TWM510541U - 超薄均熱片 - Google Patents

Description

超薄均熱片

一種供對應至少一發熱電子元件設置的超薄均熱片。

隨著科技的進步，電子產品逐漸朝著輕、薄、短、小的方向發展，但小型化的電子元件在高速率運轉下產生的高度熱流，往往減損電子產品的壽命，因此市面出現不少各式各樣的散熱裝置。

由於銅具有較高的熱傳導係數且成本合理，因此傳統的散熱材料多以銅為主體；隨後，也有許多結構是在內部添加相變化材料，使得散熱裝置可以運用相變化時的潛熱而更有效率地傳輸熱能，此種內含相變化材料的結構，外型大多以管狀為主，或管狀組合鰭片，以藉由鰭片擴大與周邊空氣進行熱交換的面積，但整體體積也勢必隨之變大。

由於常見的發熱元件如半導體元件或發光二極體等，多半具有平坦表面，為使散熱裝置與發熱元件良好貼合，目前，市面上也有均熱片的出現，不過都為全金屬銅且厚度偏厚，原因是銅的熔點約1084℃，要成形必須提供極度高溫的鑄造環境，即使要降低成形的溫度而採取例如擴散焊接技術時，操作溫度也需高達600~900℃，還需要輔以高壓，使得上下兩片半部件內部的銅擴散層能稍有熔融而擴散對接，藉以形成整片均熱片；因此，均熱片的上下兩片半部件，銅基板的部分需要有足夠厚度，才能承受高壓操作，此外，均熱片半部件中的銅擴散層也必需預留足夠厚度 才不會輕易被壓扁，能形成足夠的空間，容許其內部的相變化材料可在冷熱兩端來回通行及進行相變化。

上述均熱片製程，即使可以降低操作溫度，仍然必須達到攝 氏數百度高溫，使得加工環境受限；且必須對上下半部件施加壓力，造成目前產品的上下半部件基板部分，每片基板的板厚至少需達200μm以上，無疑讓均熱片整體厚度無法降低、銅的用量無法減少、均熱片的重量也無法減輕，尤其大面積加壓時受力不易均勻，也因此限制均熱片面積。

為了解決現有技術問題，本案試圖提供一種超薄均熱片，將 高分子聚合物透過簡單的製作方式形成於金屬基板上，再以極低溫熱壓的方式使其結合、融合，使得高分子聚合物次結構和金屬共同構成一個密封的空間；利用高分子聚合物具有加熱後固化、不易熔融、以及可與特定金屬接著性良好的特性。如此一來，不僅使均熱片的基板部分更薄、且用部分高分子次結構取代部分金屬使得整體重量益發變輕，基板變薄也使導熱效率從而提升，更使得大面積均熱片的生產成為可行，尤其是加工環境僅需例如攝氏兩百度以下的低溫，故可大幅降低製造成本。

本創作之一目的在提供一種超薄均熱片，透過簡單的製作方式將高分子聚合物次結構形成於金屬基板上，由於高分子聚合物次結構不用高溫處理，因此可大幅降低加工成本及製作難度。

本創作另一目的在提供一種超薄均熱片，由於超薄均熱片整體不需施加高壓處理，因此基板厚度可更薄、也使得大面積均熱片的製造變得可行。

本創作再一目的在提供一種超薄均熱片，藉由使用高分子聚 合物次結構，可降低材料成本。

本創作又一目的在提供一種超薄均熱片，由於基板厚度薄， 且中間的次結構材料為質輕的高分子聚合物，大幅降低整體均熱片結構的重量。

為達上述目的，本創作提供一種超薄均熱片，包括兩片彼此 平行且相向面具有粗糙面的上、下金屬基板、一組連接上述上、下金屬基板的流道結構、一設置於上述上金屬基板或上述下金屬基板的高分子聚合物次結構、一由上述流道結構和上述上、下金屬基板共同環繞出的封閉空間、及一填充在上述封閉空間中的相變化流體。

在上述超薄均熱片的特徵中，在於相連上述上、下金屬基板 的上述流道結構是高分子聚合物次結構，上述高分子聚合物次結構可以選擇為環氧樹脂等高分子聚合物材料，也使得本案所揭露的一種超薄均熱片，不僅材料成本降低，又可降低製作均熱片的操作溫度而降低製造成本，且在非高壓製作條件下，金屬基板的厚度將可變薄，均熱片整體的面積也可變寬廣，達到更好散熱效果，並可大量生產，更能符合產量規模。

