TWI307145B - Carbonaceous heat spreader and associated methods - Google Patents

Description

1307145 九，、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種碳複合物散熱器及其相關方法，由 ”係心—種可以由熱源將熱加以引導或吸收之碳複合物元 牛 系統，因此本發明係關於化學、物理、半導體技術以 及材料科學之領域。 【先前技術】 半導體工業的演進一直以來是依循英特爾共同創辦人 摩爾於1965年所提出摩爾定律的趨勢，該趨勢定義了積 脰電路（I C )’或一般半導體晶片的效能將會依每1 8 個月加倍速度演進。因此，一般中央處理單元之電晶體數 量將會到達’甚至超過1億。 隨著這樣的循環延續，將會產生許多元件設計上的挑 戰。一種經常忽略的挑戰便是散熱問題。這個階段的設計 經常在元件製造前是被忽視的或到最後—分鐘才考慮加 入？依據熱動力學第2定律，在一個封閉系統中所產生的 功越多，其將會產生越高的熵。隨著c p U處理能力的增 加，較大的電子流將會產生大量的熱。因此，為了要避免 電路的短路或燒毁’該熵增加導致的熱是需要被排除的。 一般典型的半導體晶片中包含有緊密封裝金屬導體 (如鋁、銅）以及陶瓷絕緣體（如氧化物、氮化物）。— 般金屬的熱膨脹通常是陶瓷體的5 — 1 〇倍。备Β η、/丄 田曰Β乃被加 熱至6 ◦ C以上日f ’金屬與陶究間所導致之熱膨脹的不協 詞將會造成元件的細微脆裂’而隨著溫度重覆循環變化將 1307145 會使得晶片的損壞加劇，結果將導致半導體之效能劣化。 進一步的，當溫度超過9 ◦。(^寺，晶片 成為導姊而道ϊΑ ) +導肢。ρ刀將會 致於晶片功能的喪失。另外，其中的電路亦 =可％損壞而導致該半導體沒有辦法再使用（例如燒毀）。 9〇t之門捏。 一度必須要維持在低於 -些既有的CPU之功率多在12 散熱方法，例如有使用金屬（例如紹、鋼 見！： 及水蒸發熱營，伯认—^〜片放熱益以 … ~句‘、，'法提供最新世代c P U充分且屈#! 的冷卻效果。 U兄刀且足夠 入：’有使用陶£散熱器（例如氮化幻以及金屬複 口政…器（例如碳化矽/鋁 鈇而，這枵的从α ，）末對杬熱產生增加的問題， 其將熱由半導體” w 工不會比銅來的好，因此， 歧日日片排除之能力是有限的。 另一種既有的散熱方 既有的熱沉係包含有由㈣將+導體與金屬熱沉接觸。 g 3有由鋁材製造的產s糾此 片Φ連接至一風屬，B 胃，I-曰片。這一些鰭 " 曰曰月的熱將音"P_L1 輻射狀鰭片再由對，ώ也々册 "L 、土材，並傳導至 S. ^ ^ ^ /瓜工氣咿走。因此熱沉通常必項执舛成 具有南熱容量，當作 、㊉乂肩e又汁成 作將熱由熱源帶走的儲存器。 另外’可以在盥埶 有-熱管，該熱營；；在'同位置的散熱器之間連接設置 分會在熱沉的位置：：在：真空導管中封入水蒸氣，該水 的流體會因為多孔二:亚在散熱器的位置冷凝，冷凝後 熱沉處，因此半導雕曰 心作用現象回流至 日日的熱便會被蒸發的流體所帶走， 6 1307145 並在散熱器處因為流體的冷凝而散去。 即使上述熱管及熱板可以有效的將熱加以移除，但其 需要配合複雜的真空室及精密的毛細管系統，因此益法:: 計到小至可以將半導體設備之熱直接的加以排除。結果： .述的方法均僅限於使用在將熱由大的熱源處加以移除方 面’例如熱沉，因此，在工紫卜打 隹菓上仍對一電子元件經由傳導 來移除熱的方面不斷進行研究。 在散熱器較具研發價值的方向上有使用含有鑽石的树 料。鑽石可以較任何其他的材 H ^ , 八有更快速的熱傳效果， 伟 ’’’、源將熱移轉的能力上係不需要將熱儲存， 故使付鑽石可以成為一理想 j驮热窃。與熱沉相較，

石政熱器可以不需要將熱儲存 D 加以傳導移除。 直接由一熱源迅速的將熱 雖然鑽；5具有可用在散熱^ 特定領域卻存在有些許問題，料 ^異效果’但其在 散熱器非常的昂貴，但當cp^主要由鑽石所組成的 音亥嫌石兴埶土曰 率逐漸的變大時’使用 D亥鑽石政熱斋之考量便越顯重要。 使用 低的熱膨脹係數，因此要將’鑽石尚具有非常 亦有所困難。如果散熱器與熱源之與—熱源配合 係數，散熱器將很難與熱源連㉔Α 虹異的熱膨腸 與收縮將有害於兩者間之結合。、、’° 5 ，且熱源的熱膨脹 :因此，可以有效的將熱由埶 仍舊不斷的被研究及發展當中:’“、。以移除之系統及元件 【發明内容】 1307145 I有鑑於此’本發明旨在提供一種可由熱源將熱加以排 除或傳導散去之複合物散熱器。本發明一方面係提供一種 碳複合物散熱器，其包含有大 令大於放熱裔約5 〇體積百分比

