專利名稱：氮化鋁陶瓷散熱片與其制造方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種氮化鋁(AlN)陶瓷散熱片與其制造方法。特別是有關于一種高厚度的氮化鋁陶瓷散熱片與其制造方法。
背景技術：
隨著科技的日新月異，電子與光電產(chǎn)品均朝輕、薄、短、小與高功率的趨勢發(fā)展。如此的發(fā)展將使得電子與光電產(chǎn)品的發(fā)熱密度隨之提高，因而電子與光電產(chǎn)品對于散熱的需求也大幅增加。例如發(fā)光二極管(Light Emitting Diode ；LED)發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能若無法導出，將會使LED結面溫度過高，進而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率、穩(wěn)定性，而LED結面溫度、發(fā)光效率及壽命之間的關系。因此，必須加裝散熱片裝置至電子與光電產(chǎn)品，以改善散熱的問題。散熱片的種類主要有金屬散熱片和陶瓷散熱片兩類。金屬散熱片系以鋁或銅為材料，而陶瓷散熱片系使用氧化鋁、碳化硅(SiC)、氮化鋁等材料。應用金屬散熱片時尚需絕緣層的處理，而陶瓷散熱片本身是絕緣體，故不需絕緣層的處理。此外，陶瓷散熱片的熱膨脹系數(shù)匹配性佳，可減少熱應力及熱變形產(chǎn)生也是其優(yōu)點之一。由于氮化鋁具有獨特的物理特性，例如接近于金屬并十倍于氧化鋁的高熱導性； 可與硅和碳化硅相比擬的低熱膨脹系數(shù)與高電絕緣性；優(yōu)良的抗熱震性；與氧化鋁陶瓷材料相當?shù)臋C械強度；優(yōu)良的抗腐蝕性，故氮化鋁已成為用以制作陶瓷散熱片的相當重要的散熱材料。然而，習知的氮化鋁陶瓷散熱片系使用粒徑小于2微米的粉末，其比重為3. 26， 而收縮率大于10%。由于習知的氮化鋁陶瓷散熱片的收縮率太大，制作厚度較大的散熱片時，容易發(fā)生翹曲的現(xiàn)象，因而造成良率太低的問題。此外，習知技術通常只能制作出厚度為1毫米(mm)以下的氮化鋁陶瓷散熱片，已無法滿足日趨復雜與多樣化的電子與光電產(chǎn)品的散熱需求。有鑒于此，目前亟需一種可制造出高厚度且低收縮率的氮化鋁陶瓷散熱片的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的就是提供氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法，藉以制造出高厚度且低收縮率的氮化鋁陶瓷散熱片。根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法。在此氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法中，首先制備包含有燒結助劑的氮化鋁復合物，其中燒結助劑于氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于2%至9%之間。接著，過濾此氮化鋁復合物，以分別篩出具有第一平均粒徑的第一氮化鋁復合物、具有第二平均粒徑的第二氮化鋁復合物、及具有第三平均粒徑的第三氮化鋁復合物，其中第一平均粒徑系實質介于30微米至80微米之間，第一氮化鋁復合物于氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于50%至75%之間；第二平均粒徑系實質介于10微米至四微米之間，第二氮化鋁復合物于該氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于10%至30%之間；第三平均粒徑系實質介于3微米至9微米之間，第三氮化鋁復合物于氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于10%至20%之間。然后，將第一氮化鋁復合物、第二氮化鋁復合物、第三氮化鋁復合物、增塑劑和黏結劑混合在一起攪拌而獲得一混合物，其中第一氮化鋁復合物、第二氮化鋁復合物和第三氮化鋁復合物的總和于混合物中的重量比值系實質介于73%至90%之間；增塑劑于混合物中的重量比值系實質介于 3%至12%之間；黏結劑于混合物中的重量比值系實質介于5%至15%之間。接著，使用具預設網(wǎng)目數(shù)(Mesh)的篩網(wǎng)過篩此混合物，而獲得通過此篩網(wǎng)的顆?；旌衔?，其中預設網(wǎng)目數(shù)系實質介于20目(mesh)至120目之間。然后，將顆粒混合物壓模、射出或擠出成型成一散熱片生胚，再于一燒結溫度持續(xù)燒結散熱片生胚經(jīng)一預設時間，而獲得一散熱片。