1、1’‧‧‧上半部件

3、3’‧‧‧下半部件

11、11”‧‧‧上金屬基板

13、13”‧‧‧下粗糙面

31、31’'‧‧‧下金屬基板

33、33”‧‧‧上粗糙面

5、5’‧‧‧流道結構

51、51’、51”‧‧‧環氧樹脂凸部

52”‧‧‧環氧樹脂熱壓連結部

53’‧‧‧膠黏層

圖1為本新型超薄均熱片第一較佳實施例的上、下半部件內部結構正視圖；圖2為圖1實施例的上、下半部件的部分放大正視示意圖，說明各主要結構的分布；圖3為圖1實施例的部分結構側面剖視分解圖，說明上、下半部件內部高 分子聚合物次結構的上、下相對應情形；圖4為圖1實施例的側面剖視結合示意圖，說明上、下半部件內部高分子聚合物次結構經熱壓後連接，且與上下金屬基板共同環繞形成流道結構；圖5為本新型超薄均熱片第二較佳實施例的部分結構側面剖視結合示意圖，說明高分子聚合物次結構間，可經由一膠黏層連接，並與金屬基板共同形成流道結構；以及圖6為本新型超薄均熱片第三較佳實施例的側面剖視結合示意圖，說明上半部件亦可直接以金屬基板與下半部件的高分子聚合物次結構相對應結合的情形。

有關本新型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較佳實施例的詳細說明中，將可清楚呈現；此外，在各實施例中，相同元件將以相似的標號表示。

本案超薄均熱片的第一較佳實施例請參考圖1和圖2所示，為便於說明理解，以下將本案用以組合超薄均熱片的兩部分，分別稱為上半部件1及下半部件3，並且將上半部件1以反向掀開的方式，繪示於下半部件3的上方。且上半部件1和下半部件3分別具有一片例如由模具沖壓出來、可供平貼於電子元件(圖未示)的上金屬基板11和下金屬基板31，且上述上金屬基板11和下金屬基板31彼此平行設置。

上述上金屬基板11的一側形成有供面向上述下半部件3的下粗糙面13，在上述下金屬基板31朝向上半部件1的一側同樣形成一上粗 糙面33，使得上述下粗糙面13與上述上粗糙面33彼此相向並相互對應。 在本例中，上述下粗糙面13與上述上粗糙面33是由電化蝕刻形成電化蝕刻粗化面。當然，熟悉本技術者也可以利用機械摩擦或金屬粉末燒結等方式將金屬基板之表面粗化。

且在上述下粗糙面13與上述上粗糙面33上分別利用曝光顯 影分別形成例釋為環氧樹脂凸部51的高分子聚合物次結構。當然，熟悉本技術者也可以考慮將高分子聚合物次結構採取雷射雕刻、網版印刷或3D列印(3D printing，又稱增材製造(Additive Manufacturing))成形於金屬基板上，使得本案所揭露的超薄均熱片製造結構更具有彈性，且金屬基板粗糙化的過程，也可以在設置高分子聚合物次結構後進行，均無礙於本案的實施。

接著請參考圖3和圖4所示，當上述上半部件1和下半部件 3的上述的環氧樹脂凸部51對應結合時，由於本例中的上述環氧樹脂凸部51均為雙酚A型環氧樹脂(Bisphenol-A epoxy resin)，使得加熱結合的操作溫度只需約140℃~170℃，便可將上述上金屬基板11與上述下金屬基板31間的高分子聚合物次結構連接成為一組流道結構5，使得上述上金屬基板11和上述下金屬基板31間形成具有間隙的密閉空間；並在上述密閉空間填充一相變化材料(圖未示)，在本例中，該相變化材料例釋為水。由於本案的上金屬基板11和下金屬基板31厚度分別低於150μm，加計流道結構5的高度約100μm，使本案均熱片的整體厚度可小於500μm。當然，如熟悉本技術領域者所能輕易理解，由於銅箔厚度影響其機械強度，亦可考慮上下金屬基板其中一者選擇現有厚度約200μm，另一者則選擇例如100μm，既可降低均熱片整體厚度，亦可使均熱片整體保有相當結構強度。

