專(zhuān)利名稱(chēng)：散熱片的制造方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種散熱片的制造方法及其結(jié)構(gòu)，尤指一種將遠(yuǎn)紅外 線(xiàn)粉體披覆于基板上以形成具有熱輻射功能的散熱片的制造方法及其結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
冷卻電子組件或?qū)⑵溥\(yùn)作產(chǎn)生的熱量的移除始終為電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 一大障礙，為了解決散熱問(wèn)題，各種不同用途與形式的散熱片也隨之開(kāi) 發(fā)。因應(yīng)高效能的要求、整合度的提高以及多功能的應(yīng)用，對(duì)于散熱的 要求也面臨極大挑戰(zhàn)。故對(duì)于熱量移轉(zhuǎn)效率的研發(fā)就成為電子工業(yè)的主 要課題。
散熱片普遍被使用在將組件或系統(tǒng)的熱量散逸在大氣之中；而通常 可以用熱阻較低的條件說(shuō)明該散熱片具有較高的散熱效率。 一般來(lái)說(shuō)， 熱阻是由散熱片內(nèi)部的擴(kuò)散熱阻以及該散熱片表面與大氣環(huán)境之間的對(duì) 流熱阻所構(gòu)成；在應(yīng)用上，高傳導(dǎo)性的材料如銅、鋁等常被用以制作散 熱片以降低擴(kuò)散熱阻；然而，對(duì)流熱阻則限制了散熱片的效能，使其無(wú) 法達(dá)成新一代電子組件的散熱要求。據(jù)此，目前市場(chǎng)均著眼于更有效率 的散熱機(jī)制。
傳統(tǒng)上是利用壓鑄成型、擠型、鍛造或機(jī)械加工的方式將單一材料 制作成散熱片結(jié)構(gòu)。在外型上，必須提高散熱片的表面積以利散熱的效 果，且結(jié)構(gòu)之間的空隙可以引進(jìn)空氣對(duì)流而提高散熱效率，故散熱片結(jié)構(gòu)常利用直立設(shè)置于基座上的鰭片結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可大幅提高散熱片的表 面積，更可以利用相鄰鰭片之間的空氣進(jìn)行熱對(duì)流。另一方面，散熱片 常選用鋁或銅等材料，以高傳導(dǎo)性的熱傳導(dǎo)方式將熱量有效率地導(dǎo)出于 系統(tǒng)之外。
而在復(fù)合材料應(yīng)用的思維之下，常使用多種材料的組合以提高散熱 片的工作效率，例如將銅、鋁材料接合以同時(shí)應(yīng)用銅的高傳導(dǎo)性及鋁的 低密度特性來(lái)達(dá)成效率高且質(zhì)輕的散熱片，然而上述方法卻必須解決不 同材料之間的接口熱阻的問(wèn)題。
另外，也有習(xí)知的散熱結(jié)構(gòu)是利用有機(jī)黏結(jié)劑黏結(jié)遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料于 金屬散熱片上，但因?yàn)橛袡C(jī)黏結(jié)劑本身的熱阻大，導(dǎo)致熱傳途徑的熱阻 增加，故散熱效果并不會(huì)有明顯的增加。
緣是，本發(fā)明人有感上述缺失的可改善，提出一種設(shè)計(jì)合理且有效 改善上述缺失的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種散熱片的制造方法，該方法是應(yīng) 用一熱噴涂制程將遠(yuǎn)紅外線(xiàn)粉體披覆于基板的表面，以形成一散熱層。
為了達(dá)成上述的目的，本發(fā)明提供一種散熱片的制造方法，其步驟 如下步驟一制備一遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的粉體；步驟二將該粉體進(jìn)行表 面改質(zhì)；以及步驟三以熱噴涂方式披覆該粉體于一基板的表面，以在 該基板表面上形成一散熱層。
本發(fā)明還提供一種依上述制造方法所制得的散熱片的結(jié)構(gòu)，其包括: 一基板及一披覆于該基板上的散熱層，該散熱片結(jié)構(gòu)用以設(shè)置于一熱源上，該基板用于將該熱源產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至該散熱層，該散熱層用于將 由該基板所傳導(dǎo)的熱量轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅外線(xiàn)且向外輻射。
