TW201412232A - 散熱器及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種散熱器,其包括導熱的基板及形成於基板表面的導熱膜,所述導熱膜的熱阻較基板小、所述導熱膜的熱傳導率較基板高,所述導熱膜的厚度較基板的厚度小,且導熱膜的厚度介於0.025mm至0.05mm之間。本發明還涉及這種散熱器的製造方法。

Description

散熱器及其製造方法
本發明涉及一種散熱器及其製作方法,尤其涉及一種用於薄型化電子裝置的散熱器及其製作方法。
現代電子產品已逐漸向輕薄化、便攜化的方向發展,如手機、MP3音樂播放器以及平板電腦等。但由於其中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)等電子元件高速、高頻及其本身高度的集成化,致使其發熱量劇增,如不及時排除這些熱量,電子產品自身的溫度將會急劇升高,進而導致電子元件的損壞或性能的降低。傳統的散熱方式為採用散熱風扇搭配散熱鰭片來加強電子產品散熱,但由於散熱風扇搭配散熱鰭片後整體體積較大,且受到輕薄型電子產品本身的體積的限製,已經不再適用於輕薄型電子產品中。而目前人們通常採用的自然對流條件下的鋁、銅散熱片或石墨散熱片貼設發熱電子元件的散熱方式中,由於這些散熱片的本身所固有的缺陷,如鋁散熱片本身的熱阻較大,且熱擴散性不夠好;銅散熱片的品質較大;而石墨散熱片價格昂貴、成本較高,輕、薄型電子產片的散熱問題成為業界函待解決的一大難題。
有鑒於此,有必要提供一種散熱性好且成本較低的散熱器。
一種散熱器,其包括導熱的基板及形成於基板表面的導熱膜,所述導熱膜的熱阻較基板小、所述導熱膜的熱傳導率較基板高,所述導熱膜的厚度較基板的厚度小,且導熱膜的厚度介於0.025mm至0.05mm之間。
一種散熱器的製造方法,其包括如下步驟:
提供導熱的基板;
在基板的表面形成導熱膜,所述導熱膜的熱阻較基板小、熱傳導率較基板高,所述導熱膜的厚度小於基板的厚度,且導熱膜的厚度介於0.025mm至0.05mm之間。
與習知技術相比,本發明提供的散熱器,由於基板的表面藉由微弧氧化工藝形成導熱膜,由於導熱膜的熱阻較基板的熱阻小,且導熱膜的熱傳導率高於基板的熱傳導率,使得該散熱器的熱阻小於傳統的鋁散熱器的熱阻,從而增強了其散熱效果;同時,也由於該散熱器的製造材料的成本較低,具有一定的經濟適用性。
請參閱圖1,本發明一較佳實施例的散熱器10包括一基板11以及形成於基板11表面的導熱膜13。所述基板11為一厚度均勻的導熱板體。在本實施例中,所述基板11為一純鋁板體。該導熱膜13為熱傳導率較基板11高、熱阻較基板11小的薄膜,該導熱膜13的厚度小於基板11的厚度,其均勻覆蓋於整個基板11的外表面,用於向基板11快速均勻的傳遞熱量,該導熱膜13可為陶瓷膜、金屬膜及金屬氧化物膜。在本實施例中,該導熱膜13係藉由微弧氧化工藝處理形成的一厚度介於0.025mm至0.05mm之間的一氧化鋁膜。
當然,所述導熱膜13也可以僅形成於散熱器10與後續熱源31(如圖2所示)接觸的一側表面,只要其能將熱源31的熱量快速均勻地向基板11的各處傳遞即可。
請參閱圖2,本發明中,由於導熱膜13的傳熱性能較基板11的傳熱性能高,從而使該散熱器10的傳熱性能高於純鋁散熱板、熱阻小於純鋁散熱板的熱阻,如此該基板11表面的導熱膜13與電路板30上的熱源31貼設後,導熱膜13將會吸收熱源31的熱量,並將這些熱量快速均勻地傳導至基板11的各處,使這些熱量均勻快速的向外散發。本實施例中,所述熱源31為CPU(中央處理器)或GPU(圖形處理器)等發熱量較大的晶片。
本發明進一步提供所述散熱器10(請參見圖1)一較佳實施例的製造方法,該製造方法包括如下步驟:
步驟一,藉由衝壓或壓鑄成型的方式製成所述基板11,並利用乙醇、離子水等對其表面進行去汙處理。
步驟二,請參見圖3,提供一微弧氧化裝置40,將基板11置於微弧氧化裝置40中進行微弧氧化處理,進而在基板11的表面形成所述導熱膜13。
