CN102791111A - 含金属层的石墨散热介面装置的使用 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种用于一电子装置的一散热介面装置，其包含一石墨本体、一层或多层金属层、一绝缘胶膜及一粘胶。该散热介面装置亦可粘附至一散热片上。本发明还披露利用该散热介面装置散热的方法。

Description

含金属层的石墨散热介面装置的使用

相关申请的交叉引用

本申请为2009年8月14日提出申请的共同待决美国专利申请序号12/541,677的部分连续申请，将引用前一申请的全文作为本申请的揭示内容。

技术领域

本发明是有关于一种散热装置的制作方法及其制品，特别是指一种供发热元件设置的散热介面装置的制作方法及其制品。本发明还关于含电镀金属层的石墨散热介面装置的使用，可用于电子装置的散热。

背景技术

近年来，数字相机、移动电话及笔记本电脑等电子产品不断朝高密度封装及多功能化方向发展，随着电子产品的功能性提升与体积缩小，元件的密度也相对增加，由于电子产品内部的各个元件于运作时皆会产生热，因此元件的密度增加也代表着由各个元件产生的热增加，造成电子产品因内部温度不断升高而降低其运作的效能，更严重的，电子产品会因温度过高而产生爆炸燃烧现象，产生安全上的顾虑。

目前，为解决因元件产生的热而导致电子产品内部高温的问题，通常是使用铜、铝等热传导率高的金属散热器，将元件运作时产生的热由表面依其热度与外界环境的温度差将热导出电子产品外。然而，无论是哪一种金属散热器皆必须随着元件热产生的速率加快而加大体积，加大体积也代表着增加重量，在目前电子产品皆朝轻、薄、短、小的方向发展之下，使得电子产品内部可作为散热的空间尤显不足。

由于，与铜、铝相比，石墨具有更低热阻、重量更轻，且热传导系数更高等独特的性能优势，另外，石墨的体积更小也更轻，因此成为广受瞩目的材料之一。然而，石墨本身由于其弹性而机械强度不足且较为脆弱，在使用时容易因碰撞或加压而破损变形，此外，石墨无法与金属或是合金材质直接焊接，所以石墨本身并不易直接供元件作散热之用。

因此，目前业界通常的作法是将一金属膜粘贴包覆于石墨上，用以增加石墨片的刚性及强度，并可利用金属膜让元件以粘贴的方式设置于金属膜上，进而将元件作动产生的热，透过金属膜由石墨本身导离元件；然而，由于金属膜仅是以贴覆的方式与石墨片粘接，使得金属膜较易剥离，此外，也会因为金属膜与石墨片之间还有胶的存在，而会有热传递不连续的现象，进而降低热传导的效率。

发明内容

因此，本发明的一个目的，即在提供一种导热性佳且便于供产生热的元件设置的散热介面装置的制作方法。

此外，本发明的另一目的，即在提供一种导热性佳且便于供产生热的元件设置的散热介面装置。

于是，本发明散热介面装置的制作方法，包含下列二个步骤。首先，清洗一呈沿x-y平面延伸的板状且由积层结构的石墨构成的本体。接着，将清洗后的本体进行电镀，使该本体上形成一金属层，制得该散热介面装置。

另外，本发明提供一种散热介面装置，包含一本体，及一金属层。该本体呈沿x-y平面延伸的板状，且由积层结构的石墨构成。该金属层是以电镀方式形成于该本体上。

本发明的另一目的是利用散热介面装置提供从热源散热的方法。此方法包括以下步骤：让散热介面装置接触电子装置内的热源；让热量沿着Z方向从热源流过金属层的厚度；让热量从金属层传至板状本体，并沿着x-y平面传递出去。

本发明的功效在于：开发一种新的散热介面装置的制作方法，利用电镀的方式于该积层结构的石墨构成的本体上形成该金属层，使得该金属层可紧密地附着于该本体上，而不会有剥离的状况产生，并使得热传导时因介面连续而可提升热传导的效率。