之夕種鑽石顆粒以及含有至少5 〇脚接瓦八I ΰ U體積百分比之鋁的金屬 _ 基質，以使得鑽石顆粒可維持固定狀。 • ㈣本發明的另-範疇’該複合物散熱器含有一定量 的石墨，該石墨並與該多種鑽石顆粒緊密的接觸，並以金 屬基質維持石墨以及鑽石顆粒為一固定狀。 • 依據本發明的另一範_，今一中曰 可 及 疋置的石墨包含至少兩 種不同層的石墨，且該鑽石 賴粒係分布在兩不同層石墨 間。 依據本發明的另一範曹，兮一 ^ θ °亥疋置的石墨係指由下列 群組所選出之形式：研磨石 墨義、准、長石墨纖維、截斷石 墨纖維、石墨薄片、石墨板、 攸石墨墊以及石墨泡。 依據本發明的另一範疇， Μ銘係才日包含有選自於以下 君f，，且之δ金：鋁一鎂、鋁— 鋁〜鋼、鋁一銀、鋁一鋰、 φ 鋁—鈹以及其混合物。 依據本發明的另一範疇，該金 ^ ^ m & ^ 蜀暴質係包含有一種降 低孟屬基貝之熔點的元素， 兀素係選自於以下之群組： 錳、鎳、錫及鋅。 依據本發明的另一範疇， 哭，#々八士 * ，、如供一種碳複合物散熱 益仏包含有混合熱傳導異向枓沾a Λ. ^ ^ , , , , 、 9 3碳材料及熱傳導等向 f生的含奴材料、及支持該熱傳導里 ^ ,, . /、向性含碳材料以及等向 陡s奴材枓為固定狀之非含碳等向性材料。 8 .1307145 依據本發明的另 之方法，其包括有以下之牛驟係提供一種將熱由熱源移除 花有以卜之步驟：獲得或提供一種 熱器’ ·將該散熱器與熱源加以熱傳達設置。 畋 依據本兔明的另一範嘴，係提供一種模擬 石墨散教器之太.土甘—， ’、，、*& ，散—之方法’其包括有以下步驟：纟一金 设置至少兩個數| # 、内 金屬基質分離；在不同量的石墨之間設置至 = 粒’以使得該鑽石顆粒在全屬萁所^ 顆 等向熱徑。 纟㈣基質及不Μ墨之間形成— 相心=是本發明之概略敘述，本發明之詳細技術特徵 細說明中將會更加的清楚，且對於現有技 乂、、子的貢獻’而關於本發明之其他技術特徵將會在 伋述之說明及申音主 a 仕 °月 ㉒圍中更加的清楚’或許對於本發 明之了解上將更有助益。 【實施方式】 第〈I係本發明一實施例之散熱器及熱源之剖面圖； =係本發明一實施例之散熱器 遠散熱器具有任咅古*八你λα /、Τ 係本發m：； 向性之含礙材料；第三圖 哭具—“之散熱⑦及熱源之剖面圖，其中該散熱 方向分佈的異向性之切材料；第四圖係本發 與第例ΐ散熱器及熱源之剖面圖，其中該散熱器具有 第五圖#寺向物質垂直方向分佈的異向性之含碳材料； 該散明""貫施例之散熱器及熱源之剖面圖’其中 〜、有數層的異向性含碳材料層並於該層中設置有 9 1307145 f向拴3奴顆粒；第六圓係係本發明一實施例之散熱器及 =、源之J面圖，其中該散熱器具有數層不同濃度等向性含 碳顆粒之結構層。 上述圖式僅係大略的表示以進一步的了解本發明之結 構，且該圖式並非依相關組成之正確比例及特有组成加以 繪製，因此其乃是大略的尺寸、顆粒大小及樣態'，而僅是 為:更加清楚的表示本發明，’然而卻可以由圖式中所示之 寺疋的尺寸及樣怨來製造本發明之散熱器。

在本發明進行揭露及敘述 山、，上 σ人當知的是本發明 中亚未限定在此所揭露 甘1 彳、，構流程步驟或材料，作 -可以擴展至熟習本案技術人 〜相Η物品。吾人亦 在此所使用之專用語僅係在 非限制。 于疋之貫轭型恶而並 ,應當注意的是說明書及申請 “ ” n ” 把圍中所示之冠ϋ 一、该除非有特別限制，亦包含^ 辭 例如，“ 一鑽；5|胃#” & θ ^ 3牦向複數個對象。 J 鑕石顆粒係包含一個或之加

