CN104211403A - 碳化硅散热材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种碳化硅散热材的制造方法，其主要取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，再取一氧化硼(B2O3)材料，该氧化硼(B2O3)材料的重量相对于碳化硅材料的重量的重量比为大于或等于百分之三十，并将该氧化硼(B2O3)材料与该碳化硅(SiC)材料进行混合，最后进行烧结操作，使该氧化硼(B2O3)材料与该碳化硅(SiC)材料的混合材料进行烧结，能降低烧结时其所需的温度，烧结成碳化硅散热材。
Description
技术领域
本发明是有关于一种散热材的制程技术，尤指针对碳化硅(SiC)材料添加氧化硼(B2O3)材料的一种碳化硅(SiC)散热材的制造方法。
背景技术
科技日新月异，高效能制造效率已成为现代工业发展的趋势，另针对现代人生活、工作上所大量使用的各式电子产品，散热技术已于现在被大量需求，对于散热材料的制造方面更是衍生效率、成本的经济效益关键，是大家所需共同面对的问题，散热技术除了上述产品外，更被应用于各式高科技与电子产品的重要零件。
目前，随着在包括半导体领域在内的各领域中所用的电子器件的高度积体化及小型化，由发热值增大所导致的器件故障、运作中断以及运作速度下降已被视为所要解决的重要问题。为解决这些问题，传统上，已使用由诸如Cu或Al的金属材料或诸如AlN、SiC、BeO或碳的非金属材料制成的单一或复合散热板。然而，尽管这些材料具有约200瓦/米·开尔文(W/K)或以上的高导热系数(thermal conductivity)，然而由于材料成本高，故制造使用大量部件的散热板的制程在降低生产成本方面不太有效。
习知有关散热板技术中，在单一金属散热板的情况下，发热部件中的热传递可被最大化，但散热效率低至约0.3至0.5，故需要使用诸如风扇的散热构件。因复合散热板包含由不同材料制成的吸热层与散热层，故此种散热板偏重。此外，此种散热板具有高的热膨胀系数，故当散热板接触所欲使用的电子部件时，其他部件会被划伤。
同时，作为一种用于自部件吸热且在不具有散热用轻质风扇情况下便能轻易散热的工具，正在积极开发使用非金属无机材料(即陶瓷材料)的单一散热板。在用于单一散热板的这些陶瓷材料中，碳化硅(silicon carbide，SiC)因其导热系数相对高，且散热效率为约0.7至0.9，故可有效地轻松吸收及散发由电子器件产生的热量。然而，碳化硅(SiC)所具有的机械强度在用于散热板时相对偏低。为此，藉由在氮气、氩气或氢气气氛中于2000℃或以上的高温下执行塑化来增强碳化硅(SiC)单一散热板的机械强度的方法。
根据上述方法，藉由于2000℃或以上的高温下执行塑化，散热板的机械强度可达到理想的水平，但用于主动散热的孔隙率(porosity)降低，因而比表面积(specific surface area)减小。如此一来，散热性降低，此外，使塑化温度维持于2000℃或以上亦会增加生产成本。
故，本发明的一种用于低温燃烧制作散热片方法，包含原料碳化硅(SiC)及高温黏结剂(氧化硼，B2O3)，将其碳化硅(SiC)材料与氧化硼(B2O3)混合后进行烧结，加入氧化硼(B2O3)材料后，其烧结所需的温度会降低，即可制作出散热片组件；相较于传统制作方法，直接加热至1400度才可制作出散热片组件，本发明不仅减低制作过程需要的成本与消耗的时间，同时藉由石墨及碳化硅成分可提高散热片组件散热效果。利用本案制成散热材的方法，降低烧结时所需的成本，且消耗的时间更少，对于散热材制造方法有很大帮助。
经向上述目标努力后，发明人针对习知技术的散热材制作方式作改良，设计出一种碳化硅散热材的制造方法，可以避免习知散热材成本消耗的缺点。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供碳化硅散热材的制造方法，利用氧化硼(B2O3)材料与碳化硅(SiC)材料进行混合，能降低制造散热材于进行烧结所需的温度。
本发明的次要目的，在于提供碳化硅散热材的制造方法，利用氧化硼(B2O3)材料、氧化铝(Al2O3)材料与碳化硅(SiC)材料进行混合，降低制造散热材于进行烧结所需的温度。
为达上述所指称的主要目的的功效，本发明提供一种碳化硅散热材的制造方法，其主要取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，再取一氧化硼(B2O3)材料，该氧化硼(B2O3)材料的重量相对于碳化硅材料的重量的重量比为等于或大于百分之三十，并将该氧化硼(B2O3)材料与该碳化硅(SiC)材料进行混合，最后进行烧结操作，该氧化硼(B2O3)与该碳化硅(SiC)材料的混合材料能降低烧结时所需的温度，烧结成碳化硅散热材。
