CN106304759A - 超薄均热片 - Google Patents

Abstract

一种超薄均热片，包括两片彼此平行且相向面具有粗糙面的上、下金属基板、一组连接上述上、下金属基板的流道结构、一设置于上述上及/或下金属基板的高分子聚合物次结构、一由上述流道结构和上述上、下金属基板共同环绕出的封闭空间、及一填充在上述封闭空间中的相变化流体。其中，本发明特征在于相连上述上、下金属基板的上述流道结构是高分子聚合物次结构，由于高分子聚合物次结构为环氧树脂，可节省材料成本、降低制作均热片的温度，且在低温环境制作下，金属基板的厚度将可变薄，整体重量变轻，面积变宽广，散热效果更好，更可大量生产。

Description

超薄均热片

技术领域

一种供对应至少一发热电子元件设置的超薄均热片。

背景技术

随着科技的进步，电子产品逐渐朝着轻、薄、短、小的方向发展，但小型化的电子元件在高速率运转下产生的高度热流，往往减损电子产品的寿命，因此市面出现不少各式各样的散热装置。

由于铜具有较高的热传导系数且成本合理，因此传统的散热材料多以铜为主体；随后，也有许多结构是在内部添加相变化材料，使得散热装置可以运用相变化时的潜热而更有效率地传输热能，此种内含相变化材料的结构，外型大多以管状为主，或管状组合鳍片，以藉由鳍片扩大与周边空气进行热交换的面积，但整体体积也势必随之变大。

由于常见的发热元件如半导体元件或发光二极管等，多半具有平坦表面，为使散热装置与发热元件良好贴合，目前，市面上也有均热片的出现，不过都为全金属铜且厚度偏厚，原因是铜的熔点约1084℃，要成形必须提供极度高温的铸造环境，即使要降低成形的温度而采取例如扩散焊接技术时，操作温度也需高达600～900℃，还需要辅以高压，使得上下两片半部件内部的铜扩散层能稍有熔融而扩散对接，藉以形成整片均热片；因此，均热片的上下两片半部件，铜基板的部分需要有足够厚度，才能承受高压操作，此外，均热片半部件中的铜扩散层也必需预留足够厚度才不会轻易被压扁，能形成足够的空间，容许其内部的相变化材料可在冷热两端来回通行及进行相变化。

上述均热片制程，即使可以降低操作温度，仍然必须达到摄氏数百度高温，使得加工环境受限；且必须对上下半部件施加压力，造成目前产品的上下半部件基板部分，每片基板的板厚至少需达200μm以上，无疑让均热片整体厚度无法降低、铜的用量无法减少、均热片的重量也无法减轻，尤其大面积加压时受力不易均匀，也因此限制均热片面积。

为了解决现有技术问题，本发明试图提供一种超薄均热片，将高分子聚合物通过简单的制作方式形成于金属基板上，再以极低温热压的方式使其结合、融合，使得高分子聚合物次结构和金属共同构成一个密封的空间；利用高分子聚合物具有加热后固化、不易熔融、以及可与特定金属接着性良好的特性。如此一来，不仅使均热片的基板部分更薄、且用部分高分子次结构取代部分金属使得整体重量益发变轻，基板变薄也使导热效率从而提升，更使得大面积均热片的生产成为可行，尤其是加工环境仅需例如摄氏两百度以下的低温，故可大幅降低制造成本。

发明内容

本发明之一目的在于提供一种超薄均热片，通过简单的制作方式将高分子聚合物次结构形成于金属基板上，由于高分子聚合物次结构不用高温处理，因此可大幅降低加工成本及制作难度。

本发明另一目的在于提供一种超薄均热片，由于超薄均热片整体不需施加高压处理，因此基板厚度可更薄、也使得大面积均热片的制造变得可行。

本发明再一目的在于提供一种超薄均热片，藉由使用高分子聚合物次结构，可降低材料成本。

本发明又一目的在于提供一种超薄均热片，由于基板厚度薄，且中间的次结构材料为质轻的高分子聚合物，大幅降低整体均热片结构的重量。

为达上述目的，本发明提供一种超薄均热片，包括两片彼此平行且相向面具有粗糙面的上、下金属基板、一组连接上述上、下金属基板的流道结构、一设置于上述上金属基板或上述下金属基板的高分子聚合物次结构、一由上述流道结构和上述上、下金属基板共同环绕出的封闭空间、及一填充在上述封闭空间中的相变化流体。