門隙姑杻”技—』 -夕個該種顆粒；“— 間隙材枓係包括一種或多種該種材料.“ 一個或多個該種顆粒。 ，〇顆粒”係指 定義 以下之專用語應該先 在進行本發明之敘述及限制前 行加以定義。 在此所指的“顆粒”及“砂碑” ^ 係可以互換的，# , 可用以連接一含碳材料，代表該 、撰的係指 (particulate form)。該顆粒或砂材料的顆粒型式 飞y礫可以是各種形式，包 10 .1307145 2有圓开’的、橢圓％、方形、同面體型的等等，且具有特 :罔目尺寸。在已知的技藝中，“網目，’在美國的網目 中係指在—單^立$ 、 積中孔洞的數目。所有在此所指的網目

尺寸除非另右中I ^ 義，係指美國網目。再者，所謂之網目尺 :::私特疋收集顆粒的平均網目尺寸，即使每一顆粒在特 —五目尺寸範圍内實際上可能是在小尺寸分佈範圍内。 就σ人所知，限制顆粒或砂礫之網目尺寸在既有的散熱器 中是有功用的。 °°

在此所指的“實質上的“實質上地，，是指一個所 机目的、操作或結構之功能上的達成，可視作該目的或結 構已被達成。因丨tl* , t Λ S上好像，或幾乎好像彼此接觸的 含石厌顆粒為實際上為彼此接觸的。同樣地，實質上好像相 同尺寸的含碳顆粒實際上係指一完全相同的尺寸、即使其 尺寸有一點不同。 在 以將熱 存熱的 能儲存 .在 上之熱 產物的 值更高 電腦中 在 的和用作辟 而散熱器不 〇 有所欲值以 時所產生副 熱至其所欲 源例如許多 加以製造之 在所指的“散熱器，’係指一種將熱加以 由熱源加以轉移之材料。散熱器上明顯 熱沉（熱用另一種機制由熱沉轉出前， 1的”、、）不同，只是將熱由熱源傳導出 此所私的熱源係指一元件或物體具 月b或熱。熱源可以包括有一元件在運作 熱’也可以是一物體經由其他熱源而加 的溫度以上。本發明中的一種非限定熱 可以發現的中央處理單元（C p U )。 此所指的含碳”係指主要由碳原子所 1307145 7材^ &原子可以形成有不同的鍵結或‘‘同素異構 一 斜四面體及四面體鍵結。已知的 技藝中，該等鍵結所產生之好 材枓有如石墨、類鑽碳（D L· C )或非晶型鑽石以及純鑽 ^ 犯嘴中，該含碳材料 可以為鑽石。 在此所指的“濕潤，，係指在一含碳顆粒之部分表面區 域流動有炫融金屬之過程。濕潤係指至少一部分的炫融全