另一目的，本发明提供一种碳化硅散热材的制造方法，其主要取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，再取一氧化硼(B2O3)材料，该氧化硼(B2O3)材料的重量相对于碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为等于或大于百分之十，再添加一氧化铝(Al2O3)，该氧化铝(Al2O3)材料的重量相对于碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为大于百分之二十，并将该氧化硼(B2O3)材料、该碳化硅(SiC)材料与氧化铝(Al2O3)材料进行混合，最后进行烧结操作，该碳化硅(SiC)材料、该材料氧化硼(B2O3)与该氧化铝(Al2O3)材料的混合材料能降低烧结时所需的温度，烧结成碳化硅散热材。
实施本发明产生的有益效果是：本发明的碳化硅散热材的制造方法，其主要取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，再取一氧化硼(B2O3)材料，该氧化硼(B2O3)材料的重量相对于碳化硅材料的重量的重量比为大于或等于百分之三十，并将该氧化硼(B2O3)材料与该碳化硅(SiC)材料进行混合，最后进行烧结操作，使该氧化硼(B2O3)材料与该碳化硅(SiC)材料的混合材料进行烧结，能降低烧结时其所需的温度，烧结成碳化硅散热材。
附图说明
图1：为本发明第一实施例的制造方法流程示意图；
图2：为本发明第二实施例的制造方法流程示意图；以及
图3：为本发明第三实施例的制造方法流程示意图。
【图号对照说明】
S10 取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料
S20 加入氧化硼(B2O3)材料
S30 混合碳化硅(SiC)材料与氧化硼(B2O3)材料进行烧结
S40 于约600～1250℃左右进行烧结1～2小时，而完成碳化硅散热材的制作
S100 取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料
S200 加入氧化硼(B2O3)材料及氧化铝(Al2O3)材料
S300 混合碳化硅(SiC)材料、氧化硼(B2O3)材料与氧化铝(Al2O3)材料并进行烧结操作
S400 于约600～1250℃左右进行烧结1～2小时，而完成碳化硅散热材的制作
S101 取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料
S201 加入氧化硼(B2O3)材料及二氧化硅(SiO2)材料
S30l 混合碳化硅(SiC)材料、氧化硼(B2O3)材料与二氧化硅(SiO2)材料并进行烧结操作
S401 于约600～1250℃左右进行烧结1～2小时，而完成碳化硅散热材的制作
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：
本发明对于先前技术的散热材制造方法，改进习知在制造散热材时，成本消耗较大的缺点，利用氧化硼(B2O3)材料与该碳化硅(SiC)材料进行混合后，其能将低烧结时所需温度与时间，为一具有新颖性及进步性的发明。
请参阅图1，其为本发明降低烧结温度的碳化硅散热材的制造方法第一实施例，主要包含：一碳化硅(SiC)材料与一氧化硼(B2O3)材料，其碳化硅(SiC)的硬度仅次于金刚石，习知这种高性能材料制造方法有三种：1.反应烧结(reaction)2.热压烧结(heat pressing)3.常压烧结(sintered)，如果以100％碳化硅粉(silicon carbide powder)烧结接近理论密度(3.21g/cm3)，必须在2000°C以上高温及350MPa以上高压才可能达成，现今只需添加一些助烧剂可使碳化硅(SiC)烧结温度降到2000°C左右及常压附近，以此方法制造碳化硅已可达到理论密度98％，因为这样碳化硅拥有极强的共价键，在1650°C高温下，还能保持其材料的优异性能，而本发明利用碳化硅(SiC)材料添加氧化硼(B2O3)材料的制造方法后，更降低其所需的烧结温度。
承上所述，于步骤S10，首先，取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料；该碳化硅材料作为主要材料；于步骤S20，加入氧化硼(B2O3)材料；所取的该氧化硼(B2O3)材料的重量相对于碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为等于或大于百分之三十；于步骤S30，混合碳化硅(SiC)材料与氧化硼(B2O3)材料进行烧结；即将该相对碳化硅(SiC)材料重量比≥30％的氧化硼(B2O3)材料与该碳化硅(SiC)材料进行混合后，进行烧结操作；于步骤S40，于约600～1250℃左右进行烧结1～2小时，而完成碳化硅散热材的制作；即最后进行烧结操作，使该所设定重量比的碳化硅(SiC)材料与该氧化硼(B2O3)材料的混合材料于600～1250℃左右，进行烧结操作约1～2小时，即可烧结成碳化硅散热材。