本發(fā)明具有以下有益的效果本發(fā)明提出的制造方法，使用熱噴涂 方式將具有遠(yuǎn)紅外線(xiàn)功能的粉體披覆于基板上，以形成一薄且均勻的散 熱層，故本制造方式所制作的散熱結(jié)構(gòu)可利用上述的散熱層將電子組件 等所產(chǎn)生的熱量以遠(yuǎn)紅外線(xiàn)輻射的方式向外散溢，以提供一較佳的散熱 效果。
為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本 發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái) 對(duì)本發(fā)明加以限制。


圖1為本發(fā)明的散熱片的制造方法的流程圖。 圖2為本發(fā)明的散熱片的示意圖。
圖3為本發(fā)明的散熱片應(yīng)用于一熱源且將熱量向外輻射的示意圖。
主要組件符號(hào)說(shuō)明
1 散熱片
11 基板 12 散熱層
2 熱源
H 預(yù)定厚度
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明提供一種散熱片的制造方法，該制造方法
6可將遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料直接披覆結(jié)合(或稱(chēng)披鍍)于一基板ll的表面而形成 一散熱層12，且該基板11與該散熱層12則建構(gòu)成一高散熱效率的散熱 片l，其制造方法包括如下步驟
步驟(一)以遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料為基礎(chǔ)，并制備上述遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的粉 體單元。 一般來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料常選自礦石，且化學(xué)組成復(fù)雜不易控 制，大部分含有放射性稀土族元素或重金屬，稀土族元素可剌激材料的 遠(yuǎn)紅外線(xiàn)釋放；具遠(yuǎn)紅外線(xiàn)功能無(wú)機(jī)物很多，粉體顏色不一定，除電氣 石、火山巖或?qū)⒚献谥瘛⒁瑲そ?jīng)攝氏100(TC以上高溫，也具遠(yuǎn)紅外線(xiàn)功 能。故本發(fā)明中必須先針對(duì)遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料進(jìn)行相關(guān)分析及實(shí)驗(yàn)，例如， 本發(fā)明先就各種遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料進(jìn)行成分分析及晶相觀察，并藉由上述分 析結(jié)果，制備遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的粉體，而該粉體具有一預(yù)定紅外線(xiàn)放射率， 該預(yù)定的紅外線(xiàn)放射率會(huì)等同于所選擇的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的紅外線(xiàn)放射 率。在本具體實(shí)施例中，該粉體是由具有遠(yuǎn)紅外線(xiàn)放射能力的陶瓷材料
所制成，例如該陶瓷材料為黏土混合而成，它由重量百分比10至15的 黏土、重量百分比10至20的千枚巖、重量百分比40至50的電氣石、 重量百分比5至10的鉀長(zhǎng)石、重量百分比5至10的鈉長(zhǎng)石、重量百分 比5至10的釩鈦礦石、重量百分比5至10的氧化銅以及重量百分比10 的DK2001有機(jī)物所組成，經(jīng)過(guò)粉碎、過(guò)篩、混合、攪拌、造粒、烘干、 燒結(jié)、粉碎，調(diào)和而成，但上述組成比例僅為舉例之用，并非用以限制 本發(fā)明。上述組成成分所形成的粉體，即可用以披覆且結(jié)合于該基板11 的表面上；該基板ll最佳為一金屬材料所制成的板狀工件，其對(duì)熱具有 良好的傳導(dǎo)性，能有效的將熱導(dǎo)出于系統(tǒng)之外。