附图说明

图1是一流程图，说明本发明散热介面装置的制造方法的一较佳实施例；

图2是一立体示意图，说明该较佳实施例所制得的散热介面装置；

图3是一立体示意图，说明本发明的散热介面装置的另一态样，是整个本体外周面均包覆有金属层；

图4是一立体示意图，说明本发明的散热介面装置的另一态样，是本体包覆有包括二金属膜的金属层；

图5是一立体示意图，说明本发明的散热介面装置的另一态样，一元件是借由导热胶设置于一散热介面装置上；

图6是一立体示意图，说明本发明的散热介面装置的另一态样，此散热介面装置更包含一贴覆于金属层上的绝缘胶膜；及

图7是一立体示意图，说明本发明的散热介面装置的另一态样，此散热介面装置更包含一金属板，且多数本体借由金属层间隔排列地设置于该金属板上。

图8显示本发明的石墨散热介面装置的第七个较佳具体实施例的横截面图。

图9显示图8的散热介面装置的较佳具体实施例的横截面图。

图10显示本发明的石墨散热介面装置的第八个较佳具体实施例的横截面图。

图11显示图10的散热介面装置的较佳具体实施例的横截面图。

主要元件符号说明：

100 元件

200 元件

11  步骤

12  步骤

2   散热介面装置

21  本体

22  金属层

3   散热介面装置

31  本体

32  金属层

4   散热介面装置

41  本体

42  金属层

421 铜膜

422 镍膜

5   散热介面装置

53  导热胶

6   散热介面装置

62  金属层

63  导热胶

64  绝缘胶膜

7   散热介面装置

71  本体

72  金属层

73  金属板

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

本发明的具体实施例将参考附图进行说明。除非另有定义，否则整个披露内容中相同的元件将以相同的参考编号表示，且此处使用的所有技术与科学术语的意义，与熟知本发明所属领域的一般技术者共同了解的意义相同。

参阅图1、图2，本发明一种散热介面装置的制作方法的较佳实施例，是制作出如图2所示的散热介面装置2。

本发明的制作方法在先了解制作出的产品结构后，当可更加清楚的明白。

先参阅图2，该散热介面装置2包含一本体21，及一金属层22。

该本体21是呈沿x-y平面延伸的板状，且由积层结构实质平行于x-y平面延伸的石墨构成。与铜、铝相比，石墨散热材料具有低热阻、重量轻且热传导系数高等独特的性能优势，且由于石墨材料具备了等向性的特性，在沿积层表面方向(即x-y平面方向)具有良好的热传导性。

该金属层22是以电镀方式形成于该本体21上，借由该金属层22的设置，可在实际应用时利用焊接或胶固的方式将该产生热的元件100固设于该散热介面装置2的金属层22上。由于电镀的原理是利用原子与原子间的紧密堆积，使金属附着于物体表面上，因此，利用电镀的方式于该本体21上形成该金属层22，可使该金属层22紧密地结合于本体21上，而使得元件100产生的热经过该金属层22而直接传导到该积层结构的石墨构成的本体21，进而借由该本体21将热沿x-y平面方向快速导出。在本实施例中，该金属层22是包覆形成在该本体21的一沿x-y平面延伸的表面，及多个沿该表面的边缘延伸的侧面。

该金属层22的材质是选用铜、镍、铬、金、银、锡、铂等热传导率高的金属材料，及/或包含上述金属元素的合金，以电镀方式形成于该本体21上，由于此等材料具有高热传导率的特性，将其电镀于由该积层结构的石墨形成的本体21时，不但不会因增加该金属层22而降低将元件100产生的热由该石墨形成的本体21传导出的效率，反而会有所提升，根据测试，本制作方法所制作出的散热介面装置2，其散热效率较诸纯积层结构的石墨片有10％～15％的提升。

使用时，元件100可以视实际需要，以导热胶或直接焊接地设置于该散热介面装置2的金属层22上，当元件100因运作而产生热时，热可借由该金属层22、再从该金属层22直接将热导引由积层结构实质平行于x-y平面延伸的石墨本体21将热快速沿x-y平面方向导离该元件100(如图2中箭头方向所示)。