属表面張力所造成且可由加入特定的金屬至熔融金屬中而 加速在一些範噼中，當使用—碳化物形成金屬時，洱潤 可以幫㈣成含碳顆粒與溶融金屬纟其界面之間產生: 鍵。 在此所指的“化學鍵”以及“化學鍵結，，係可以互換 的，係指在原子之間生相互的吸引力以在原子界面間產生 一強而穩固結構之分子鍵。本發明之化學鍵包括有鑽石超 研磨顆粒的碳化物，或立方氮化硼之氮化物或硼化物。 濃度、數量、顆粒尺寸、體積及其他數據在此均係被 表未為一範圍的形式。吾人所知的該範圍形式僅係用以方 便及簡紐的進行記載及敘述，其不僅包含有範圍中所示之 數值的範圍，當然也包含有該數值自身或其範圍内之次範 圍i如同S亥數值及次範圍已被加以明確指出。 為了說明的目的，一數值範圍“約1 m m至約5 m m 係包括（但不僅限制於該值）約1 m m至約5 m m， 其同樣包括個別數值本身及次範圍。包含於該數值範圍中 的帛含有個別的數值’例如2、3及4，以及次範圍例如 12 1307145 示2:在4二3〜5等。這樣的概念僅以單純的數值 在“之技術特徵敘述中便不再進行給釋。 及：==::將_源加以轉移…、系統 於約5 0體積：分比:器：般:、指其上包含有大 質係含有至少約5 n- ’石顆粒的散熱器。而金屬基 巧主/約5 0體積百分屮夕力p 維持固定狀。 以使得鑽石顆粒可 1月之-散熱器係如第一圖所示之 複合物散熱器可以含有一10〇 。該 其包括有，例如各種的鑽:顆I::::料(“)， 該散熱器之約50體積百分比。在某歧範::：的：係大於 粒的量可以為約3 ◦體積百分比至約9-二百：鑽石顆 另一範嘴中，該鑽石顆粒的量亦可以為約：刀比。在 至約60體積百分比。一 二體積百分比 以切鑽石顆粒呈一固定狀:：:=(…可用 括，例如一含有至少5〇體積百可以包 ，雖然在-實施例中，金屬基質 ；屬“。 =:=:基質亦…含其他的各種2 =有： 禋至屬及合金。一實施例中，該十。括有各 或其合金，該金屬基質 土貝主要係包含有I呂 ^ . 又对'3日％鑽石顆初r δ午夕的材料。由於紹本身亦為熱的良導（14)便宜 熱器且價格遠低於鑽石顆粒。)’因此可用作散 遠低於鑽石顆粒，但發現 =然銘的熱傳導效果 ”價格優勢的黏著劑，可支 13 1307145 ( 撐鑽石顆粒成固定狀，而仍然可提供可接受的熱傳效果。 如此一來，散熱器便不需要全部都由鑽石所構成，可以使 得散熱夯的價格大幅降低’且可以製作出比許多鑽石複合 物散熱器較大尺寸的散熱器。 除了鋁具有較低的成本外，將鋁作為金屬基質（丄6 ) 亦有助於在鋁滲透流程中用以濕潤鑽石（以下將更仔細的 討論，石墨）。因熔融的鋁會滲透在此所揭示散熱器的鑽 石及石墨，因此鋁會濕潤鑽石或石墨以與鑽石或石墨間形 成化學鍵結而形成鋁碳化物，結果將使得散熱器上所有的 間隙或空隙即使無法完全的消除，亦可以加以最小化。將 散熱器上之間隙或空隙加以最小化是十分重要的，因為即 使目前散熱器含有極小的孔洞’其仍然會降低散熱器的熱 傳效率。因此本發明之散熱器元件的一個特徵可以消除含 碳顆粒間之空隙或未被填滿之空間。 該碳化物的形成亦對於組成物的機械強度之增進上有 所助並。經由增加散熱器之機械性質，該散熱器對於意外 的衝擊及震動力道較能支撐。同樣的，散熱器組裝在一熱 ，是由外力的施加而完成’具有更高強度的散熱器能夠簡 單且有效率的與熱源壓接安裝或接觸。 使用鋁作為非含碳等向性材料（i 6 )的另一項優點 、鋁具有相對較低的熔點。例如，鋁的熔點溫度在於約 —6 〇 ◦，故旎夠以較低成本的製程來製造本發明的散熱 器二在使用紹合金製造非含碳等向性材料的情況下，金屬 基質之熔點則可以更低。例如，A 1 — M g熔點約在4 5 1307145 〇 c (其熔點最低的成分係含有約3 6重量百分比的Μ g)。本發明其他適合的合金尚有Al—Si ，其炫點約 在5 7 7 C (其^點乘低的成分係含有約1 2 6重量百 分比的S i ) 。 •里 、同樣的’使用…Cu合金，其中銅約為32重量 百分比’則熔點便可降低至約5 4 8 t。在鋁的連社劑中 使用銅亦可以提高散熱器整體的熱傳導性，因此當缺可以 提高散熱器將熱由熱源加以排除的效率。a】—A运，含 有約2 6重ϊ百分比的A g，其熔點約為5 "它，同樣 可以增加散熱器的熱傳效率。…“，含有了重量百 分比的L i ，其熔點則約為5 9 8它。 /述的°金來製造本發明的散熱器將會使得技術 上更加的簡單且係督。也丨上 Ώ ΛΤ 、 便且例如，一般的鐵模必須要喷塗上如 Β Ν之脫模劑方得以在 低的咖度下被利用來製造本發明 之政熱裔。除此之外 便用上述較低熔點之合金形成散熱 為和傳統必須以相對离、、w 的方法比較起來，鑽石顆粒的降 解將大幅降低，故保右 佳。 ’、有更夕的鑽石材料將使得熱傳能力更 除了可以利用較低、这 的鋁合金外，該金屬基質亦可 f 民基貝的熗點，適合用作降低該基 貝彻之…括有猛、錄、錫以及鋅。 