TWI664159B

TWI664159B - 陶瓷散熱器及其製造方法

Info

Publication number: TWI664159B
Application number: TW106114213A
Authority: TW
Inventors: 謝孟修
Original assignee: 謝孟修
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2019-07-01
Also published as: TW201838955A

Abstract

本發明關於一種陶瓷散熱器及其製法方法。該製造方法包括：將氮化物陶瓷粉體、鈦金屬粉末及無機樹脂等材料混合處理成一混合材料。接著，將該混合材料注入內壁鍍鈦的一成型模具，並壓製成一胚體。最後，對該胚體進行一燒結製程，以形成該陶瓷散熱器。由於該混合材料中添加有鈦金屬粉末且該成型模具的內壁面也鍍有鈦金屬，故在模壓成型後，成型之該胚體易於脫模，不會與模具沾黏而致崩壞。

Description

陶瓷散熱器及其製造方法

本發明係關於一種用於電子元件等之散熱器及其製造方法，尤其是一種散熱效果良好且易於製造之陶瓷散熱器及其製造方法。

散熱器係用以貼覆於電子元件上，以幫助該電子元件散熱，進而使該電子元件能維持在適當溫度下正常運作。一般而言，散熱器的表面積愈大，則其散熱性愈佳。

參閱第五圖，習知一種散熱器5是由導熱性能良好的材料如鋁等擠型或壓鑄成型，其包括一底座51、設置於底座51上的若干散熱鰭片52。所述底座51為一方形板體，用於與電子元件5直接貼設，從而吸收電子元件散發的熱量。所述散熱鰭片52自所述底座51的一側表面向上突伸形成，以將底座51吸收的熱量快速向外散發。

除了前述之金屬散熱器外，另一種陶瓷散熱器顧名思義是以陶瓷材料製作而成，但由於材料選用及現有製造技術的限制，該陶瓷散熱器的散熱能力有限。舉例而言，現有常見的陶瓷散熱器之表面佈滿圓形的凸點（如第六圖所示），或是形成有波浪狀且斷面呈三角形的凸條（如第七圖所示），兩者之共通點是該些凸條或凸點的高度皆不高，表面積增加有限，因此無法像散熱鰭片那般有效提升散熱效果。

相較於此，台灣專利公開第201242501號揭露一種表面具有較高凸條的陶瓷散熱器，重新繪製如第八圖所示。如圖所示，該陶瓷散熱器的較高凸條雖能加大散熱表面積，但實務上該陶瓷散熱器仍無法如理想般實際製作出來，究其主因，乃在於該陶瓷散熱器在形成胚體時，其材料易與模具產生沾黏，致使脫模不易，最後導致該胚體在脫模後凸條之處發生崩壞，以致無法合乎品質的要求。

本發明提供一種陶瓷散熱器，包括以複合粉體材料燒結成型的一陶瓷本體，其中該複合粉體材料混合有氮化物陶瓷粉體及鈦金屬粉末。

較佳地，該氮化物陶瓷粉體混合有吸熱性較佳之第一氮化物粉末及散熱性較佳之第二氮化物粉末。

較佳地，該第一氮化物粉末之成分包括氮化矽，而該第二氮化物粉末之成分包括氮化硼。

本發明更提供一種陶瓷散熱器的製造方法，包括下列步驟：(a).將氮化物陶瓷粉體、鈦金屬粉末及無機樹脂混合處理成一混合材料；(b).將該混合材料注入內壁鍍鈦的一成型模具，並壓製成一胚體；及(c).對該胚體進行一燒結製程，以形成該陶瓷散熱器。

較佳地，在步驟(a)中，該氮化物陶瓷粉體混合有吸熱性較佳之第一氮化物粉末及散熱性較佳之第二氮化物粉末。

較佳地，該第一氮化物粉末、該第二氮化物粉末及該鈦金屬粉末皆為微奈米等級。

較佳地，在步驟(a)包括底下的子步驟:(a1).將氮化物陶瓷粉體、鈦金屬粉末及無機樹脂混合揉成團狀的一混料；(a2).對團狀的該混料進行乾燥；(a3).對乾燥後之該混料進行攪碎成細顆粒狀的混料；及(a4).對攪碎後之該混料進行噴霧乾燥，成為細緻球粒狀的該混合材料，供注入該成型模具內。