所述微弧氧化裝置40包括一氧化槽41、位於氧化槽41內的電解液43、一導電體45、一電源裝置47及若干連接電源裝置47與導電體45、基板11的若干導線49。具體地,將導電體45作為微弧氧化的一個電極,將基板11作為微弧氧化的另一個電極,並將導電體45與基板11分別連接至電源裝置的正極、負極,並浸入電解液43中,且使電解液43淹沒導電體45及基板11;打開電源,對基板11進行微弧氧化處理;氧化時,控製電源裝置47的電壓為300-500伏特,微弧氧化的時間設置為10-15分鐘,電解液的溫度為20-40攝氏度,從而在基板11的表面形成厚度介於0.025mm至0.05mm之間的導熱膜13。
為了對比散熱器10與傳統的純鋁散熱板的散熱效果,下面將對二者進行對比測試。
具體操作如下:
步驟一,請參見圖4及圖5,提供一尺寸為50mm*50mm的所述散熱器10,並將該散熱器10的下表面貼設於所述電路板30的熱源31。本實施例中,該熱源31設於散熱器10下表面的中心位置處。當然,為了使該散熱器10與熱源31接觸良好,可在散熱器10上表面的中心位置處放置一固定塊60,該固定塊60為一耐熱性較好的材料製成。本實施例中,該固定塊60由酚醛塑膠製成。
步驟二,通電並設置熱源31的功率為一定值,使熱源31處於穩定的工作狀態。本實施例中,熱源31的功率為2.49瓦至2.53瓦之間。
步驟三,測試預先選定的測試點50的溫度值。所述測試點50包括第一基準測試點51、第二測試點52、第三測試點53、第四測試點54及第五測試點55。優選地,所述第一基準測試點51位於散熱器10的上表面的中心位置處。所述第二測試點52至第五測試點55的位置與第一基準測試點51的位置距離分別相等。本實施例中,第二測試點52至第五測試點55的位置分別選擇在散熱器10上表面的對角線上。第一基準測試點51的溫度值用T01表示,其作為基準測試值;第二測試點52至第五測試點55的溫度值分別用T02、T03、T04及T05表示。
步驟四,提供與散熱器10尺寸相同的傳統純鋁散熱板(圖未示),並採用與上述相同的方法進行測試,此時的第一基準測試點51至第五測試點55的溫度分別用T11、T12、T13、T14、T15表示。
步驟五,根據所測得的測試點50的溫度值以及熱源31的功率,計算得出不同厚度的條件下,散熱器10的熱阻值與傳統純鋁散熱板的熱阻值,如表1所示;根據所測得的測試點50的溫度值,分別計算得出不同厚度的條件下,散熱器10與傳統純鋁散熱板的第一基準測試點51與其他測試點的差值,如表2所示。
表1 散熱器10的熱阻與傳統純鋁散熱板的熱阻隨厚度的變化關係。
表2 散熱器10的測試點的溫度差與傳統純鋁散熱板的測試點的溫度差隨厚度的變化關係。
從表1中可以看出,在等厚度的條件下,由於散熱器10的表面形成有導熱膜13,導熱膜13的傳熱性能較傳統純鋁散熱板的傳熱性能高,從而使得散熱器10的熱阻值小於傳統純鋁散熱板的熱阻值。因此,與傳統純鋁散熱板相比,散熱器10的導熱膜13將會吸收熱源31的熱量,並將這些熱量快速地傳導至基板11的各處,使這些熱量均勻快速的向外散發。
此外,從表1中可以看出,隨著基板11厚度的逐漸增大,散熱器10的熱阻值呈逐漸減小的趨勢,且大致呈線性減小。在基板11的厚度為0.06mm至0.5mm的測試範圍內,當基板11的厚度為0.5mm時,散熱器10的熱阻值與傳統純鋁散熱板的熱阻值的差值最大,經過微弧氧化後得到的散熱器10熱阻最小,其熱阻值為20.60℃/W。
假設用Y來代表散熱器10的熱阻,其單位為℃/W,用X代表基板11的厚度,其單位為mm,採用最小二乘法對表1中所反映的基板11的厚度X與散熱器10的熱阻Y的關係進行線性擬合後,散熱器10的熱阻Y與基板11厚度X之間的關係可以用下列運算式標示:Y=-10.41X+25.16。由此運算式可以得出,當所採用基板11的厚度接近2.4mm時,散熱器10的熱阻值將接近最小值,此時的散熱器10的散熱能力最強。當然,由於散熱器10的厚度受到輕薄型電子產品的體積的限製,基板11的厚度可以根據實際需要在厚度與熱阻之間折中選擇。