現在晴麥看第二圖 可以包含有-數旦…本發明之-散熱器（1 0b) 里^ D性含碳材料，其中可包含（但不 义、）不同數量的石墨（ V 1 ^ )。在本實施例中，該等 15 1307145 向丨生3妷材料（例如，各種的鑽石顆粒（ 石墨緊密的妓)可以與 a的接觸。該非含碳等向性㈣（例如， 6 ))係用以支撐石墨及鑽石顆粒並使之呈固—二貝 本·明之該實施例中’該石疋犬 佈。然而，如第-戚…益中呈任意方向分 呈圖樣或層狀之方向排列。 才了以在散熱器上 不論散熱器中石墨（1 2 ) 4)可以讓石墨，即箱HI 鑽石顆粒（1 “圖式中所示之熱源（Η)之 二中=供 知的，石墨可以沿著石墨平面之長's、傳導。亦如所 般之熱傳導效果， 又向呈現出如同鑽石 导放果，亦即在第三圖中的散熱 石墨層或纖維所平行之方向（；L 5 )(亦 … 、 的散熱器’、可以為苐四圖中 7))。秋而ώ )之石墨層或纖維所平行之方向（工 ' …、由於石墨的熱傳導方向在石黑亚 r 角（如第三圖所示之方 ’土平面上係呈直 7))的方向是不^ 或第四圖所示之方向（1 絕緣體。 又、’因此將會使得該方向上熱傳變成 :為此，通當失7 維的方向平行敎、α熱傳導目的，將導向石墨片或織 1 丁万、熟源所傳屮 沿著石墨纖維之長户 …、k方向，如此，熱便可以 所示，例如，，π s肖由熱源傳導離去。t青參看第三圖 源，(ϊη的:朝2 = 是被定向於可將熱 沿著石墨平面進行傳導，’、"而’此設置可以讓石墨將熱 方向傳遞（即例如，但熱不會朝散熱器之側面或水平 &者第三圖之方向（1 5)的垂直方向）。 16 1307145 如此：來，該石墨在方向（1 5 ))或石墨平面呈垂直方 向上當然成為熱的絕緣體。 因此，即使是使用含有沿著平行於熱由熱源移出方向 排列的石墨之極廣的散熱器’該熱源上局部的“熱點，’也 不會讓其擴散穿過整體散熱器之寬度。由於這樣的問題， 熱者石墨平面之值遵^由^ ±. Λ. tt ，， _ (傅¥便會產生瓶頸，亦即熱僅由熱 源經由一或者是極少的石墨纖維或層進行傳導移除。而當 δ玄極少的石墨纖維或層的傳熱到達熱的最大傳導量時，則 政熱盗在傳熱上便會被該極少的石墨纖維或層所限制，而 不疋被散熱器的總寬度所限制。因此，即使石墨纖維可以 正確的排列來傳熱’在散熱器中使用異向性石墨亦非是解 決熱傳問題的最佳方法。 本發明為了解決這樣的缺點，在石墨内部或其相鄰之 2加入高等向性材料，如鑽石顆〃粒，以增加散熱器整體的 等向性能。例如，將第四圖所示之石墨片或纖_ (丄2 ) 以整片狀平行的加以設置便可以提供在方向（丄7 )上優 異的散熱器。，然而在散熱器欲朝方向（i 5 ) i進行熱傳 導時，該石墨卻會成為對抗熱流的熱絕緣體。本發明在石 墨基質及金屬基質（i 6 )中採用鑽石顆纟（丄^ )來解 決這-個問題。該鑽石顆粒能夠不論石墨纖維在散熱器中 朝那-個方向排列，均可提供—熱徑、或橋樑來使得等向 熱流流經整個散熱器。以此方式，熱便可以沿著石墨材料 平面自由的進行流動至鑽石顆粒所延伸之處。然後熱便會 流經鑽石顆粒，至另一石墨材料’然後熱再沿著石墨平： 37 1307145 之方向流動。 上述鑽石顆粒（1 4 )可以使用在如第二圖所示之任 意分佈的石墨（1 2 )中，或者是如第三至六圖所示使用 在整齊分佈的石墨中。例如第三圖所示，本發明之石黑可 以是至少含有兩明顯不同層狀石墨層（1 2 a )( i 2b 鑽石（1 4 a )可在石墨層（1 2 a ) ( χ 2 b )之間形 成為一熱徑。以此方式，即便熱流流經石墨層（1 2 a ) 或石墨層（1 2b)，鑽石顆粒（14a)也可以讓熱自 > 由的由一層至另一層間流動。由於鑽石顆粒（丄4 a )具 有相等於或更優於各石墨層之熱傳效果，因此鑽石顆粒可 以減少石墨層之熱流“瓶頸，’。以此方式，熱便可以較高 的速率沿著石墨纖維或層進行傳導，也可透過鑽石顆粒以 較高的速率在石墨纖維或層之間進行傳導。因此，此散熱 器的效能較像由等向性材料所形成的散熱器’不像異向性 材料形成的散熱器。 如上所述，本發明所使用的石墨可以是各種形式，包 I 括研磨石墨纖維、長石墨纖維、截斷石墨纖維、石墨薄片、 石墨板、石墨墊、石墨泡以及其混合物。一般可獲得的石 墨材料，例如可以使用以商標名“Graphoil，，所製造的石 墨板。 因此’本發明利用異向性材料及等向性材料之組合來 製毕整體具等向性質的散熱器。以此方式，便可以較低成 本的石墨來製造大多數的散熱器本體，並較既有的鑽石散 熱器使用更少的鑽石於其中。當鑽石顆粒係等向性時，較 18 1307145 石墨有著更南的熱傳性能 ^ V. ，该鑽石顆粒設置在石墨纖維間 不會阻礙熱流流經纖維，回士士 冋打由一層一層間散佈熱流。 雖然不是那麼需要，亦可丨、；监s , 丌了以將至少一些鑽石顆粒嵌入 其他的熱傳異向性含碳材 竹村C如石墨）中。經由將鑽石顆 粒嵌入不同數量的石墨中 •^甲，可以將鑽石顆粒與石墨之界面 區域極大化’以降低鑽石顆粒至該石墨間熱流的阻礙性。