由于上述的散热介面装置2是利用电镀的技术于本体21上形成金属层22，所以可借由该金属层22的设置，一方面使得该散热介面装置2获得表面硬度及刚性上的提升，并可借由该金属层22的延展性，而利用冲压加工的方式将该散热介面装置2的形状作微小幅度的曲度变化，另一方面，借由该金属层22的设置或包覆，也可防止石墨粉尘掉落于电子产品内，造成污染；此外，更可利用焊接的方式将元件100直接焊接于该金属层22上，如此不但可使元件100的设置更为稳固，而且更因为元件100与该散热介面装置2直接接触，使得散热效果更佳。

上述的散热介面装置2，在通过下述本发明散热介面装置的制作方法的较佳实施例说明后，当可更加清楚的明白。

参阅图1，本发明散热介面装置的制作方法的较佳实施例，是先进行步骤11，清洗该呈沿x-y平面延伸的板状且由积层结构的石墨构成的本体21，以洗去该本体21表面的油污及氧化物。

在此步骤11中，可以使用酸性溶液经由脱脂、活化等程序清洗该本体21，也可以使用常压等离子的技术清洗该本体21；在本实施例中，是先将该本体21置于内含重量百分率浓度10wt％的硫酸，及一介面剂的溶液中浸洗50秒，以去除该本体21表面的污物，并以清水清洗后，再将该本体21置于重量百分率浓度3wt％～5wt％的硫酸中浸洗30秒，以加强该本体21去污及去氧化的效果。

然后进行步骤12，将清洗后的本体21进行电镀，使该本体21的表面上形成该金属层22，即制得该散热介面装置2。

由于电镀的原理是利用原子与原子间的紧密堆积，使金属附着于物体表面上，因此，利用电镀的方式可使该金属层22更紧密地附着于该本体21上，而不会有剥离的状况产生，并使得热传导时因介面连续而提升热传导的效率，此外，利用电镀的方式更可使得该金属层22均匀地分布于该本体21的表面上。

在此要特别说明的是，由本发明散热介面装置的制作方法制作出的散热介面装置，可以经由细微的制程改变，而有所变化。

参阅图3，例如当对整个本体31进行电镀时，是制作出如图3所示的整个本体31外周面均包覆有金属层32的散热介面装置3，如此不但可以借由金属层32的完整包覆而避免本体31的石墨粉尘造成的污染，也可以更进一步地提升该散热介面装置3的散热功效，同时，更便于依实际情况，将元件100设置于该散热介面装置3的任一表面，更增添本发明散热介面装置3的实际应用范围。

参阅图4，此外，在增加散热效率的考量下，可依序以不同金属材质，或是合金材质搭配组合电镀于石墨构成的本体41上以形成金属层42，而进一步形成如图4所示的二层膜体结构态样的散热介面装置4，再将元件100设置于散热介面装置4上，其中，是先以电镀的方式在本体41上形成厚度8μm~10μm的铜膜421，再以电镀的方式在该铜膜421上形成厚度2μm~5μm的镍膜422后而形成整个金属层42。此外，也可以视实际需要电镀形成多层膜体结构构成的金属层42，然而，无论何种态样，金属层42的总厚度须不小于1μm，避免金属层42剥离，或是结构强度不足。

参阅图5，在实际应用上，元件100可以是如图5所示，利用导热胶53设置于散热介面装置5上，而利用本发明的散热介面装置5帮助元件100散热。

参阅图6，或是为了元件200与本发明的散热介面装置6彼此的绝缘考量，该散热介面装置6更可包含一贴覆于金属层62上的绝缘胶膜64，在此该绝缘胶膜64是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，Polyethylene Terephthalate)胶膜，并利用导热胶63将需要与该散热介面装置6作绝缘处理的元件200设置于该散热介面装置6上，或利用焊接的技术直接将元件200设置于该散热介面装置6上，使得元件200借由直接接触该散热介面装置6而得到更佳的散热效果。