由表2對比可知,在等厚度的條件下,以及熱源31正常工作的時間相同的條件下,散熱器10上的第一基準測試點51的溫度與其他四個測試點的溫度差,比傳統純鋁散熱板的第一基準測試點51的溫度與其他四個相應的測試點溫度差小;這說明,在其他條件相同的情況下,熱源31自散熱器10下表面傳遞至上表面中心的熱量(即第一基準測試點51的位置的熱量)能夠更加均勻地向散熱器10的周圍擴散。
與現有技術相比,本發明提供的散熱器,由於導熱膜的傳熱性能較基板的傳熱性能高,且導熱膜的散熱均勻性好,從而使該散熱器的傳熱性能高於純鋁散熱板、熱阻小於傳統純鋁散熱板的熱阻且散熱均勻性較純鋁散熱板好;再者,本發明的散熱器可採用鋁材料作為基板,價格低廉,成本較低。
10...散熱器
11...基板
13...導熱膜
30...電路板
31...熱源
40...微弧氧化裝置
41...氧化槽
43...電解液
45...導電體
47...電源裝置
49...導線
50...測試點
51...第一基準測試點
52...第二測試點
53...第三測試點
54...第四測試點
55...第五測試點
60...固定塊
圖1為本發明一較佳實施例的散熱器的剖視圖。
圖2為圖1所示散熱器與一熱源組合後的剖視圖。
圖3為本發明一較佳實施例的散熱器的製造方法中基板置於微弧氧化裝置中進行微弧氧化處理的示意圖。
圖4及圖5為本發明的散熱器與傳統純鋁散熱板的性能測試步驟示意圖。
10...散熱器
11...基板
13...導熱膜

Claims (10)

  1. 一種散熱器,包括導熱的基板及形成於所述基板表面的導熱膜,其改良在於:所述導熱膜的熱阻較基板小、且熱傳導率較基板高,所述導熱膜的厚度較基板的厚度小,且導熱膜的厚度介於0.025mm至0.05mm之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱器,其中:所述導熱膜形成於所述基板的一側表面或形成於所述基板的整個外表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的散熱器,其中:所述基板為鋁基板,所述導熱膜為厚度均勻的氧化鋁。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的散熱器,其中:所述鋁基板的厚度小於2.4mm。
  5. 一種散熱器的製造方法,其包括如下步驟:
    提供導熱的基板;
    在基板的表面形成導熱膜,所述導熱膜的熱阻較基板小、熱傳導率較基板高,所述導熱膜的厚度小於基板的厚度,且導熱膜的厚度介於0.025mm至0.05mm之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的散熱器的製造方法,其中:所述基板為鋁基板,所述導熱膜為氧化鋁。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的散熱器的製造方法,其中:還包括提供微弧氧化裝置,所述微弧氧化裝置包括氧化槽、位於氧化槽內的電解液、導電體及電源裝置,並將導電體與所述基板分別作為電極浸入電解液中進行微弧度氧化處理。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的散熱器的製造方法,其中:所述電解液的溫度為20至40攝氏度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的散熱器的製造方法,其中:所述電源裝置的電壓控製為300至500伏特。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的散熱器的製造方法,其中:所述微弧氧化處理的時間為10至15分鐘。
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