TW201348673A - 散熱介面裝置 - Google Patents

Abstract

一種散熱介面裝置，包含一由石墨構成的本體、一電鍍於該本體上的金屬層、一黏附至該金屬層的絕緣膠膜，及一黏附至該本體之非電鍍面的黏膠，該金屬層介於該絕緣膠膜與該本體之間。本發明之另一種散熱介面裝置，包含一由石墨構成的本體、一電鍍於該本體上的金屬層、一黏附至該本體之非電鍍面的絕緣膠膜，及一黏附至該金屬層的黏膠，該本體介於該絕緣膠膜與該金屬層之間，該金屬層介於該黏膠與該本體之間。該金屬層是以電鍍方式形成於該本體上，讓該金屬層可緊密地附著於該本體上而不易剝離，並使得熱傳導時因介面連續而提昇熱傳導效率。

Description

散熱介面裝置

本發明是有關於一種散熱裝置，特別是指一種供發熱元件設置的散熱介面裝置。

近年來，數位相機、行動電話及筆記型電腦等電子產品不斷朝高密度封裝及多功能化方向發展，隨著電子產品的功能性提昇與體積縮小，元件的密度也相對增加，由於電子產品內部的各個元件於運作時皆會產生熱，因此元件的密度增加也代表著由各個元件產生的熱增加，造成電子產品因內部溫度不斷升高而降低其運作的效能，更嚴重的，電子產品會因溫度過高而產生爆炸燃燒現象，產生安全上的顧慮。

目前，為解決因元件產生的熱而導致電子產品內部高溫的問題，通常是使用銅、鋁等熱傳導率高的金屬散熱器，將元件運作時產生的熱由表面依其熱度與外界環境的溫度差將熱導出電子產品外。然而，無論是哪一種金屬散熱器皆必須隨著元件熱產生的速率加快而加大體積，加大體積也代表著增加重量，在目前電子產品皆朝輕、薄、短、小的方向發展之下，使得電子產品內部可作為散熱的空間尤顯不足。

由於，與銅、鋁相比，石墨具有更低熱阻、重量更輕，且熱傳導係數更高等獨特的性能優勢，另外，石墨的體積更小也更輕，因此成為廣受矚目的材料之一，然而，石 墨本身因剛性不足而較為脆弱，在使用時容易因碰撞或加壓而破損變形，此外，石墨無法與金屬或是合金材質直接銲接，所以石墨本身並不易直接供元件作散熱之用。

因此，目前業界通常的作法是將一金屬膜黏貼包覆於石墨上，用以增加石墨片的剛性及強度，並可利用金屬膜讓元件以黏貼的方式設置於金屬膜上，進而將元件作動產生的熱，透過金屬膜由石墨本身導離元件；然而，由於金屬膜僅是以貼覆的方式與石墨片黏接，使得金屬膜較易剝離，此外，也會因為金屬膜與石墨片之間還有膠的存在，而會有熱傳遞不連續的現象，進而降低熱傳導的效率。

因此，本發明之目的，即在提供一種導熱性佳且便於供產生熱的元件設置的散熱介面裝置。

於是，本發明散熱介面裝置，包含一由石墨構成的本體、一電鍍於該本體上的金屬層、一黏附至該金屬層的絕緣膠膜，及一黏附至該本體之非電鍍面的黏膠，其中，該金屬層介於該絕緣膠膜與該本體之間。

本發明之另一種散熱介面裝置，包含一由石墨構成的本體、一電鍍於該本體上的金屬層、一黏附至該本體之非電鍍面的絕緣膠膜，及一黏附至該金屬層的黏膠，其中，該本體介於該絕緣膠膜與該金屬層之間，該金屬層介於該黏膠與該本體之間。

本發明用於一電子裝置內散熱的散熱介面裝置，包含一用於散熱的元件、一用於提供機械強度的元件、一用於 黏附至該電子裝置內的元件，及一用於提供電氣絕緣的元件。

本發明之功效在於：利用電鍍的方式於該本體上形成該金屬層，使得該金屬層可緊密地附著於該本體上，而不會有剝離的狀況產生，並使得熱傳導時因介面連續而可提昇熱傳導的效率。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，為本發明散熱介面裝置的製作方法，是製作出如圖2所示的散熱介面裝置2。