再者，基于前述步骤，其最佳烧结温度范围为900～1250℃，若该氧化硼(B2O3)材料相对于碳化硅(SiC)材料所占的重量比愈增加，对于对于碳化硅散热材的烧结效果、烧结质量更佳；如此，在碳化硅散热材的烧结温度大为降低的情况下，对于能源的节省及成本的降低，愈能符合环保要求及制造经济效益。
本发明利用碳化硅(SiC)材料添加氧化硼(B2O3)材料的制造方法，其有效降低碳化硅(SiC)材料于烧结成散热材时，所需的温度及时间，于大量制造散热材时有极大帮助，能有效降低成本与时间上的消耗。
请参阅图2，其为本发明降低烧结温度的碳化硅散热材的制造方法第二实施例，其材料主要包含：一碳化硅(SiC)材料、一氧化硼(B2O3)材料与一氧化铝(Al2O3)材料，于步骤S100，取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，用以作为主要材料；于步骤S200，加入氧化硼(B2O3)材料及氧化铝(Al2O3)材料；该氧化硼(B2O3)材料的重量相对于碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为等于或大于百分之十，该氧化铝(Al2O3)材料的重量相对于碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为大于百分之二十；于步骤S300，混合碳化硅(SiC)材料、氧化硼(B2O3)材料与氧化铝(Al2O3)材料并进行烧结操作；于步骤S400，于600～1250℃左右进行烧结1～2小时，而完成碳化硅散热材的制作。
本实施例更进一步对于氧化硼(B2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的最佳重量的重量比为百分之十到百分之二十之间，该氧化铝(Al2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的最佳重量的重量比为百分之三十到百分之四十五之间；且上述的最佳烧结温度为900～1250℃。
又，基于本实施例步骤，若该氧化硼(B2O3)材料相对于碳化硅(SiC)材料所占的重量比愈增加，则对于碳化硅散热材的烧结效果、烧结质量愈佳；如此，在碳化硅散热材的烧结温度大为降低的情况下，对于能源的节省及成本的降低，愈能符合环保要求及制造经济效益。
请参阅图3，其为本发明降低烧结温度的碳化硅散热材的制造方法第三实施例，其材料主要包含：一碳化硅(SiC)材料、一氧化硼(B2O3)材料与二氧化硅(SiO2)材料，于步骤S101，取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，用以作为主要材料；于步骤S201，加入氧化硼(B2O3)材料及二氧化硅(SiO2)材料；该氧化硼(B2O3)材料的重量相对于碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为百分之五到百分之二十之间，该二氧化硅(SiO2)材料的重量相对于碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为于百分之二十到百分之四十之间；于步骤S301，混合碳化硅(SiC)材料、氧化硼(B2O3)材料与二氧化硅(SiO2)材料并进行烧结操作；于步骤S401，于摄氏600～1250℃左右进行烧结1～2小时，而完成碳化硅散热材的制作。
在本实施例的较佳实施方式中，该氧化硼(B2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料重量的最佳重量比为百分之十到百分之十五之间，该二氧化硅(SiO2)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料重量的最佳重量比为百分之三十到百分之四十之间；且上述的最佳烧结温度为900～1250℃。
在前述诸实施例中，该以碳化硅(SiC)材料为主的混合材料，其材料的取得及混合的次序步骤并不加以限制，即各实施例中该碳化硅(SiC)材料为主的混合材料，其混合前的步骤可弹性调整，不为所限。
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。
Claims (10)
1.一种碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其包含：
