗粒不仅可以黑体辐射，其内所含大量的钻石键结更有助于热的扩散使整个散热基材的表面温度相近，黑体的钻石颗粒其辐射率超过90％，因此它所射出的热能会比同面积的铜或铝大十倍以上，钻石颗粒因而可以同步辐射加速散热。

通过以上的说明，不难发现其优点，通过石墨与热传导层的结合，各兼具有高导热率的特性，钻石颗粒的表面散热速率比一般金属高五倍以上，且具有高强度、高硬度的特性，将它披覆在石墨本体表面，则可相辅相成，达到有效散热的功效。

再者，经由热传导层涂布于本体表面，该热传导层的强度系可补足石墨的脆性，而使其整体成为兼具高强度、高导热率的散热基材，而电子元件所产生的热能，更经散热基材有效传递散发。

Claims (10)

1、一种散热基材，其特征在于：以石墨为一本体，于该本体的表面设置一热传导层，该热传导层内含有多个钻石颗粒，各该钻石颗粒之间以银胶结合。

2、根据权利要求1所述的散热基材，其特征在于：该银胶内包含有银及环氧树脂。

3、根据权利要求1所述的散热基材，其特征在于：该钻石颗粒为多晶钻石或单晶钻石其中之一。

4、根据权利要求1项所述的散热基材，其特征在于：该热传导层的厚度为20微米。

5、根据权利要求1所述的散热基材，其特征在于：该钻石颗粒的粒度为10～20微米。

6、一种散热基材，其特征在于：以石墨为本体，本体内含有高导热率的纤维，并于本体表面设置一热传导层，热传导层内含有多个钻石颗粒，各钻石颗粒之间以银胶结合。

7、根据权利要求6项所述的散热基材，其特征在于：该纤维的材料为金属纤维、陶瓷纤维、高分子纤维或碳纤维之一。

8、根据权利要求7所述的散热基材，其特征在于：该金属纤维为铜、铝或其合金之一。

9、根据权利要求7所述的散热基材，其特征在于：该陶瓷纤维为碳化硅、氧化铝或高热传陶瓷之一。

10、根据权利要求7所述的散热基材，其特征在于：该碳纤维为石墨纤维、碳纳米管、纳米碳球之一。

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