本發明的製作方法在先了解製作出的產品結構後，當可更加清楚的明白。

先參閱圖2，該散熱介面裝置2包含一本體21，及一金屬層22。

該本體21是呈沿x-y平面延伸的板狀，且由積層結構實質平行於x-y平面延伸的石墨構成。與銅、鋁相比，石墨散熱材料具有低熱阻、重量輕且熱傳導係數高等獨特的性能優勢，且由於石墨材料具備了等向性的特性，在沿積層表面方向(即x-y平面方向)具有良好的熱傳導性。

該金屬層22是以電鍍方式形成於該本體21上，藉由 該金屬層22的設置，可在實際應用時利用銲接或膠固的方式將該產生熱的元件100固設於該散熱介面裝置2的金屬層22上。由於電鍍的原理是利用原子與原子間的緊密堆積，使金屬附著於物體表面上，因此，利用電鍍的方式於該本體21上形成該金屬層22，可使該金屬層22緊密地結合於本體21上，而使得元件100產生的熱經過該金屬層22而直接傳導到該積層結構之石墨構成的本體21，進而藉由該本體21將熱沿x-y平面方向快速導出。在本實施例中，該金屬層22是包覆形成在該本體21的一沿x-y平面延伸的表面，及複數沿該表面的邊緣延伸的側面。

該金屬層22的材質是選用銅、鎳、鉻、金、銀、錫、鉑等熱傳導率高的金屬材料，及/或包含上述金屬元素的合金，以電鍍方式形成於該本體21上，由於此等材料具有高熱傳導率的特性，將其電鍍於由該積層結構之石墨形成的本體21時，不但不會因增加該金屬層22而降低將元件100產生的熱由該石墨形成的本體21傳導出的效率，反而會有所提升，根據測試，本製作方法所製作出的散熱介面裝置2，其散熱效率較諸純積層結構的石墨片有10%~15%的提升。

使用時，元件100可以視實際需要，以導熱膠或直接銲接地設置於該散熱介面裝置2的金屬層22上，當元件100因運作而產生熱時，熱可藉由該金屬層22、再從該金屬層22直接將熱導引由積層結構實質平行於x-y平面延伸的石墨本體21將熱快速沿x-y平面方向導離該元件100(如 圖2中箭頭方向所示)。

由於上述的散熱介面裝置2是利用電鍍的技術於本體21上形成金屬層22，所以可藉由該金屬層22的設置，一方面使得該散熱介面裝置2獲得表面硬度及剛性上的提昇，並可藉由該金屬層22的延展性，而利用沖壓加工的方式將該散熱介面裝置2的形狀作微小幅度的曲度變化，另一方面，藉由該金屬層22的設置或包覆，也可防止石墨粉塵掉落於電子產品內，造成污染；此外，更可利用銲接的方式將元件100直接銲接於該金屬層22上，如此不但可使元件100的設置更為穩固，而且更因為元件100與該散熱介面裝置2直接接觸，使得散熱效果更佳。

上述的散熱介面裝置2，在通過下述本發明散熱介面裝置的製作方法的較佳實施例說明後，當可更加清楚的明白。

參閱圖1，本發明散熱介面裝置的製作方法的較佳實施例，是先進行步驟11，清洗該呈沿x-y平面延伸之板狀且由積層結構之石墨構成的本體21，以洗去該本體21表面的油污及氧化物。

在此步驟11中，可以使用酸性溶液經由脫脂、活化等程序清洗該本體21，也可以使用常壓電漿的技術清洗該本體21；在本實施例中，是先將該本體21置於內含重量百分率濃度10 wt%的硫酸，及一介面劑的溶液中浸洗50秒，以去除該本體21表面的汙物，並以清水清洗後，再將該本體21置於重量百分率濃度3 wt%~5 wt%的硫酸中浸洗30 秒，以加強該本體21去汙及去氧化的效果。

然後進行步驟12，將清洗後的本體21進行電鍍，使該本體21的表面上形成該金屬層22，即製得該散熱介面裝置2。

由於電鍍的原理是利用原子與原子間的緊密堆積，使金屬附著於物體表面上，因此，利用電鍍的方式可使該金屬層22更緊密地附著於該本體21上，而不會有剝離的狀況產生，並使得熱傳導時因介面連續而提昇熱傳導的效率，此外，利用電鍍的方式更可使得該金屬層22均勻地分佈於該本體21的表面上。

