CN219205043U

CN219205043U - 具有三维多孔隙结构的铜基散热器

Info

Publication number: CN219205043U
Application number: CN202222930440.XU
Authority: CN
Inventors: 陈振贤
Original assignee: Guangzhou Lihe Thermal Management Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Lihe Thermal Management Technology Co ltd
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2032-11-03

Abstract

本实用新型提供一种具有三维多孔隙结构的铜基散热器，包含散热器以及三维多孔隙铜结构层，该散热器包含铜基板以及设置于铜基板上的多个铜基散热片，并且铜基板以及多个铜基散热片形成散热表面，三维多孔隙铜结构层直接金属键结于散热器的散热表面上；由此，本实用新型的三维多孔隙铜结构层可透过浆料烧结并直接形成于散热器的表面，以增加散热器与外界空气的接触面积，进而提高散热效果。

Description

具有三维多孔隙结构的铜基散热器

技术领域

本实用新型系关于一种铜基散热器，尤其是指一种具有三维多孔隙结构的铜基散热器。

背景技术

随着电子及通讯产品的发展趋势不断地朝向高功能化，人们对产品中的处理器(processor)运算速度及功能的要求也越来越高。处理器是电子及通讯产品的核心元件，在高速运算下容易产生热而成为电子装置的主要发热元件。如果没能即时将热散去，将产生局部性的处理热点(Hot Spot)。倘若没有良好热管理方案及散热系统，往往造成处理器过热而无法发挥出应有的功能，甚至影响到整个电子装置系统的寿命及可靠度。因此，如何将电子产品运作时所产生的热能散去已逐渐成为重要的课题。

一般来说，电子及通讯产品通常会透过散热器将发热元件所产生的热能进行散热。以桌上型电脑为例，散热器通常系为包含散热鳍片的散热基板，散热鳍片用于增加与外界空气的接触面积，来提升散热效果。然而，电子产品的处理器不断更新以追求更好的运算速度及功能时，电子产品所产生的热能就更大；若电子产品的体积不变，则对散热器的散热效率要求就越高。

在现有的技术中，会在散热器的表面贴附一层泡沫铜(发泡铜)来增加散热表面积。然而，粘胶的导热系数差，反而在两个铜结构间形成热阻，大幅度地阻绝热能。也就是说，散热器所吸收的热能无法有效传导至泡沫铜。因此，散热器仍然无法得到有效地散热效果，反而会因粘胶的阻隔而降低了散热效率。此外，泡沫铜的孔隙率过大并且在现有工艺技术很难做到微小厚度。当散热器的尺寸及鳍片间隔有限时，泡沫铜有可能会无法完整地覆盖散热器的表面，着实的限制了散热器的散热效果。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具有三维多孔隙结构的铜基散热器，其能解决先前技术的问题，有效提高散热效率。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种具有三维多孔隙结构的铜基散热器，其特征在于包含：

一散热器，包含一铜基板以及多个设置于该铜基板上的铜基散热片，该铜基板以及该些铜基散热片形成一散热表面；以及

一金属键结于该散热器的该散热表面上的三维多孔隙铜结构层。

其中，该三维多孔隙铜结构层的厚度介于10μm至500μm之间。

其中，该三维多孔隙铜结构层包含多个互相连结而成的链状铜构件，并且该些链状铜构件的平均直径小于或等于5μm。

综上所述，本实用新型的具有三维多孔隙结构的铜基散热器可透过浆料经烧结产生三维多孔隙铜结构层，并且三维多孔隙铜结构层可直接金属键结于散热器的表面，而不需透过其他介质材料的粘合或接合而影响导热效果，进而提高散热效率。进一步地，三维多孔隙铜结构层中的孔洞可增加散热器的比表面积，以提高散热器与外界空气的接触面积以及热对流，进而提高散热效率。此外，本实用新型的具有三维多孔隙结构的铜基散热器的三维多孔隙铜结构层可为薄型多孔结构，因此，即使散热器的尺寸及设置空间有限时，仍可有效地提高散热效率。