参阅图7，此外，为了增加散热效率，本发明的散热介面装置7更可包含一金属板73，且该本体71是借由金属层72以焊接或胶固的方式概呈垂直地设置于该金属板73上(图式中是以多数本体71呈间隔排列的态样呈现)，借由该金属板73直接接触将元件100的热导离元件100后，再经由这些本体71沿x-y平面将热导出至外界，进而更有效地维持元件100稳定的作动。

图8说明本发明的较佳具体实施例，适合与电子装置搭配使用，如电脑、移动上网设备、个人平板电脑或手机。在此具体实施例中，散热介面装置2的底面粘附至装置外壳内部、电子装置的一个部件、印刷电路板或用于增加散热能力的散热片。散热片系由石墨或金属制成。散热介面装置2的另一面则与热源100接合，包括直接与热源100实体接触，或是中间具有一或多层媒介物质（如粘胶）。本体21至少包含一片弹性石墨。本体的其中一面电镀一层或多层金属层22。金属层22包含一或多种下列材料：铜、镍、铬、金、银、锡、铂及其化合物。金属层在Z方向具有高导热性，可有效地将热量从热源传导至石墨本体21。为达到所需的机械强度及支撑本体，所有金属层的总厚度不得小于1μm左右。

在此使用的术语“大约”在此涵盖±15％的范围。

在一个具体实施例中（如图9所示），石墨板状本体上具有超过一层的金属电镀层。石墨本体最好能电镀厚度介于7μm至10μm左右的铜膜221，然后再于其上电镀镍膜222。镍膜的厚度约介于2μm至5μm之间。

绝缘胶膜23可视需要粘附至金属层。绝缘胶膜23可由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或其他适合的材料制成，厚度约介于0.005mm至0.05mm之间。绝缘胶膜阻止电流流回电子装置。

粘胶25位于本体与电子装置的外壳或散热片之间。该粘胶为双面胶带，包含感压胶涂布及离型膜。粘胶的厚度约介于0.005mm至0.05mm之间。

散热介面装置2的表面积最好等于或大于热源100的表面积。散热介面装置的边缘亦可具有插入紧固件的孔洞，让散热介面装置可牢牢地固定至热源100上。

图10说明本发明的另一个较佳具体实施例，适合与电子装置搭配使用，如LCD或LED显示面板，或是含印刷电路板(PCB)的LED照明、金属核PCB、电脑、移动上网设备、个人平板电脑或手机。在此具体实施例中，散热介面装置2的其中一面粘附至电子装置的热源100，如PCB。本体21至少包含一片弹性石墨。本体的其中一面电镀一层金属层22。金属层22包含一或多种下列材料：铜、镍、铬、金、银、锡、铂及其化合物。金属层22在Z方向具有高导热性，可有效地将热量从热源传导至石墨板状本体。为达到所需的机械强度及支撑板状本体，金属层的总厚度不得小于1μm左右。

在一个具体实施例中（如图11所示），石墨板状本体21最好能电镀厚度介于7μm至10μm左右的铜膜221，然后再于其上电镀镍膜222。镍膜的厚度约介于2μm至5μm之间。

绝缘胶膜23粘附至本体21。绝缘胶膜23可由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或其他适合的材料制成，厚度约介于0.005mm至0.05mm之间。

石墨本体的底面211可与电子装置的部件或散热片接触。这一接触可包括直接实体接触或间接接触。在热源装置和电子装置的部件之间可有一层或多层金属层。

粘胶25粘附至金属层22及热源100上，并介于该金属层22与热源100之间。该粘胶为双面胶带，包含感压胶涂布及离型膜。粘胶的厚度约介于0.005mm至0.05mm之间。