依據(jù)本發(fā)明的又一實施例，在一種氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法中，首先將具有第一平均粒徑的第一氮化鋁粉、具有第二平均粒徑的第二氮化鋁粉、及具有第三平均粒徑的第三氮化鋁粉混合成氮化鋁粉混合物，其中第一平均粒徑系實質介于30微米至80微米之間，第一氮化鋁粉于氮化鋁粉混合物中的重量比值系實質介于50%至75%之間；第二平均粒徑系實質介于10微米至四微米之間，第二氮化鋁粉于氮化鋁粉混合物中的重量比值系實質介于10%至30%之間；第三平均粒徑系實質介于3微米至9微米之間，第三氮化鋁粉于該氮化鋁粉混合物中的重量比值系實質介于10%至20%之間。然后，添加燒結助劑至氮化鋁粉混合物中而獲得第一混合物，其中燒結助劑于第一混合物中的重量比值系實質介于2%至9%之間。接著，將第一混合物、增塑劑和黏結劑混合在一起攪拌而獲得第二混合物，其中第一混合物于第二混合物中的重量比值系實質介于73%至90%之間；增塑劑于第二混合物中的重量比值系實質介于3%至12%之間；黏結劑于第二混合物中的重量比值系實質介于5%至15%之間。然后，使用具預設網(wǎng)目數(shù)的篩網(wǎng)過篩第二混合物，而獲得通過篩網(wǎng)的顆?；旌衔?，其中預設網(wǎng)目數(shù)系實質介于20目至100目之間。接著，將顆?；旌衔飰耗?、射出或擠出成型成一散熱片生胚，再于一燒結溫度持續(xù)燒結散熱片生胚經(jīng)一預設時間， 而獲得一散熱片。依據(jù)本發(fā)明的上述實施例所制得的散熱片的比重系實質介于1. 4至2. 2之間，其形狀為例如鰭型或平板，平均厚度系實質介于1毫米(mm)至2公分之間。因此，藉由本發(fā)明的實施例的氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法，可提供高厚度且低收縮率的氮化鋁陶瓷散熱片，并具有優(yōu)良的良率。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說明如下圖1系繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的氮化鋁陶瓷散熱片制造方法的流程示意圖。圖2A系繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的氮化鋁陶瓷散熱片的結構示意圖。圖2B系繪示依據(jù)本發(fā)明的又一實施例的氮化鋁陶瓷散熱片的結構示意圖。圖3系繪示依據(jù)本發(fā)明的又一實施例的氮化鋁陶瓷散熱片制造方法的流程示意圖。主要組件符號說明10:鰭型散熱片
12:鰭型散熱片20 鰭部22 鰭部100 制備包含有燒結助劑的氮化鋁復合物110 過濾氮化鋁復合物以分別篩出第一、第二、第三氮化鋁復合物120:混合第一、第二、第三氮化鋁復合物、增塑劑和黏結劑成混合物130 過篩混合物而獲得顆?；旌衔?40 將顆?；旌衔飰耗?、射出或擠出成型成散熱片生胚150 持續(xù)燒結散熱片生胚而獲得散熱片160 將散熱片自然降溫或持續(xù)降溫至常溫200混合第一、第二、第三氮化鋁粉成氮化鋁粉混合物210 添加燒結助劑至氮化鋁粉混合物中而獲得第一混合物220 混合第一混合物、增塑劑和黏結劑成第二混合物230 過篩第二混合物而獲得顆?；旌衔?40 將顆?；旌衔飰耗?、射出或擠出成型成散熱片生胚250 持續(xù)燒結散熱片生胚而獲得散熱片260 將散熱片自然降溫或持續(xù)降溫至常溫
具體實施例方式本發(fā)明的實施例主要是使用粒徑較大的氮化鋁粉或氮化鋁復合物來制作散熱片， 藉以制造出高厚度且低收縮率的氮化鋁陶瓷散熱片。所謂「氮化鋁復合物」系將鋁粉、氮化鋁、及例如氧化釔的燒結助劑均勻混合后，再經(jīng)例如燃燒合成反應制成。制造氮化鋁復合物的方法與裝置可參見中國臺灣專利前案第1297672號「氮化鋁與其復合物的合成方法」，但本發(fā)明的實施例并不在此限。至于本發(fā)明的實施中所使用的裝置，例如攪伴機、篩網(wǎng)、成型機、燒結爐等，皆為習知裝置，故不在此贅述。實施例1 使用氮化鋁復合物、增塑劑和黏結劑。請參照圖1，其繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的氮化鋁陶瓷散熱片制造方法的流程示意圖。首先，制備包含有燒結助劑的氮化鋁復合物(步驟100)，其中燒結助劑于氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于2%至9%之間，且可為例如氧化釔、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋰、氧化鋁、氧化鈦、氧化釹、氧化釤、氧化鏑、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋰或氟化鈣以及其混合物所組成的一族群。