附图说明

图1显示了本实用新型一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器的示意图。

图2系根据图1的具有三维多孔隙结构的铜基散热器的剖面图。

图3系根据图2的三维多孔隙铜结构层的组成示意图。

图4显示了本实用新型一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器的局部剖面示意图。

图5显示了本实用新型另一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器的局部剖面示意图。

图6显示了本实用新型一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器的制作方法的步骤流程图。

图7显示了本实用新型一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器的制作方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了让本实用新型的优点，精神与特征可以更容易且明确地了解，后续将以具体实施例并参照所附图式进行详述与讨论。需注意的是，这些具体实施例仅为本实用新型代表性的具体实施例，其中所举例的特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本实用新型或对应的具体实施例。又，图中各元件仅系用于表达其相对位置且未按其实际比例绘述，本实用新型的步骤编号仅为区隔不同步骤，并非代表其步骤顺序，合先叙明。

请参阅图1以及图2。图1显示了本实用新型一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器1的示意图。图2系根据图1的具有三维多孔隙结构的铜基散热器1的剖面图。如图1及图2所示，在本具体实施例中，具有三维多孔隙结构的铜基散热器1包含散热器11以及三维多孔隙铜结构层12。散热器11包含铜基板111以及多个铜基散热片112设置于铜基板111上，并且铜基板111以及多个铜基散热片112形成散热表面113。而三维多孔隙铜结构层12金属键结于散热器11的散热表面113上。

散热器11的铜基板111包含底面1110以及相对于底面1110的顶面，并且多个铜基散热片112设置于铜基板111的顶面上。于实务中，铜基板111以及多个铜基散热片112可为一体成形。铜基板111的顶面可经由铲齿加工以产生多个铜基散热片112。进一步地，铜基板111的侧面、顶面以及多个铜基散热片112的表面形成散热表面113，并且铜基板111的底面1110可接触发热源或设置于靠近发热源的元件上。散热器11可透过铜基板111的底面1110吸收热能，并且透过热传导的方式将热能传导至多个铜基散热片112，接着散热表面113与外界空气进行热对流，以使散热器11达到散热的功能。

在一具体实施例中，散热器11的材质为铜，但不限于此，散热器11的材质也可为铜合金或其他铜基材料。于实务中，铜和铜合金具有极佳的导热系数，并且其生产成本低。

值得注意的是，图1及图2中的散热器11的铜基散热片112仅为示意。于实务中，铜基散热片112的数量不限于图1及图2中的5个，并且铜基散热片112的宽度不限于图中的宽度，铜基散热片112的数量可大于5个并且铜基散热片112的宽度可根据铜基板111的尺寸、设计及需求而决定。

在本具体实施例中，三维多孔隙铜结构层12形成于散热器11的散热表面113，并且三维多孔隙铜结构层12的厚度介于10μm至500μm之间。进一步地，三维多孔隙铜结构层12系由包含金属铜的浆料经烧结过程而形成。于实务中，包含铜基材料的浆料可先铺置并包覆散热器11的散热表面113，接着加热浆料。当浆料加热到一定温度时，浆料中的金属铜会发生变化并且与散热器11的散热表面113的铜互相键结，以产生三维多孔隙铜结构层12并直接形成于散热器11的散热表面113上。

由于三维多孔隙铜结构层12为多孔隙结构，因此，当三维多孔隙铜结构层12形成于散热器11的散热表面113上时，可增加散热器11的比表面积，即散热器11与外界空气的接触面积。也就是说，当散热器11进行散热时，三维多孔隙铜结构层12可提高散热器11与外界空气的热对流，进而提高散热效率。此外，本实用新型的具有三维多孔隙结构的铜基散热器1的三维多孔隙铜结构层12可为薄型多孔结构，因此，即使散热器的体积及设置空间有限时，仍可有效地提高散热效率。

于实务中，三维多孔隙铜结构层12的厚度不限于上述的厚度范围，三维多孔隙铜结构层12的厚度也可根据发热源所产生的热能大小、散热器11的尺寸、设计及需求而决定。

请一并参阅图2及图3。图3系根据图2的三维多孔隙铜结构层12的组成示意图。前述的浆料包含金属粉末，并且金属粉末包含多个金属铜(Cu)颗粒和氧化亚铜(Cu2O)颗粒。所述颗粒为一种细小的粉末级颗粒，多个颗粒团聚时具有粉末性质，或可称为金属铜粉末和氧化亚铜粉末。在本具体实施例中，铜颗粒的平均粒径小于或等于53μm，并且氧化亚铜颗粒的平均粒径小于铜颗粒的平均粒径。进一步地，氧化亚铜颗粒的形状为菱形六角八面体晶体，其中两个对角分别反向地远离另外四个角所大致形成的平面。如图3所示，当铺设于散热器11的散热表面113的浆料进行加热烧结后，金属铜粉末将会形成类球状铜构件121，并且氧化亚铜颗粒则会沿着颗粒的最远两对角延长拉伸成链型，形成链状铜构件122。而链状铜构件122的平均直径小于或等于5μm。