在此要特別說明的是，由本發明散熱介面裝置的製作方法製作出的散熱介面裝置，可以經由細微的製程改變，而有所變化。

參閱圖3，例如當對整個本體31進行電鍍時，是製作出如圖3所示的整個本體31外周面均包覆有金屬層32的散熱介面裝置3，如此不但可以藉由金屬層32的完整包覆而避免本體31的石墨粉塵造成的汙染，也可以更進一步地提升該散熱介面裝置3的散熱功效，同時，更便於依實際情況，將元件100設置於該散熱介面裝置3的任一表面，更增添本發明散熱介面裝置3的實際應用範圍。

參閱圖4，此外，在增加散熱效率的考量下，可依序以不同金屬材質，或是合金材質搭配組合電鍍於石墨構成的本體41上以形成金屬層42，而進一步形成如圖4所示的二層膜體結構態樣的散熱介面裝置4，再將元件100設置於散 熱介面裝置4上，其中，是先以電鍍的方式在本體41上形成厚度8μm~10μm的銅膜421，再以電鍍的方式在該銅膜421上形成厚度2μm~5μm的鎳膜422後而形成整個金屬層42。此外，也可以視實際需要電鍍形成多層膜體結構構成的金屬層42，然而，無論何種態樣，金屬層42的總厚度須不小於1μm，避免金屬層42剝離，或是結構強度不足。

參閱圖5，在實際應用上，元件100可以是如圖5所示，利用導熱膠53設置於散熱介面裝置5上，而利用本發明的散熱介面裝置5幫助元件100散熱。

參閱圖6，或是為了元件200與本發明的散熱介面裝置6彼此的絕緣考量，該散熱介面裝置6更可包含一貼覆於金屬層62上的絕緣膠膜64，在此該絕緣膠膜64是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，Polyethylene Terephthalate)膠膜，並利用導熱膠63將需要與該散熱介面裝置6作絕緣處理的元件200設置於該散熱介面裝置6上，或利用銲接的技術直接將元件200設置於該散熱介面裝置6上，使得元件200藉由直接接觸該散熱介面裝置6而得到更佳的散熱效果。

參閱圖7，此外，為了增加散熱效率，本發明的散熱介面裝置7更可包含一金屬板73，且該本體71是藉由金屬層72以銲接或膠固的方式概呈垂直地設置於該金屬板73上(圖式中是以多數本體71呈間隔排列的態樣呈現)，藉由該金屬板73直接接觸將元件100的熱導離元件100後，再經由該等本體71沿x-y平面將熱導出至外界，進而更有效地維持元件100穩定的作動。

圖8說明本發明的較佳具體實施例適合與電子裝置搭配使用，如電腦、筆記型電腦或手機。在此具體實施例中，該散熱介面裝置2的底面黏附至電子裝置之一構件8上，該構件8可以是電子裝置之外殼內部，或是用於增加散熱能力的散熱片。散熱片係由石墨或金屬製成。該散熱介面裝置2的另一面則與一熱源9接合，包括直接與熱源9實體接觸，或是中間具有一或多層媒介物質(如黏膠)。該本體21至少包含一片彈性石墨，該本體21的其中一面電鍍一層金屬層22，並利用一黏膠25將該本體21黏著於電子裝置的構件8上。該黏膠25為雙面膠帶，包含感壓膠塗佈及離型膜，為3M公司的商品。該黏膠25的厚度約介於0.01mm至0.03mm之間。該金屬層22的材質是選用銅、鎳、鉻、金、銀、錫、鉑等熱傳導率高的金屬材料，及/或包含上述金屬元素的合金。該金屬層22在Z方向具有高導熱性，可有效地將熱量從熱源傳導至該本體21。為達到所需的機械強度及支撐該本體21，該金屬層22的總厚度不小於1μm。

如圖9所示，在一個具體實施例中，該本體21上的金屬層22為二層膜體結構態樣，是於該本體21上電鍍一層厚度介於7μm至10μm左右的銅膜221，然後再於該銅膜221上電鍍一層鎳膜222，該鎳膜222的厚度約介於2μm至5μm之間。

該絕緣膠膜23可視需要黏附至該金屬層22上。該絕緣膠膜23可由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或其他適合的材料 製成，厚度約介於0.01mm至0.03mm之間。