接著，使用例如不同網(wǎng)目數(shù)的篩網(wǎng)來過濾此氮化鋁復合物(步驟110)， 以分別篩出具有第一平均粒徑的第一氮化鋁復合物、具有第二平均粒徑的第二氮化鋁復合物、及具有第三平均粒徑的第三氮化鋁復合物，其中第一平均粒徑系實質介于30微米至80 微米之間，第一氮化鋁復合物于氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于50%至75%之間； 第二平均粒徑系實質介于10微米至四微米之間，第二氮化鋁復合物于該氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于10%至30%之間；第三平均粒徑系實質介于3微米至9微米之間， 第三氮化鋁復合物于氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于10%至20%之間。然后，將第一氮化鋁復合物、第二氮化鋁復合物、第三氮化鋁復合物、增塑劑和黏結劑混合在一起攪拌 (步驟120)，而獲得一混合物，其中第一氮化鋁復合物、第二氮化鋁復合物和第三氮化鋁復合物的總和于混合物中的重量比值系實質介于73%至90%之間；增塑劑于混合物中的重量比值系實質介于3%至12%之間；黏結劑于混合物中的重量比值系實質介于5%至15% 之間。增塑劑(可塑劑)可為例如硅油、己二酸酯、苯二酸酯、石蠟或白臘油，黏結劑可為例如木質纖維素、乙烯纖維素、聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral)、聚乙烯、聚丙烯、壓克力或樹脂。接著，使用具預設網(wǎng)目數(shù)的篩網(wǎng)過篩此混合物(步驟130)，而獲得通過此篩網(wǎng)的顆粒混合物，其中預設網(wǎng)目數(shù)系實質介于20目至120目之間。然后，將顆?；旌衔飰耗?、射出或擠出成型成一散熱片生胚(步驟140)，再于具一燒結溫度的燒結爐中，持續(xù)燒結散熱片生胚經(jīng)一段預設時間(步驟150)，而獲得一散熱片，其中預設時間系實質介于1. 5小時至3小時之間，燒結溫度系實質介于1750°C至1950°C之間。在進行步驟150前，燒結爐的升溫曲線可為例如先以每分鐘升溫2 4°C的速率由常溫升至1200°C ；再以每分鐘升溫 1 3°C的速率由1200°C升至1850°C。然后，進行步驟150，以維持1850°C的溫度經(jīng)1. 5小時 3小時。接著，將散熱片自然降溫或持續(xù)降溫至常溫(步驟160)。依據(jù)本實施例所制得的散熱片的比重系實質介于1. 4至2. 2之間，其形狀為例如鰭片型或平板，平均厚度系實質介于1毫米(mm)至2公分之間，其中鰭片型散熱片的鰭部的幾何形狀可為角柱體(例如 長方體)、圓柱體或任意形狀的角柱體。請參照圖2A，其繪示本發(fā)明的一實施例的氮化鋁陶瓷散熱片的結構示意圖，其中鰭片型散熱片10的鰭部20的幾何形狀為長方體。請參照圖 2B，其繪示本發(fā)明的又一實施例的氮化鋁陶瓷散熱片的結構示意圖，其中鰭片型散熱片12 的鰭部22的幾何形狀為圓柱體。以下以應用例1至4來說明本實施例。請參照表一，表一為應用例1至4所使用的材料與制程條件，用以分別進行上述的步驟100至160。表一
權利要求
1.一種氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法，包含制備包含有一燒結助劑的一氮化鋁復合物，其中該燒結助劑于該氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于2%至9%之間；過濾該氮化鋁復合物，以分別篩出具有一第一平均粒徑的一第一氮化鋁復合物、具有一第二平均粒徑的一第二氮化鋁復合物、及具有一第三平均粒徑的一第三氮化鋁復合物， 其中該第一平均粒徑系實質介于30微米至80微米之間，該第一氮化鋁復合物于該氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于50%至75%之間；該第二平均粒徑系實質介于10微米至四微米之間，該第二氮化鋁復合物于該氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于10%至 30%之間；該第三平均粒徑系實質介于3微米至9微米之間，該第三氮化鋁復合物于該氮化鋁復合物中的重量比值系實質介于10%至20%之間；將該第一氮化鋁復合物、該第二氮化鋁復合物、該第三氮化鋁復合物、一增塑劑和一黏結劑混合在一起攪拌而獲得一混合物，其中該第一氮化鋁復合物、該第二氮化鋁復合物和該第三氮化鋁復合物的總和于該混合物中的重量比值系實質介于73%至90%之間；該增塑劑于該混合物中的重量比值系實質介于3%至12%之間；該黏結劑于該混合物中的重量比值系實質介于5%至15%之間；使用具一預設網(wǎng)目數(shù)(Mesh)的一篩網(wǎng)過篩該混合物，而獲得通過該篩網(wǎng)的一顆?；旌衔铮渲性擃A設網(wǎng)目數(shù)系實質介于20目至120目之間；將該顆粒混合物壓模、射出或擠出成型成一散熱片生胚；以及在一燒結溫度持續(xù)燒結該散熱片生胚經(jīng)一預設時間，而獲得一散熱片。