在上述超薄均热片的特征中，在于相连上述上、下金属基板的上述流道结构是高分子聚合物次结构，上述高分子聚合物次结构可以选择为环氧树脂等高分子聚合物材料，也使得本发明所揭示的一种超薄均热片，不仅材料成本降低，又可降低制作均热片的操作温度而降低制造成本，且在非高压制作条件下，金属基板的厚度将可变薄，均热片整体的面积也可变宽广，达到更好散热效果，并可大量生产，更能符合产量规模。

附图说明

图1为本发明超薄均热片第一较佳实施例的上、下半部件内部结构正视图；

图2为图1实施例的上、下半部件的部分放大正视示意图，说明各主要结构的分布；

图3为图1实施例的部分结构侧面剖视分解图，说明上、下半部件内部高分子聚合物次结构的上、下相对应情形；

图4为图1实施例的侧面剖视结合示意图，说明上、下半部件内部高分子聚合物次结构经热压后连接，且与上下金属基板共同环绕形成流道结构；

图5为本发明超薄均热片第二较佳实施例的部分结构侧面剖视结合示意图，说明高分子聚合物次结构间，可经由一胶粘层连接，并与金属基板共同形成流道结构；以及

图6为本发明超薄均热片第三较佳实施例的侧面剖视结合示意图，说明上半部件亦可直接以金属基板与下半部件的高分子聚合物次结构相对应结合的情形。

符号说明

上半部件 1、1’ 下半部件 3、3’

上金属基板 11、11” 下粗糙面 13、13”

下金属基板 31、31’′ 上粗糙面 33、33”

流道结构 5、5’ 环氧树脂凸部 51、51’、51”

环氧树脂热压连结部 52” 胶粘层 53’

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合说明书附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚呈现；此外，在各实施例中，相同元件将以相似的标号表示。

本发明超薄均热片的第一较佳实施例请参考图1和图2所示，为便于说明理解，以下将本发明用以组合超薄均热片的两部分，分别称为上半部件1及下半部件3，并且将上半部件1以反向掀开的方式，绘示于下半部件3的上方。且上半部件1和下半部件3分别具有一片例如由模具冲压出来、可供平贴于电子元件(图未示)的上金属基板11和下金属基板31，且上述上金属基板11和下金属基板31彼此平行设置。

上述上金属基板11的一侧形成有供面向上述下半部件3的下粗糙面13，在上述下金属基板31朝向上半部件1的一侧同样形成一上粗糙面33，使得上述下粗糙面13与上述上粗糙面33彼此相向并相互对应。在本例中，上述下粗糙面13与上述上粗糙面33是由电化蚀刻形成电化蚀刻粗化面。当然，熟悉本技术者也可以利用机械摩擦或金属粉末烧结等方式将金属基板的表面粗化。

且在上述下粗糙面13与上述上粗糙面33上分别利用曝光显影分别形成例释为环氧树脂凸部51的高分子聚合物次结构。当然，熟悉本技术者也可以考虑将高分子聚合物次结构采取激光雕刻、网版印刷或3D列印(3D printing，又称增材制造(Additive Manufacturing))成形于金属基板上，使得本发明所揭示的超薄均热片制造结构更具有弹性，且金属基板粗糙化的过程，也可以在设置高分子聚合物次结构后进行，均无碍于本发明的实施。

接着请参考图3和图4所示，当上述上半部件1和下半部件3的上述的环氧树脂凸部51对应结合时，由于本例中的上述环氧树脂凸部51均为双酚A型环氧树脂(Bisphenol-A epoxy resin)，使得加热结合的操作温度只需约140℃～170℃，便可将上述上金属基板11与上述下金属基板31间的高分子聚合物次结构连接成为一组流道结构5，使得上述上金属基板11和上述下金属基板31间形成具有间隙的密闭空间；并在上述密闭空间填充一相变化材料(图未示)，在本例中，该相变化材料例释为水。由于本发明的上金属基板11和下金属基板31厚度分别低于150μm，加计流道结构5的高度约100μm，使本发明均热片的整体厚度可小于500μm。当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，由于铜箔厚度影响其机械强度，亦可考虑上下金属基板其中一者选择现有厚度约200μm，另一者则选择例如100μm，既可降低均热片整体厚度，亦可使均热片整体保有相当结构强度。