該黏膠25位於本體21與電子裝置的構件8之間，該構件8可以是外殼或散熱片。該黏膠25為雙面膠帶，包含感壓膠塗佈及離型膜，為3M公司的商品。黏膠的厚度約介於0.01mm至0.03mm之間。

該散熱介面裝置2的表面積最好大於該熱源9的表面積。該散熱介面裝置2的邊緣亦可具有插入緊固件的孔洞(圖未示)，讓該散熱介面裝置2可牢牢地固定至該熱源9上。

圖10說明本較佳具體實施例的另一種態樣，適合與電子裝置搭配使用，如LCD或LED顯示面板，或是含印刷電路板(PCB)的LED照明。在此具體實施例中，該散熱介面裝置2的其中一面黏附至電子裝置的構件8上，該構件8為印刷電路板(PCB)，該印刷電路板的發熱處即為熱源9。該本體21至少包含一片彈性石墨，該本體21的其中一面電鍍一層金屬層22。該金屬層22的材質是選用銅、鎳、鉻、金、銀、錫、鉑等熱傳導率高的金屬材料，及/或包含上述金屬元素的合金。該金屬層22在Z方向具有高導熱性，可有效地將熱量從熱源傳導至該本體21。為達到所需的機械強度及支撐該本體21，該金屬層22的總厚度不小於1μm。

如圖11所示，在一個具體實施例中，該本體21上的金屬層22為二層膜體結構態樣，是於該本體21上電鍍一層厚度介於7μm至10μm左右的銅膜221，然後再於該銅膜221上電鍍一層鎳膜222，該鎳膜222的厚度約介於2μm至 5μm之間。

該絕緣膠膜23黏附至該本體21，該絕緣膠膜23可由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或其他適合的材料製成，厚度約介於0.01mm至0.03mm之間。

該黏膠25黏附至該金屬層22及該熱源9之間。該黏膠25為雙面膠帶，包含感壓膠塗佈及離型膜，為3M公司的商品，該黏膠25的厚度約介於0.01mm至0.03mm之間。

該散熱介面裝置2的表面積最好大於該熱源9的表面積，且該散熱介面裝置2的邊緣亦可具有插入緊固件的孔洞(圖未示)，讓該散熱介面裝置2可牢牢地固定至熱源9上。

本發明亦提供從電子裝置的熱源9散熱之方法。該散熱介面裝置2與熱源9接觸(直接實體接觸或中間具有一或多層媒介物質)。從該熱源9產生的熱量沿著Z方向流過該金屬層22的厚度。熱量從該金屬層22傳至該本體21，並快速沿著x-y方向傳遞出去。電子裝置包括但不限於電腦、手機、LCD與LED顯示設備，以及LED照明。

綜上所述，從電子裝置之熱源9散熱的方法包含以下步驟：(a)讓該散熱介面裝置2接觸電子裝置內的熱源9；(b)熱量沿著Z方向從熱源9流過該金屬層22的厚度；(c)熱量從該金屬層22傳至該本體21，並沿著x-y方向傳遞出去。

綜上所述，本發明主要是使用電鍍的方式在積層結構石墨構成的本體上，形成由熱傳導率高的金屬材料構成的金屬層，以製作得到該散熱介面裝置，如此，不但可以讓具有極高熱傳導率的本體獲得表面硬度及剛性上的提昇，更可利用銲接、導熱膠黏著等不同的方式，供元件設置，進而獲得更佳的散熱效果。

此外，由於電鍍的原理是利用原子與原子間的緊密堆積，使金屬附著於物體表面上，因此，利用電鍍的方式形成的金屬層可更緊密且均勻地附著於本體上，而在熱傳導時因介面連續而提昇熱傳導的效率，確實改進習知的製作方法僅是以貼覆的方式與石墨片黏接，使得金屬膜較易剝離，且因為金屬膜與石墨片間更因膠的存在而有熱傳遞不連續的現象產生，進而降低熱傳導的效率等缺點，故確實能達成本發明之目的。

以上所披露之的內容足夠讓熟知此領域之的一般技術者實行本發明，並提供發明者目前構思的最佳實施模式。雖然此處全面且完整地揭露了本發明的特定具體實施例，但並非將本發明限制於先前顯示及描述的確切結構、尺寸關係和操作方式。熟知此領域技術者可輕易想到及實現(如適當)各種修改、替代結構、設計選項、變更及同等設計，但皆未脫離本發明的實際精神與範圍。這類變更可能包括替代材料、元件、結構安排、尺寸、形狀、形式、功能、操作特色等諸如此類的項目。