步驟(二)將該粉體進(jìn)行表面改質(zhì)的步驟。本步驟又稱(chēng)表面處理或 表面加工，其目的在于更進(jìn)一歩的調(diào)整該粉體表面的物理或化學(xué)特性。
7由于本發(fā)明在于將上述的具有遠(yuǎn)紅外線(xiàn)放射能力的粉體披覆成型于該基 板11上，故必須針對(duì)該些粉體進(jìn)行表面改質(zhì)的作業(yè)，以調(diào)整該粉體的粒 徑、外觀的參數(shù)以使其更容易地披覆于該基板11且具有較佳的結(jié)合力； 另一方面，藉由此一改質(zhì)步驟，可同時(shí)調(diào)整該粉體的晶相，例如利用一
熱處理過(guò)程，使粉體晶相形成最利于后續(xù)制程，或使該散熱層12具有更
高的散熱效率的功效。再者，此一表面改質(zhì)步驟更可包括一披覆制程， 以在該粉體的表面披覆一殼層(圖未示)，該殼層可以提供該粉體較佳的 流動(dòng)特性(亦稱(chēng)潤(rùn)滑性)，進(jìn)而提高后續(xù)披覆步驟的進(jìn)行，舉例來(lái)說(shuō)，可 利用電鍍、無(wú)電鍍或化成處理等方式披覆一熔點(diǎn)較低的殼層，該低熔點(diǎn) 的殼層可以在以下的披覆過(guò)程中較該粉體為先熔化，并形成一流體充填 于粉體之間的空隙，而藉由此一粉體流動(dòng)性的增加，即可強(qiáng)化該散熱層
12的特性。
步驟(三)披覆該粉體于一基板ll的表面，以在該基板ll表面上
形成一散熱層12。本發(fā)明是利用熱噴涂(thermal spmy，亦稱(chēng)熱熔噴或熱 熔射)的技術(shù)將該些粉體披覆于該基板11上，并于該基板11上成型一 散熱層12。該熱噴涂制程進(jìn)行粉體披覆于該基板11上，可使披覆層具有 一均勻的厚度，且該披覆層(散熱層12)保有的紅外線(xiàn)放射率相同于該 粉體的該預(yù)定紅外線(xiàn)放射率；另外，利用上述的熱噴涂制程可使該散熱 層12與基板11之間具有良好的附著性，使散熱效果更佳。
熱噴涂技術(shù)是藉由加熱源的加熱，將欲披覆的材料加熱熔融后，而 該披覆材料可以為線(xiàn)材、棒材或粉末的形式，再藉由氣體的推力將熔融 或半熔融材料噴涂至加工件表面形成披覆層的技術(shù)。在本發(fā)明的實(shí)施例 中，可利用火焰燃燒，如火焰熔射(Fkmespray)、高速火焰熔射(High velocity oxy-fUel， HVOF)等方式或電能提供的方式，如電漿熔射(Plasmaspmy)、電弧熔射(Arc spray)等制程，將步驟一的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的粉體 加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，再以高壓氣流霧化并輸送上述熔融態(tài)或半熔 融顆粒于該基板ll的表面，熔融態(tài)或半熔融顆粒的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)粉體經(jīng)由高 壓氣流撞擊該基板ll表面，以形成扁平的顆粒，而該些扁平的遠(yuǎn)紅外線(xiàn) 顆粒則經(jīng)一層一層的堆棧，再經(jīng)由冷卻步驟形成一熱噴涂成型的散熱層 12。值得注意的是，遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料雖能吸收熱能轉(zhuǎn)換成更易輻射的遠(yuǎn)紅 外線(xiàn)，以輻射方式達(dá)到加強(qiáng)散熱的作用，但該散熱層12的熱傳導(dǎo)率比金 屬基板11為低，使該基板11的厚度必須在一定范圍內(nèi)，膜厚過(guò)厚造成 固態(tài)結(jié)構(gòu)(即整體散熱片l)的熱傳導(dǎo)降低，雖然增加熱的輻射效果，但 整體的散熱能力未必有所提升。遠(yuǎn)紅外線(xiàn)本質(zhì)為光線(xiàn)，只要披覆薄薄一 層即可得到輻射效果，因此散熱鰭片上的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)披覆應(yīng)盡可能薄化， 但遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的輻射作用的機(jī)制來(lái)自于結(jié)晶結(jié)構(gòu)，太薄的披覆膜層不 易得到良好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，造成遠(yuǎn)紅外線(xiàn)放射率降低，因此遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料 的散熱層12也有一下限厚度。