經由將鑽石顆粒跨越石墨層間以創造出熱徑的方法可 以隨意進行可以將鑽石顆粒任意的在石墨層間加以分 佈。此外，鑽石顆粒亦可以經由刻意的分佈方式以在散熱 it上形成一所⑨圖樣來應付特殊的散熱器需求。

例如第五圖所示，該本發明之實施例顯示出以各兩層 鑽石顆粒或砂^ ( 1 4 )及石墨（1 2 )來堆疊製造均一 :石及石墨纖維圖樣。在該實施例中，該散熱器（1 〇 e ) ，先於適當模具(圖中未示)的底層形成-石墨層而形成。 δ玄石墨層可以包括有一“預形成’，板體，該板體包括有藉 由適合的連結劑所加以連結的複數石墨纖維。之後便可在 舌亥石墨芦g 曰上堆一鑽石顆粒層。該鑽石顆粒層可以形成為 才仑的預形成板體，並藉由適合的連結劑加以連結以形成 田堅固的鑽石顆粒層。之後的石墨層及鑽石層再連續的堆 疊以製作出所欲厚度或高度的散熱器。 a °斤^人里的石墨及鑽石顆粒設置完畢後，便可以該模 具進仃加熱，將熔融鋁或鋁合金（或者是其他適合的非含 峻寺向性；J：；f粗、 ^土何抖）施用至鑽石顆粒及石墨。因鋁滲入鑽石顆 粒及石黑击 土 T ’該材料便會被固結在一起，而鑽石及石墨之 19 1307145 間的空隙便會被鋁所 .Λ填滿。如上所述，該鋁亦會在滲 入的過程中形成碳化物。 本發明之勒；敎哭、π、 °以應用在各種熱源（並不僅限於圖 式者’例如該埶泝 原了以如所熟知的c p u)上。但亦不僅 限方；此，本發明夕與# 之放熱器亦可被用來作為各種機具的熱轉 矛多及傳導上， ,,., s a以更低成本來製作出具有更大所欲形狀 的散熱器。 本發明散敎哭夕甘山 ……。之，'中一優點在於可改變散熱器的组成 成为以助於配合拉砝舳 _ ’殊…、源之熱膨脹係數。如此將有助於散 熱器及熱源問LV 4q、匕 ..... 相近的速率膨脹及結合以避免該熱源及散 熱器間結合的不協 協6周。因此，本發明之散熱器包含有三種 基本的材料，τ 鑽石、石墨及鋁，以使得本發明散熱器之 整攀熱膨脹係盤α ,、，+ _ ^敕^ _ ’、文了以在二個等級的自由度間調整。故藉由 ° X —種材料中之任一材料的濃度，便可以調整整體的 熱膨脹係數。 A第/、圖iT、本發明的另一實施例，其中散熱器（1 〇 f ) 内部以形成一較鑽石顆粒層（3 0 ) t鑽石顆粒濃度更高 白勺層（卩9 > + 來構成一熱傳梯度。藉由提供一種具有不同 熱傳梯度的散埶$ , Ί ^ γ 、^ …、為（1 0 ί )，可以使得更多的鑽石材料 、遥擇丨生的用來接近熱源（例如利用鑽石層（3 2 )來接 近熱源（1 1彳、 ,^ J )，如此便可以使得遠離熱源的層使用較 少的鑽石材料（例如層（3 0 ))。以此方式，可利用體 積的面積便可以變λ (便不需要高等級的熱傳），並含有 較）的南成本材料而不會傷害散熱器整體的效果。藉由使 20 1307145 用較大或較小之網目 可以達到相'的鑽石亚改變鑽石顆粒的濃度亦 嗅幻相類似的效果。 本發明此—優點尤 、 “熱點，， ’” ；°以將熱由各種局部區域（例如 器之實施例二區域的散熱器排除。本發明散熱 9曰所申」：参考並應用本案申請人於2〇〇4年2月 3號之整體内容。 ]申"案弟"/ 7 7 5,5 4 根據上述申全杳安 -x 統以將熱由勒/ 發明之散熱器可以配合-冷卻系 …、…、源處轉移。本發明中所;^沾 '人” / 如參考並廍田士 A 斤才曰的冷部系統可以例 .可卫應用本案申請人於2 相關美國專_ t _ 3年6月2曰所申請之 容。 月术 453’469號之整體内 除)上述所揭露之結構外， 熱礁加以移除之太汰甘— X月尚楗供—種將熱由 舉的散埶哭…Λ ¥ 匕括下述步驟：準備-上述所列 :…叉置該散熱器以與熱源進行熱連接。 1明之一實施例可以如第五 墨加入至：a： + u汉乐，、圖所不，將石 献…： 石墨層係包含有散熱器之表面以直接盘 …源進仃接觸或鄰接設置的散埶哭 接 中，因石黑灸化 中。在本發明的此範疇 蓋於—埶便传及政熱益得以壓置或覆 …魂’且該散熱器可以至少八 外型特科、仓 刀的對應熱源之幾何 特试進行變形（圖中未示）。以此方式，…1 可以“強制符合，，於熱源，以排叫、咸政熱器便 散熱器與埶、# # a % ” 4減^ —般使用在連接 經常使用= 此，便可以避免使用-般 之導熱膏材料，並且消除因柹 丨示因使用戎材料所引起的 21 1307145 熱阻抗。 另外，本發·日月其>一 -1- T- ^ 面係提供一種模擬等向熱流流經 '"月欠熱益之方法’其包括有以下步驟：在散熱器中設 置一多樣的鑽石顆粒，並以石墨來進行熱連接’以使得該 鑽石顆粒得以提高石墨在一方向阻抗上之熱流。 ,;、：的只知例提供了幾種製造本發明散熱器之方法。 這一些實施例僅係用以闡明本發明之實施樣態，而並非用 以限制本發明。 實施私 形成鑽石以及碳_绐妃 、，、，+ λ ，缺，准板，亚以適合的有機連結劑來使 ::石及碟纖維得以成型為板狀。該成型的板體係在一喷 二鼠化爾劑的鋼模中堆疊成型。將熔點溫度約在5 的炫Μ Α 1 S 1以鋼柱塞屢人直到該合金滲透至 吴”中。该炫融合金會洚潤镨 “·、，门鑽石以及蚨纖維，並大致的填 卜有在鑽石以及碳纖維間的空隙以开彡忐〜， 器。 批芦π θ7工隙以形成—定型的散熱 使用在鑽石以及碳_ φ 女地、± 2丄w 透说扣山… ^缺維中的有機連結劑將會在叙的滲 V牙王中被蒸發、氧化哎分 A护a 次刀解6亥有機連結劑最後會轉化 為及凌而不會對最終產品產生不良影響。 該最終產物散熱器經測量埶 …、1寻导年約為6 0 0W/ K，熱膨脹係數约為7 · 5 P P M / C。 f施例？ 形成鑽石及碳纖維之混a柘，计人 又扣口板並以適合的連結劑來使 22 1307145 得鑽石及碳纖維得以成型 幻…渗透至適合的模4後：她會在將炫-的 該炫融合金會濕_石以及碳纖维，==在_具中。 鑽石以及碳纖維間的空隙 f的填滿所有在 用的連結劑將會在崎透過心=器。所使 該：終產物散熱器經測量之熱傳導率約為 mK，熱膨脹係數約為7· 5 P PM/c。