于实务中，浆料可于工艺温度介于700～800℃之间进行烧结。氧化亚铜颗粒在高温下会沿着最远两端延长成链型以形成链状铜构件122，并且多个链状铜构件122彼此耦接。进一步地，链状铜构件122也会耦接类球状铜构件121而形成彼此交错的铜结构，并且多个孔隙将会形成于链状铜构件122与类球状铜构件121之间。此外，链状铜构件122耦接类球状铜构件121的同时，链状铜构件122不仅会耦接于散热器11的散热表面113，也可将类球状铜构件121耦接于散热器11的散热表面113上。因此，浆料经烧结所产生的三维多孔隙铜结构层12可直接金属键结于散热器11的散热表面113上，而不需再透过其他介质材料的粘合或连接，进而提升散热效率。并且，散热器11以及三维多孔隙铜结构层12的材料皆为具有相同的导热系数的铜基材料，因此，当散热器11吸收热源的热能时，热能也可直接被传导至三维多孔隙铜结构层12，以与外界空气进行热对流，进而提升散热效率。

于实务中，浆料也可于含氢气氛下进行烧结。当浆料中的氧化亚铜颗粒保持在一定温度下，氧化亚铜晶体会局部还原并延伸拉长成链状铜构件122。进一步地，氧化亚铜在含氢的气氛下会逐渐还原成铜，但还原成铜后就失去了沿着最远两端延长成链型的动能。也就是说，氧化亚铜晶体在含氢气氛下超过一定温度时会由晶体最远两端开始延伸拉长并逐渐还原成链状铜构件122的铜金属，进而使氧化亚铜晶体在彼此之间烧结、烧结在金属铜颗粒所形成的类球状铜构件121上以及烧结在散热器11的散热表面113上。

此外，浆料也可包含金属粉末、有机溶剂以及聚合物，并且浆料透过烘干、裂解及烧结过程以形成三维多孔隙铜结构层12。于实务中，浆料中的金属粉末可透过有机溶剂及聚合物以铺设及附着于散热器11的散热表面113。接着，浆料可透过加热以挥发有机溶剂、裂解并去除聚合物、以及还原并烧结金属粉末。具体来说，浆料先以低温加热并烘干以挥发掉有机溶剂，浆料体积缩小且被收敛成包含聚合物的固化物，其中烘干温度可低于150℃。此时，固化物附着于金属铜颗粒和氧化亚铜颗粒之间。接着，再以高温加热以裂解并去除均匀散布于金属粉末之间的聚合物。当聚合物被裂解烧除后，金属铜颗粒和氧化亚铜颗粒之间将会产生孔洞，其中裂解温度可低于600℃。最后，再提高温度至金属粉末烧结温度而同时形成三维多孔隙铜结构层12。值得注意的是，氧化亚铜经烧结所产生的链状铜构件122也可形成于孔洞之间，以金属键结金属铜颗粒所形成的类球状铜构件121以及散热器11的散热表面113。

因此，本实用新型的具有三维多孔隙结构的铜基散热器可透过浆料经烧结所产生的三维多孔隙铜结构层直接金属键结于散热器的表面，而不需透过其他介质材料的粘合或接合。此外，三维多孔隙铜结构层中的孔洞可增加散热器的比表面积，以提高散热器与外界空气的接触面积，进而提高散热效率。

请参阅图4。图4显示了本实用新型一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器2的局部剖面示意图。图4为散热器21的其中一侧边的局部剖面示意图。如图4所示，当设置于散热器21的散热表面213上的三维多孔隙铜结构层22具有一定的厚度时，位于上层的类球状铜构件221’仍可透过链状铜构件222以及其他类球状铜构件金属键结于散热器21的散热表面213上，而不需透过其他介质材料的粘合或接合。

请参阅图5。图5显示了本实用新型另一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器3的局部剖面示意图。如图5所示，在本具实施例中，三维多孔隙铜结构层32可进一步包含多个凸出结构321平行且间隔排列，并且每两个相邻的凸出结构321之间形成气体通道322。于实务中，浆料可以不同厚度的铺设方式涂布于散热器31的散热表面313上，以烧结形成具有多个气体通道322的三维多孔隙铜结构层32。进一步地，电子产品的散热模组通常会透过风扇吹向散热器以加速散热。而风扇可沿着气体通道322的方向将气体吹向散热器。此时，三维多孔隙铜结构层32可透过气体通道322导引气体以将散热器31的热能带走(如图中的箭头所示)，而不会滞留于电子产品中，进而提高散热效率。值得注意的是，三维多孔隙铜结构层32可形成于散热器31的铜基板以及铜基散热片的表面上。