由於上半部件1和下半部件3只需經由低溫熱壓，便能形成 超薄均熱片。相較過往的技術，本案的結構設計大幅降低均熱片的製作溫度，大幅降低製造成本，且易於量產，產品良率藉此提升；更因低溫熱壓的壓力較以往小，壓力不均勻問題從而降低，超薄均熱片的產品面積可以輕易提升至約800mm X 600mm，符合一般較大電路板尺寸，增大使用彈性；另方面，製作的過程不必經由高溫高壓操作，均熱片的金屬基板厚度可以變更薄，且流道結構主要包括高分子聚合物，使得整體重量變更輕。

本案第二較佳實施例請參考圖5所示，與前一實施例不同在 於，本例中，在上半部件1’中的環氧樹脂凸部為3D列印的例如雙酚A型環氧樹脂，下半部件3’中的高分子聚合物則另選擇環氧酚醛清漆樹脂(epoxy-novolak resin)，且當上述上半部件1’與下半部件3’的上述環氧樹脂凸部51’對應結合時，在上述環氧樹脂凸部51’間還額外增加有一膠黏層53’，而形成一組流道結構5’，以利相變化流體(圖未示)進行毛細作用。

當然，如熟悉本技術領域人士所能輕易理解，本案的高分子 聚合物次結構材質也可為聚脂樹脂、壓克力樹脂，位於兩片金屬基板上的高分子聚合物次結構並不一定要採用相同材質，甚至不一定要同時存在於上、下半部件中，如圖6本案第三較佳實施例所示，本例中上金屬基板11”的下粗糙面13”與下金屬基板31”的上粗糙面33”同以金屬粉末燒結造成粗化面，但上金屬基板11”的下方並無高分子聚合物次結構，因此在本例中以超音波加熱結合時，是以上述下金屬基板31”的網版印刷的環氧樹脂凸部51”直接對應抵接至上述上金屬基板11”的下粗糙面13”，使兩者相連形成一段環氧樹脂熱壓連結部52”。

綜上所述，本案的結構利用高分子聚合物次結構的可塑性、高黏合性、以及固化物交聯密度高，且處理溫度不用太高的條件下，金屬基板的面積可依使用所需而做變化，在設計上也可以有非常高的變化。惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，不能以此限定本新型實施之範圍，凡係依本新型申請專利範圍及新型說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧上半部件

3‧‧‧下半部件

11‧‧‧上金屬基板

13‧‧‧下粗糙面

31‧‧‧下金屬基板

33‧‧‧上粗糙面

51‧‧‧環氧樹脂凸部

Claims (10)

1. 一種超薄均熱片，供對應至少一發熱電子元件裝置，該超薄均熱片包括：兩片具彼此平行的上、下金屬基板，前述上、下金屬基板分別具有一個彼此相向的粗糙面；一組連接上述上、下金屬基板的流道結構，使得該流道結構和上述上、下金屬基板共同環繞出一個封閉空間，其中該流道結構包括設置於至少上述上金屬基板或上述下金屬基板的高分子聚合物次結構；以及一填充在上述封閉空間中的相變化流體。
2. 如申請專利範圍第1項所述的超薄均熱片，其中上述上金屬基板與上述下金屬基板厚度至少其中一者低於150μm。
3. 如申請專利範圍第1項所述的超薄均熱片，其中上述上、下金屬基板之粗糙面分別是電化蝕刻粗化面。
4. 如申請專利範圍第1項所述的超薄均熱片，其中上述高分子聚合物次結構為環氧樹脂凸部。
5. 如申請專利範圍第4項所述的超薄均熱片，其中上述環氧樹脂凸部為曝光顯影的環氧樹脂凸部。
6. 如申請專利範圍第4項所述的超薄均熱片，其中上述環氧樹脂凸部為網版印刷的環氧樹脂凸部。
7. 如申請專利範圍第4項所述的超薄均熱片，其中上述環氧樹脂凸部為3D列印的環氧樹脂凸部。
8. 如申請專利範圍第2、3、4、5、6或7項所述的超薄均熱片，其中上述流道結構更包括一段環氧樹脂熱壓連結部。
9. 如申請專利範圍第4、5、6或7項所述的超薄均熱片，其中上述流道結構更包括位於上、下金屬基板的上述環氧樹脂凸部間的膠黏層。
10. 如申請專利範圍第1項所述的超薄均熱片，其中上述相變化流體為水。