吾人當知上述的敘述僅係用以說明本發明之 特徵。任何的改良及取代均可以麵習本案技藝人士在= 主要精神及範圍下進行，故本案之申請專利範 J 这—些改良及取代…，即使本發明以上述内 :進灯技術特徵之詳述’但熟習本案技藝人士仍然可能進 行各種的改良，諸如’但不僅限於尺寸、材料、形狀、外 型、功能及操作方式的變化’然這—些均不脫離本案之主 要技術精神。 【圖式簡單說明】

圖。第-圓係本發明一實施例之敎熱器及熱源之概略创面 第二圖係本發明一實施例之散熱器及熱源之概略剖面 圖，其中該散熱器具有任意方向分佈的異向性之含碳材 料。 第三圖係本發明/實施例之散熱器及熱源之概略剖面 圖，其中該散熱器具有單一方向分佈的異向性之含碳材 料。 23 1307145 第四圖係本發明一實施例之散熱器及熱源之概略剖面 圖，其中該散熱器具有與第三圖垂直方向分佈的異向性之 含碳材料。 第五圖係本發明一實施例之散熱器及熱源之概略剖面 圖，其中該散熱器具有異向性含碳材料層並於該層中設置 有等向性含碳顆粒。 第六圖係係本發明一實施例之散熱器及熱源之概略剖 面圖，其中該散熱器具有多樣化集中等向性含碳顆粒之 0 【主要元件符號說明】 (1 0 a )散熱器 (1 0 b )散熱器 (1 0 c )散熱器 ’ （1 0 d )散熱器 (1 0 e )散熱器 (1 0 f )散熱器 (1 1 )熱源 (12)(石墨）層 (12a)(石墨）層 (1 4 )鑽石顆粒 (1 4 a )鑽石顆粒 (1 5 )方向 (1 6 )金屬基質 (17)方向 24 1307145 (3 0 )鑽石顆粒層 (3 2 )鑽石層

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Claims (1)