由于上半部件1和下半部件3只需经由低温热压，便能形成超薄均热片。相较过往的技术，本发明的结构设计大幅降低均热片的制作温度，大幅降低制造成本，且易于量产，产品良率藉此提升；更因低温热压的压力较以往小，压力不均匀问题从而降低，超薄均热片的产品面积可以轻易提升至约800mm X600mm，符合一般较大电路板尺寸，增大使用弹性；另方面，制作的过程不必经由高温高压操作，均热片的金属基板厚度可以变更薄，且流道结构主要包括高分子聚合物，使得整体重量变更轻。

本发明第二较佳实施例请参考图5所示，与前一实施例不同在于，本例中，在上半部件1’中的环氧树脂凸部为3D列印的例如双酚A型环氧树脂，下半部件3’中的高分子聚合物则另选择环氧酚醛清漆树脂(epoxy-novolak resin)，且当上述上半部件1’与下半部件3’的上述环氧树脂凸部51’对应结合时，在上述环氧树脂凸部51’间还额外增加有一胶粘层53’，而形成一组流道结构5’，以利相变化流体(图未示)进行毛细作用。

当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，本发明的高分子聚合物次结构材质也可为聚脂树脂、压克力树脂，位于两片金属基板上的高分子聚合物次结构并不一定要采用相同材质，甚至不一定要同时存在于上、下半部件中，如图6本发明第三较佳实施例所示，本例中上金属基板11”的下粗糙面13”与下金属基板31”的上粗糙面33”同以金属粉末烧结造成粗化面，但上金属基板11”的下方并无高分子聚合物次结构，因此在本例中以超音波加热结合时，是以上述下金属基板31”的网版印刷的环氧树脂凸部51”直接对应抵接至上述上金属基板11”的下粗糙面13”，使两者相连形成一段环氧树脂热压连结部52”。

综上所述，本发明的结构利用高分子聚合物次结构的可塑性、高黏合性、以及固化物交联密度高，且处理温度不用太高的条件下，金属基板的面积可依使用所需而做变化，在设计上也可以有非常高的变化。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明申请的权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种超薄均热片，供对应至少一发热电子元件装置，该超薄均热片包括：

两片具彼此平行的上、下金属基板，前述上、下金属基板分别具有一个彼此相向的粗糙面；

一组连接上述上、下金属基板的流道结构，使得该流道结构和上述上、下金属基板共同环绕出一个封闭空间，其中该流道结构包括设置于至少上述上金属基板或上述下金属基板的高分子聚合物次结构；以及

一填充在上述封闭空间中的相变化流体。

2.如权利要求1所述的超薄均热片，其中上述上金属基板与上述下金属基板厚度至少其中一者低于150μm。

3.如权利要求1所述的超薄均热片，其中上述上、下金属基板的粗糙面分别是电化蚀刻粗化面。

4.如权利要求1所述的超薄均热片，其中上述高分子聚合物次结构为环氧树脂凸部。

5.如权利要求4所述的超薄均热片，其中上述环氧树脂凸部为曝光显影的环氧树脂凸部。

6.如权利要求4所述的超薄均热片，其中上述环氧树脂凸部为网版印刷的环氧树脂凸部。

7.如权利要求4所述的超薄均热片，其中上述环氧树脂凸部为3D列印的环氧树脂凸部。

8.如权利要求2、3、4、5、6或7所述的超薄均热片，其中上述流道结构更包括一段环氧树脂热压连结部。

9.如权利要求4、5、6或7所述的超薄均热片，其中上述流道结构更包括位于上、下金属基板的上述环氧树脂凸部间的胶粘层。

10.如权利要求1所述的超薄均热片，其中上述相变化流体为水。