在本實(shí)施例中，該散熱層12具有一均勻 的預(yù)定厚度H，該預(yù)定厚度H小于100pm，以避免太厚的披覆層造成熱 傳導(dǎo)效率的降低，且在該厚度條件下，結(jié)晶結(jié)構(gòu)可達(dá)良好的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)輻 射效果。
而在本熱噴涂步驟之前，最佳地包括一前處理程序，其主要針對(duì)該 基板11的表面進(jìn)行一清潔動(dòng)作及一表面粗化的步驟。該前處理制程可以 清潔該基板11的表面并且提高基板11的表面與該熔融態(tài)或半熔融顆粒 的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)粉體的接觸面積，進(jìn)而提高該散熱層12的熱噴涂施工質(zhì)量。 該清潔步驟在于去除該基板11表面的水分、氧化膜或其它油脂、污垢等， 利用除脂溶劑去除非溶性的油污、油脂，及一些黏附的污垢或碎屑等， 而除脂溶劑所產(chǎn)生的洗滌作用可以清除上述雜質(zhì)并大幅提高披覆膜與被披覆工件的結(jié)合力；另外，為了達(dá)成該披覆膜與被披覆工件之間的物理 結(jié)合，必須提高該基板11表面的粗度，亦即提高基板11表面的表面積 與表面的不規(guī)則形狀，使上述的該熔融態(tài)或半熔融顆粒的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)粉體 隨著氣流撞擊至該基板ll表面時(shí)，可藉由較高粗度的表面(凹凸不平的
表面特征)而得到較佳的咬合性，同時(shí)提高該基板11表面與該散熱層12
的鍵合強(qiáng)度。
再者，該熱噴涂制程的條件主要為壓力和溫度，且可根據(jù)不同熔融 溫度的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)粉體調(diào)整熱噴涂制程的參數(shù)，例如改變不同的送粉角度
調(diào)整該粉體進(jìn)入不同火焰溫度的區(qū)域；亦或是調(diào)整電流或是氣體的組合， 如氦氣、氬氣的流量比例，以提供不同熔點(diǎn)特性的粉體較佳的熔融效果 及熱噴涂效果。
而在上述的步驟之后，該基板11與該散熱層12則建構(gòu)成一高散熱 效率的散熱片1，可針對(duì)該散熱片1的散熱功能進(jìn)行測(cè)試，例如在一固定 熱源的條件下，針對(duì)該散熱片1與傳統(tǒng)散熱鰭片進(jìn)行一功能測(cè)試；另一 方面也可針對(duì)該散熱層12的晶相、膜厚、遠(yuǎn)紅外線(xiàn)放射率及與該基板11 的黏結(jié)強(qiáng)度做一全面性的測(cè)試，以確保該散熱片1的功能與應(yīng)用。
另一方面，本發(fā)明的制造方法也可應(yīng)用于一連續(xù)的熱噴涂制程，以 將上述的具有遠(yuǎn)紅外線(xiàn)放射的粉體連續(xù)披覆于該基板11上以形成具有遠(yuǎn) 紅外線(xiàn)功能的散熱層12的散熱片1。由于熱噴涂的制程可以導(dǎo)入冷卻空 氣，故制程溫度可以有效降低，同時(shí)熱噴涂施工方式對(duì)于工件表面尺寸 形狀的限制較小，且熱噴涂的膜層堆積速度快、散熱層12的厚度均勻， 故非常適合以自動(dòng)化的方式進(jìn)行連續(xù)性的熱噴涂作業(yè)。
本發(fā)明從上述步驟后，則可以得到一散熱片l，該散熱片l包括一 基板11及一藉由熱噴涂制程披覆于該基板11表面的散熱層12，該散熱層12是由具有遠(yuǎn)紅外線(xiàn)放射的粉體所形成，且該散熱層12同樣具有遠(yuǎn) 紅外線(xiàn)放射功能。請(qǐng)參考圖3，故當(dāng)該散熱片1應(yīng)用于一發(fā)熱單元(如圖
3所示的熱源2)的散熱手段時(shí)，該發(fā)熱單元如一電子組件的熱量藉由傳 導(dǎo)性佳的該基板11向外移除，而該散熱層12為一種能量轉(zhuǎn)換的載體， 由該基板11所傳導(dǎo)的熱量通過(guò)該散熱層12所形成的具遠(yuǎn)紅外線(xiàn)放射功