1307145 ♦ [I》 :Λ卜: ! 5 , , , . ,.............. - 十、申請專利範園： 1、一種碳複合物散熱器，其包含有： 大於散熱器的5 〇體積百分比之多種鑽石顆粒；以及 含有至少5 〇體積百分比之鋁的金屬基質，以使得鑽 石顆粒可維持固定狀； 一數量之石墨’該石墨係與該多種的鑽石顆粒大致上 緊密接觸’並以金屬基質來維持該石墨及鑽石顆粒呈固定 狀。 2、 如申請專利範圍第1項所述之碳複合物散熱器， 其中該•數量之石墨至少包含有兩可區分之石墨層，而該鑽 石顆粒係分佈在石墨層之間的層。 3、 如申請專利範圍第2項所述之碳複合物散熱器， 其中至少一部分的鑽石顆粒係部份嵌入至少一該石墨層 中。 4、 如申請專利範圍第2項所述之碳複合物散熱器， 其進一步包含有至少兩鑽石顆粒層，其中一層鑽石顆粒層 之鑽石顆粒濃度係大於其他鑽石顆粒層。 5、 如申請專利範圍第1或2項所述之碳複合物散熱 器’其中該數量之石墨係選自以下之群組：研磨石墨纖維、 長石墨纖維、截斷石墨纖維、石墨薄片、石墨板、石墨墊、 石墨泡以及其混合物。 6、 如申請專利範圍第1或2項所述之碳複合物散熱 器’其中至少部分之各種鑽石顆粒係形成一熱徑，該熱徑 係位在由該數量之石墨所區別形成之一數量之石墨以及一 26 1307145 第二數量之石墨間。 7、如申明專利$巳圍第^或2項任一項所述之碳複合 物散熱器，其中該鋁係濕潤石墨及鑽石顆粒。 8如申5肖專利範圍第1或2項任一項所述之碳複合 物散熱器，其中該複合固定狀中不具有空隙。 9、如申請專利範圍第1或2項任一項所述之碳複合 物散熱盗，其中該鋁係包括有選自以下群組之鋁合金：鋁 —鎂、鋁一矽、鋁一銅、鋁—銀、鋁—鋰以及鋁—鈹。 1 0、如申請專利範圍第1或2項任一項所述之碳複 合物散熱器’其中該金屬基質係包括有降低該金屬基質熔 點之元素，該元素係選自於以下之群組：錳、鎳、錫以及 鋅。 1 1、一種碳複合物散熱器，其包括有： 一種混合有熱傳導等向性含碳材料之熱傳導異向性含 碳材料；以及 一種非含碳等向性材料以將該異向性含碳材料及該等 向性含碳材料維持呈固定狀。 1 2、如申請專利範圍第1 1項所述之碳複合物散熱 器’其中該熱傳導異向性含碳材料中包含有石墨。 1 3、如申請專利範圍第1 2項所述之碳複合物散熱 裔’其中該石墨係選自以下之群組：研磨石墨纖維、長石 墨纖維、截斷石墨纖維、石墨薄片、石墨板、石墨墊、石 墨泡以及其混合物。 1 4、如申請專利範圍第1 1項所述之碳複合物散熱 27 I307H5 益其中為熱傳導等向性含碳材料係包含有鑽石。 、 5如申睛專利範圍第1 1項所述之碳複合物散熱 器’其中該非含碳等向性材料石夕包含有銘。 1 6、如申請專利範圍第1 1項所述之碳複合物散熱 3 #中該熱傳導等向性含碳材料形成有至少—位在至少 兩數量的熱傳導異向性含碳材料間的熱徑。 W 17如申睛專利範圍第1 6項所述之碳複合物散熱 ,、中至v 分的熱傳導等向性含碳材料係嵌入於不同 數里的熱傳導異向性含碳材料中。 „„ 1 8、如中請專利範圍第1 1項所述之碳複合物散熱 益’其中該熱傳導等向性含碳材料之熱傳導率較熱傳導显 向性含碳材料大。 、 .1 9、-種將熱由熱源移除的方法，係包括有下述步 準備如申請專利範圍第1或11項所述之散熱器； 設置該散熱器以與熱源進行熱連接。 法 :〇、-種模擬等向熱流流經複合石墨散熱器之方 其包括有以下步驟： 在散熱器中設置一多樣的鑽石顆粒，並以石 熱連接，以使得該鑽石顆粒得以提 2 仃 之熱流。 i在t向阻抗上 21、如令請專利範圍第20項所述之方法 複合石墨散熱器進一步包含有—渗入部分兮 -中该 粒之金屬基質，該金屬基質係至少 '-及鑽石顆 夕匕3有5 0體積百分比 28 1307145 的铭。 2 2、如申請專利範圍第2 1項所述之方 鋁係選自於以下群組之合金：鋁一鎂、鋁一矽 鋁一銀、鋁一鋰以及鋁一鈹。 2 3、如申請專利範圍第2 1項所述之方 金屬基質係包括有降低該金屬基質熔點之元素 選自於以下之群組：錳、鎳、錫以及鋅。 2 4、如申請專利範圍第2 0項所述之方 石墨係選自以下之群組：研磨石墨纖維、長石 斷石墨纖維、石墨薄片、石墨板、石墨墊、石 混合物。 2 5、如申請專利範圍第2 0項所述之方 少部分之該多樣的鑽石顆粒係嵌入於部分的石. 十一、圖式： 如次頁 法，其中該 、銘一銅、 法，其中該 ，該元素係 法，其中該 墨纖維、截 墨泡以及其 法，其中至 I中。

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