(1)取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，并取氧化硼(B2O3)材料，该氧化硼(B2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为等于或大于百分之三十；
(2)该氧化硼(B2O3)材料与该碳化硅(SiC)材料进行混合；以及
(3)进行烧结操作，使该氧化硼(B2O3)与该碳化硅(SiC)的混合材料料能降低碳化硅散热材制造的烧结温度。
2.如权利要求1所述碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其中步骤(3)该烧结操作的烧结温度为600～1250℃进行烧结1～2小时。
3.一种碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其包括：
(1)取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，并加入氧化硼(B2O3)材料及氧化铝(Al2O3)材料；该氧化硼(B2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为等于或大于百分之十，该氧化铝(Al2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为大于百分之二十；
(2)混合该碳化硅(SiC)材料、该氧化硼(B2O3)材料与该氧化铝(Al2O3)材料进行混合；以及
(3)进行烧结操作，使该碳化硅(SiC)材料、该氧化硼(B2O3)材料与该氧化铝(Al2O3)材料的混合材料能降低碳化硅散热材制造的烧结温度。
4.如权利要求3所述碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其中步骤(1)该氧化硼(B2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的最佳重量的重量比为百分之十到百分之二十之间，该氧化铝(Al2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的最佳重量的重量比为百分之三十到百分之四十五之间。
5.如权利要求3所述碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其中步骤(3)该烧结操作的烧结温度为600～1250℃左右进行烧结1～2小时。
6.一种碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其包括：
(1)取至少一单位重量的碳化硅(SiC)材料，并加入氧化硼(B2O3)材料及二氧化硅(SiO2)材料；该氧化硼(B2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为百分之五到百分之二十之间，该二氧化硅(SiO2)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的重量的重量比为百分之二十到百分之四十之间；
(2)将该碳化硅(SiC)材料、该氧化硼(B2O3)材料与二氧化硅(SiO2)材料进行混合；以及
(3)进行烧结操作，使该碳化硅(SiC)材料、该氧化硼(B2O3)材料与该二氧化硅(SiO2)材料的混合材料能降低碳化硅散热材制造的烧结温度。
7.如权利要求6所述碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其中步骤(2)该氧化硼(B2O3)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的最佳重量的重量比为百分之十到百分之十五之间，该二氧化硅(SiO2)材料的重量相对该碳化硅(SiC)材料的最佳重量的重量比为百分之三十到百分之四十之间。
8.如权利要求6所述碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其中步骤(3)该烧结操作的烧结温度为600～1250℃进行烧结1～2小时。
9.如权利要求2、5或8所述碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其中该烧结温度的最佳温度为900～1250℃进行烧结1～2小时。
10.如权利要求1、3或6所述碳化硅散热材的制造方法，其特征在于，其中该氧化硼(B2O3)材料相对于碳化硅(SiC)材料所占的重量比愈增加，则其烧结效果越好。
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