散热介面装置2的表面积最好大于热源100的表面积。散热介面装置的边缘亦可具有插入紧固件的孔洞，让散热介面装置可牢牢地固定至热源100上。

本发明亦提供从电子装置的热源100散热的方法。散热介面装置2与热源100接触（直接实体接触或中间具有一或多层媒介物质）。从热源100产生的热量沿着Z方向流过金属层22的厚度。热量从金属层22传至石墨本体21，并快速沿着x-y平面传递出去。电子装置包括但不限于电脑、手机、LCD与LED显示设备，以及LED照明。

综上所述，从电子装置的热源散热的方法包含以下步骤：

(a)让散热介面装置2接触电子装置内的热源100；

(b)让热量沿着Z方向从热源100流过金属层22的厚度；

(c)让热量从金属层22传至板状本体，并沿着x-y平面传递出去。

综上所述，本发明主要是使用电镀的方式在积层结构石墨构成的本体上，形成由热传导率高的金属材料构成的金属层，以制作得到该散热介面装置，如此，不但可以让具有极高热传导率的石墨本体获得表面硬度及刚性上的提升，更可利用焊接、导热胶粘着等不同的方式，供元件设置，进而获得更佳的散热效果。

此外，由于电镀的原理是利用原子与原子间的紧密堆积，使金属附着于物体表面上，因此，利用电镀的方式形成的金属层可更紧密且均匀地附着于本体上，而在热传导时因介面连续而提升热传导的效率，确实改进已知的制作方法仅是以贴覆的方式与石墨片粘接，使得金属膜较易剥离，且因为金属膜与石墨片间更因胶的存在而有热传递不连续的现象产生，进而降低热传导的效率等缺点，故确实能达成本发明的目的。

以上所披露的内容足够让熟知此领域的一般技术人员实行本发明，并提供发明者目前构思的最佳实施模式。虽然此处全面且完整地揭露了本发明的特定具体实施例，但并非将本发明限制于先前显示及描述的确切结构、尺寸关系和操作方式。熟知此领域技术的人员可轻易想到及实现（如适当）各种修改、替代结构、设计选项、变更及同等设计，但皆未脱离本发明的实际精神与范围。这类变更可能包括替代材料、组件、结构安排、尺寸、形状、形式、功能、操作特色等诸如此类的项目。

Claims (11)

1.一种散热介面装置，其包含：

一包含石墨的板状本体，其中该板状本体的一面或多面电镀一层或多层金属层；

一粘附至该本体的非电镀面的粘胶。

2.如权利要求1所述的散热介面装置，其特征在于，还包括一粘附至该金属层的绝缘胶膜，其中该金属层介于该绝缘胶膜与该板状本体之间。

3.如权利要求1所述的散热介面装置，其特征在于，该金属层包含一或多种下列材料：铜、镍、铬、金、银、锡或铂。

4.如权利要求1所述的散热介面装置，其特征在于，该金属层厚度不小于1um左右。

5.如权利要求1所述的散热介面装置，其进一步包含一散热片。

6.一种散热介面装置，其包含：

一包含石墨的板状本体，其中该板状本体的一面或多面电镀一层或多层金属层；

一粘附至该金属层的粘胶，其中该金属层介于该粘胶与该板状本体之间。

7.如权利要求6所述的散热介面装置，其特征在于，还包括一粘附至该板状本体的非电镀面的绝缘胶膜，其中该板状本体介于该绝缘胶膜和该金属层之间。

8.如权利要求6所述的散热介面装置，其特征在于，该金属层包含一或多种下列材料：铜、镍、铬、金、银、锡或铂。

9.如权利要求6所述的散热介面装置，其特征在于，该金属层厚度不小于1um左右。

10.一种用于在一电子装置内散热的散热介面装置，其包含：

a.用于散热的构件；

b.用于提供机械强度的构件；

c.用于防止石墨剥落的构件；

d.用于粘附至该电子装置的构件；以及

e.用于提供电气绝缘的构件。

11.一种用于在一电子装置内散热的方法，其包括以下步骤：

a.让散热介面装置接触一电子装置内的一热源，该散热介面装置包括板状本体和一层或多层金属层；

b.让热量从该热源传至金属层；以及

c.让该热量从该金属层传至该板状本体。

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