100‧‧‧元件

200‧‧‧元件

11‧‧‧步驟

12‧‧‧步驟

2‧‧‧散熱介面裝置

21‧‧‧本體

22‧‧‧金屬層

221‧‧‧銅膜

222‧‧‧鎳膜

23‧‧‧絕緣膠膜

25‧‧‧黏膠

3‧‧‧散熱介面裝置

31‧‧‧本體

32‧‧‧金屬層

4‧‧‧散熱介面裝置

41‧‧‧本體

42‧‧‧金屬層

421‧‧‧銅膜

422‧‧‧鎳膜

5‧‧‧散熱介面裝置

53‧‧‧導熱膠

6‧‧‧散熱介面裝置

62‧‧‧金屬層

63‧‧‧導熱膠

64‧‧‧絕緣膠膜

7‧‧‧散熱介面裝置

71‧‧‧本體

72‧‧‧金屬層

73‧‧‧金屬板

8‧‧‧構件

9‧‧‧熱源

圖1是一流程圖，說明本發明散熱介面裝置的製造方法；圖2是一立體示意圖，說明本發明散熱介面裝置的一較佳實施例；圖3是一立體示意圖，說明本發明散熱介面裝置的另一態樣，是於一本體外周面均包覆有金屬層；圖4是一立體示意圖，說明本發明散熱介面裝置的另一態樣，該本體包覆有包括二金屬膜的金屬層；圖5是一立體示意圖，說明本發明散熱介面裝置的另一態樣，一元件是藉由導熱膠設置於一散熱介面裝置上；圖6是一立體示意圖，說明本發明散熱介面裝置的另一態樣，該散熱介面裝置更包含一貼覆於金屬層上的絕緣膠膜；圖7是一立體示意圖，說明本發明之散熱介面裝置的另一態樣，該散熱介面裝置更包含一金屬板，且多數本體藉由金屬層間隔排列地設置於該金屬板上；圖8是一示意圖，顯示本發明散熱介面裝置的另一態樣，該散熱介面裝置設置於一熱源與一電子裝置的外殼之間；圖9是一示意圖，說明圖8之金屬層包括二金屬膜；圖10是一示意圖，顯示本發明散熱介面裝置的另一態樣，該散熱介面裝置設置於一電子裝置的PCB板上；及圖11是一示意圖，說明圖10之金屬層包括二金屬膜。

2‧‧‧散熱介面裝置

21‧‧‧本體

22‧‧‧金屬層

23‧‧‧絕緣膠膜

25‧‧‧黏膠

8‧‧‧構件

9‧‧‧熱源

Claims (10)

1. 一種散熱介面裝置，包含：一由石墨構成的本體；一電鍍於該本體上的金屬層；一黏附至該金屬層的絕緣膠膜，其中，該金屬層介於該絕緣膠膜與該本體之間；及一黏附至該本體之非電鍍面的黏膠。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之散熱介面裝置，其中，該金屬層的構成材料是選自銅、鎳、鉻、金、銀、錫、鉑，或此等之一組合。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之散熱介面裝置，其中，該金屬層的厚度是不小於1μm。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之散熱介面裝置，其中，該絕緣膠膜包含聚對苯二甲酸乙二酯。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之散熱介面裝置，更包含一散熱片。
6. 一種散熱介面裝置，包含：一由石墨構成的本體；一電鍍於該本體上的金屬層；一黏附至該本體之非電鍍面的絕緣膠膜，其中，該本體介於該絕緣膠膜與該金屬層之間；及一黏附至該金屬層的黏膠，其中，該金屬層介於該黏膠與該本體之間。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之散熱介面裝置，其中， 該金屬層的構成材料是選自銅、鎳、鉻、金、銀、錫、鉑，或此等之一組合。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之散熱介面裝置，其中，該金屬層的厚度是不小於1μm。
9. 依據申請專利範圍第6項所述之散熱介面裝置，其中，該絕緣膠膜包含聚對苯二甲酸乙二酯。
10. 一種散熱介面裝置，用於一電子裝置內進行散熱，該散熱介面裝置包含：一用於散熱的元件；一用於提供機械強度的元件；一用於黏附至該電子裝置內的元件；及一用於提供電氣絕緣的元件。