較佳地，在步驟(b)中，該成型模具包括一公模及一母模，該公模及該母模之內壁面皆鍍有鈦金屬。

較佳地，在步驟(b)中，該成型模具之公模未被加熱，而僅對該成型模具之母模進行加熱，且加熱溫度約為攝氏60~70度。

綜上所述，本發明陶瓷散熱器可藉由該陶瓷本體之材質及型態於使用時具有較佳之散熱效果。再者，本發明因該成型模具3之模穴內壁面具有顆粒細緻、排列整齊之鈦金屬鍍膜材料，以增加模具之表面平滑度。因此，當含有鈦金屬粉體之混合材料填入於模具之模穴時，可避免成型後之胚體沾附於模穴上而影響胚體之品質。此外，由於模穴之表面平滑度增加，使得脫模能力增加，進而提高生產之效率。

第一及二圖顯示本發明之陶瓷散熱器100的一個較佳實施例。該陶瓷散熱器100包括以複合粉體材料燒結成型的一陶瓷本體（圖未標號）。如圖所示，該陶瓷本體包括一背板1（backing plate）及從該背板1前面一體延伸而出的複數高度略高的方形凸條2。該複合粉體材料混合有氮化物陶瓷粉體及鈦金屬粉末。

在本較佳實施例中，該氮化物陶瓷粉體混合有吸熱性較佳之第一氮化物粉末（例如：氮化矽）及散熱性較佳之第二氮化物粉末（例如：氮化硼）。較佳地，該第一氮化物粉末、該第二氮化物粉末及該鈦金屬粉末皆為微奈米等級，以使陶瓷散熱器成品的散熱效果更佳。如此，陶瓷散熱器成品能藉由該第一氮化物而從熱源快速地吸熱，並透過該第二氮化物使所吸收的熱儘速散逸。值得一提的是，陶瓷散熱器成品中之鈦金屬在此間更是扮演該第一氮化物與該第二氮化物之間的熱傳導媒介，使得該第一氮化物吸收的熱能夠儘速傳導至該第二氮化物，以加速熱之散逸。

第三圖係用以模製該陶瓷散熱器100的一成型模具3。該成型模具3包括一公模31及一母模32，該公模31及該母模32之內壁面皆鍍有鈦金屬。此外，該母模32還設有複數加熱棒33，以對該成形模具3內部提供加熱效果。

參閱第四圖，該陶瓷散熱器100的製造方法大致包括材料製備401~406、模壓成型407及燒結409等步驟。

首先，在材料製備時，先將前述之氮化物陶瓷粉體、鈦金屬粉末及無機樹脂等材料混合（步驟401），並揉製成團狀一混料（步驟402）。其中，該氮化物陶瓷粉體混合有前述之吸熱性較佳之第一氮化物粉末（例如：氮化矽）及散熱性較佳之第二氮化物粉末（例如：氮化硼），而該無機樹脂的作用在使該氮化物陶瓷粉體及鈦金屬粉末等粉體材料黏結成預定形狀。接著，對團狀的該混料進行乾燥（步驟401）。乾燥後，再對該混料進行攪碎，以成微細顆粒狀的混料（步驟404）。隨後，對攪碎後之該混料進行高壓的噴霧乾燥（Spray Drying）（步驟405），以成為細緻的混合材料34（步驟406）。此種細緻的混合材料34在顯微鏡下呈球粒狀，具有較佳的流動性，便於自動化注入該成型模具3內。