2.如權利要求1所述的氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法，其中該預設時間系實質介于 1. 5小時至3小時之間，該燒結溫度系實質介于1750°C至1950°C之間。
3.如權利要求1所述的氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法，更包含 將該散熱片自然降溫或持續(xù)降溫至常溫。
4.如權利要求1所述的氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法，其中該燒結助劑為氧化釔、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋰、氧化鋁、氧化鈦、氧化釹、氧化釤、氧化鏑、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋰或氟化鈣以及其混合物所組成的一族群，該增塑劑為硅油、己二酸酯、苯二酸酯、石蠟或白臘油，該黏結劑為木質纖維素、乙烯纖維素、聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral)、聚乙烯、 聚丙烯、壓克力或樹脂。
5.一種氮化鋁陶瓷散熱片的制造方法，包含將具有一第一平均粒徑的一第一氮化鋁粉、具有一第二平均粒徑的一第二氮化鋁粉、 及具有一第三平均粒徑的一第三氮化鋁粉混合成一氮化鋁粉混合物，其中該第一平均粒徑系實質介于30微米至80微米之間，該第一氮化鋁粉于該氮化鋁粉混合物中的重量比值系實質介于50%至75%之間；該第二平均粒徑系實質介于10微米至四微米之間，該第二氮化鋁粉于該氮化鋁粉混合物中的重量比值系實質介于10%至30%之間；該第三平均粒徑系實質介于3微米至9微米之間，該第三氮化鋁粉于該氮化鋁粉混合物中的重量比值系實質介于10%至20%之間；添加一燒結助劑至該氮化鋁粉混合物中而獲得一第一混合物，其中該燒結助劑于該第一混合物中的重量比值系實質介于3%至9%之間；將該第一混合物、一增塑劑和一黏結劑混合在一起攪拌而獲得一第二混合物，其中該第一混合物于該第二混合物中的重量比值系實質介于73%至90%之間；該增塑劑于該第二混合物中的重量比值系實質介于3%至12%之間；該黏結劑于該第二混合物中的重量比值系實質介于5%至15%之間；使用具一預設網(wǎng)目數(shù)的一篩網(wǎng)過篩該第二混合物，而獲得通過該篩網(wǎng)的一顆?；旌衔铮渲性擃A設網(wǎng)目數(shù)系實質介于20目至100目之間；將該顆?；旌衔飰耗！⑸涑龌驍D出成型成一散熱片生胚；以及在一燒結溫度持續(xù)燒結該散熱片生胚經(jīng)一預設時間，而獲得一散熱片。
6.如權利要求5所述的散熱片的制造方法，包含將該散熱片自然降溫或持續(xù)降溫至常溫。
7.如權利要求5所述的散熱片的制造方法，其中該預設時間系實質介于1.5小時至3 小時之間，該燒結溫度系實質介于1750°C至1950°C之間。
8.如權利要求5所述的散熱片的制造方法，其中該燒結助劑為氧化釔、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋰、氧化鋁、氧化鈦、氧化釹、氧化釤、氧化鏑、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋰或氟化鈣以及其混合物所組成的一族群，該增塑劑為硅油、己二酸酯或苯二酸酯，該黏結劑為木質纖維素、乙烯纖維素、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯、聚丙烯、壓克力或樹脂。
9.一種如權利要求1或5的散熱片的制造方法制得的散熱片，其中該散熱片的比重系實質介于1.4至2. 2之間。
10.如權利要求9所述的散熱片，其中該散熱片的形狀為鰭片型或平板。
11.如權利要求9所述的散熱片，其中該散熱片的形狀為鰭片型，其鰭部的幾何形狀為角柱體或圓柱體。
12.如權利要求9所述的散熱片，其中該散熱片的平均厚度系實質介于1毫米(mm)至 2公分之間。
全文摘要
一種氮化鋁陶瓷散熱片與其制造方法。本制造方法主要是使用粒徑較大的氮化鋁粉或氮化鋁復合物來制作散熱片，藉以制造出高厚度且低收縮率的氮化鋁陶瓷散熱片。依據(jù)本制造方法所制得的散熱片的比重系實質介于1.4至2.2之間，其形狀可為例如鰭型或平板，平均厚度系實質介于1毫米至2公分之間。
文檔編號C04B35/581GK102344286SQ20101024498
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2010年7月27日
發(fā)明者賴振興, 陳芳南 申請人:臺鹽實業(yè)股份有限公司