根据本实用新型的另一范畴，本实用新型亦提供一种具有三维多孔隙结构的铜基散热器的制作方法。请参阅图6。图6显示了本实用新型一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器的制作方法的步骤流程图。图6的步骤可对照图2及图3的具有三维多孔隙结构的铜基散热器1。如图6所示，本具体实施例的具有三维多孔隙结构的铜基散热器的制作方法包含以下步骤：步骤S1，提供一散热器11，包含铜基板111以及多个铜基散热片112，并且铜基板111以及铜基散热片112形成散热表面113；步骤S2，铺置一浆料于散热器111的散热表面113，其中浆料包含有金属粉末；以及步骤S3，加热浆料以烧结金属粉末，而产生三维多孔隙铜结构层12形成于散热器11的散热表面113上。

于步骤S2中所述的铺置可为浸沾或喷涂。于实务中，散热器11可浸泡于浆料中，以使浆料沾粘并覆盖于散热器111的散热表面113，接着再进行加热烧结。进一步地，位于铜基板111的底面1110上的浆料可先刮除后再进行绕结。而浆料也可透过喷涂的方式沾粘并覆盖于散热器111的散热表面113。而浆料的金属粉末可包含前述的多个金属铜(Cu)颗粒和氧化亚铜(Cu2O)颗粒。

于步骤S3中，当浆料进行烧结后，金属铜粉末将会形成类球状铜构件121，并且氧化亚铜颗粒则会形成链状铜构件122，进而形成三维多孔隙铜结构层12。而氧化亚铜颗粒所产生的链状铜构件122将会彼此金属键结，与金属铜颗粒所产生的类球状铜构件121互相金属键结，并且直接与散热器11的散热表面113互相金属键结。

请参阅图7。图7显示了本实用新型一具体实施例中具有三维多孔隙结构的铜基散热器的制作方法的步骤流程图。如图7所示，本具体实施例的具有三维多孔隙结构的铜基散热器的制作方法包含以下步骤：步骤S1，提供一散热器，包含铜基板以及多个铜基散热片，并且铜基板以及铜基散热片形成散热表面；步骤S21，铺置厚度介于20μm至1000μm之间的浆料于散热器的散热表面，其中浆料包含有金属粉末、有机溶剂以及聚合物；以及步骤S31，于含氢气氛下加热浆料，以去除有机溶剂、裂解聚合物并烧结金属粉末，而产生三维多孔隙铜结构层形成于散热器的散热表面上。

于实务中，当浆料进行烧结时，浆料中的有机溶剂将会挥发并且聚合物将会裂解去除，也就是说，浆料的整体厚度将会减少。因此，于步骤S21中，浆料的铺置厚度可大于欲形成三维多孔隙铜结构层的厚度。而浆料的铺置厚度不限于20μm至1000μm，浆料的铺置厚度也可根据设计或需求而决定。

根据本实用新型的另一范畴，本实用新型亦提供一种包含有多个铜(Cu)颗粒及多个氧化亚铜(Cu2O)颗粒的浆料的用途，用以制成具有三维多孔隙结构的铜基散热器。其中，制成具有三维多孔隙结构的铜基散热器的方法包含以下步骤：提供一散热器，包含铜基板以及多个铜基散热片，并且铜基板以及铜基散热片形成散热表面；铺置一浆料于散热器的散热表面，其中浆料包含有金属粉末；以及加热浆料以烧结金属粉末，而产生三维多孔隙铜结构层形成于散热器的散热表面上。

藉由以上较佳具体实施例的详述，系希望能更加清楚描述本实用新型的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本实用新型的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本实用新型所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本实用新型所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims

1.一种具有三维多孔隙结构的铜基散热器，其特征在于包含：

2.如权利要求1所述的具有三维多孔隙结构的铜基散热器，其特征在于，该三维多孔隙铜结构层的厚度介于10μm至500μm之间。

3.如权利要求1所述的具有三维多孔隙结构的铜基散热器，其特征在于，该三维多孔隙铜结构层包含多个互相连结而成的链状铜构件，并且该些链状铜构件的平均直径小于或等于5μm。