待混合材料預備完成後，便將該混合材料注入內壁鍍鈦的一成型模具3（步驟407），如第三圖所示，並壓製成一胚體（步驟408）。由於該混合材料中含有鈦金屬粉末且該成型模具3的內壁面也鍍有鈦金屬，故在模壓成型後，成型之該胚體易於脫模，不會與該成型模具3沾黏而致崩壞。此外，在壓製的過程中，該成型模具3之公模31並未被加熱，以防止該公模31的多個凸齒311與成型後的胚體產生產生沾黏，以便於脫模。相反地，該母模32的內壁皆是平坦的壁面，無脫模的問題，故而在壓製的過程中更可對該成型模具3之母模32進行低溫加熱，以使該混合材料成形得更好，加熱溫度較佳約為攝氏60~70度。

待該胚體自該成型模具3脫模取出後，便能再對該胚體進行一燒結製程（步驟409），以形成該陶瓷散熱器成品（步驟410）。值得注意的是，在燒結完成後，該無機樹脂會蒸發掉，而不復存在於成品當中。

無論如何，任何人都可以從上述例子的說明獲得足夠教導，並據而了解本發明內容確實不同於先前技術，且具有產業上之利用性，及足具進步性。是本發明確已符合專利要件，爰依法提出申請。

本發明

100‧‧‧陶瓷散熱器

1‧‧‧背板

2‧‧‧凸條

3‧‧‧成型模具

31‧‧‧公模

311‧‧‧凸齒

32‧‧‧母模

33‧‧‧加熱棒

34‧‧‧混合材料

習知

5‧‧‧散熱器

51‧‧‧底座

52‧‧‧散熱鰭片

第一圖係本發明陶瓷散熱器的立體結構示意圖。第二圖係第一圖之陶瓷散熱器的斷面示意圖。第三圖係本發明用以製作該陶瓷散熱器之模具的斷面示意圖。第四圖係本發明陶瓷散熱器的製造方法之流程圖。第五圖係一種習知鋁擠型的金屬散熱器。第六圖係一種習知具有圓形凸點的陶瓷散熱器。第七圖係一種習知具有波浪條紋的陶瓷散熱器。第八圖係一種理想之具有方型條紋的陶瓷散熱器。

Claims

一種陶瓷散熱器，包括以複合粉體材料燒結成型的一陶瓷本體，其中該複合粉體材料混合有氮化物陶瓷粉體及鈦金屬粉末，該氮化物陶瓷粉體混合有吸熱性較佳之第一氮化物粉末及散熱性較佳之第二氮化物粉末。
如申請專利範圍第2項所述之陶瓷散熱器，其中該第一氮化物粉末之成分包括氮化矽，而該第二氮化物粉末之成分包括氮化硼。
一種陶瓷散熱器的製造方法，包括下列步驟：(a).將氮化物陶瓷粉體、鈦金屬粉末及無機樹脂混合處理成一混合材料，該氮化物陶瓷粉體混合有吸熱性較佳之第一氮化物粉末以及散熱性較佳之第二氮化物粉末；(b).將該混合材料注入內壁鍍鈦的一成型模具，並壓製成一胚體；及(c).對該胚體進行一燒結製程，以形成該陶瓷散熱器。
如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中該第一氮化物粉末之成分包括氮化矽，而該第二氮化物粉末之成分包括氮化硼。
如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中在步驟(a)中，該第一氮化物粉末、該第二氮化物粉末及該鈦金屬粉末皆為微奈米等級。
如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中在步驟(a)包括底下的子步驟：(a1).將氮化物陶瓷粉體、鈦金屬粉末及無機樹脂混合揉成團狀的一混料；(a2).對團狀的該混料進行乾燥；(a3).對乾燥後之該混料進行攪碎成細顆粒狀的混料；及(a4).對攪碎後之該混料進行噴霧乾燥，成為細緻球粒狀的該混合材料，供注入該成型模具內。
如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中在步驟(b)中，該成型模具包括一公模及一母模，該公模及該母模之內壁面皆鍍有鈦金屬。
如申請專利範圍第7項所述之製造方法，其中在步驟(b)中，該公模未被加熱，而僅對該母模進行加熱，且加熱溫度約為攝氏60~70度。