能的晶體結(jié)構(gòu)而形成的電子躍遷，從而轉(zhuǎn)換為一種輻射性質(zhì)的能量形式 遠(yuǎn)紅外線(xiàn)電磁輻射以向外散射(如圖3中的箭頭所示)，其發(fā)射波長(zhǎng)為 2 18pm，其發(fā)射率達(dá)93%;亦即該散熱層12可將熱能轉(zhuǎn)換成不被金屬 材料吸收的電磁輻射以光量子的形式而向外溢散，達(dá)到快速散熱的功效， 進(jìn)而提高對(duì)電子組件或其它發(fā)熱單元的降溫效果，進(jìn)而提高組件的壽命。
綜上所述，本發(fā)明具有下列諸項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)
1、 具有較佳的散熱作用，由于遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料將紅外線(xiàn)轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)紅外 線(xiàn)，遠(yuǎn)紅外線(xiàn)的長(zhǎng)波長(zhǎng)可輻射比紅外線(xiàn)更遠(yuǎn)的距離，具有幫助熱能向空 間中輻射的功能。高效率的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料吸收紅外線(xiàn)，轉(zhuǎn)換成更易輻射 的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)，達(dá)成熱量散逸的效果。故本發(fā)明的散熱片1即應(yīng)用上述的 遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料具有向外輻射能量的功能，將熱量由基板11導(dǎo)入該具有遠(yuǎn)
紅外線(xiàn)放射功能的散熱層12，以有效率的輻射方式配合高傳導(dǎo)性的金屬
基板ll將熱量由發(fā)熱源向外散溢、導(dǎo)出。
2、 另一方面，本方法利用熱噴涂制程將遠(yuǎn)紅外線(xiàn)粉體披覆于該基板 11的表面以形成上述的散熱層12，使用熱噴涂制程可以得到薄且均勻的 披覆層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使整體散熱效果更具有一致性。本發(fā)明直接熔接遠(yuǎn)紅 外線(xiàn)材料于該基板11表面，上述的熱噴涂方式為一形成熱阻最小的制程 方式，加上厚度與結(jié)晶程度的控制，可獲得明顯改善散熱的效果，亦即 使用熱噴涂制程將遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料直接披覆于基板ll的表面，以遠(yuǎn)紅外線(xiàn)
ii材料的能量轉(zhuǎn)換功能提高熱輻射效應(yīng)，減少基板11與空氣間的等效熱阻， 形成高散熱率的散熱片結(jié)構(gòu)。
但以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，非意欲局限本發(fā)明的專(zhuān)利保 護(hù)范圍，故舉凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及圖式內(nèi)容所為的等效變化，均同理 皆包含于本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)，合予陳明。
1權(quán)利要求
1、一種散熱片的制造方法，其特征在于，包括下列步驟步驟一制備一遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的粉體；步驟二將該粉體進(jìn)行表面改質(zhì)；以及步驟三以熱噴涂方式披覆該粉體于一基板的表面，以在該基板表面上形成一散熱層。
2、 如權(quán)利要求1所述的散熱片的制造方法，其特征在于在步驟一 中，該粉體具有一預(yù)定紅外線(xiàn)放射率。
3、 如權(quán)利要求2所述的散熱片的制造方法，其特征在于該粉體是 由具有遠(yuǎn)紅外線(xiàn)放射能力的陶瓷材料所制成。
4、 如權(quán)利要求3所述的散熱片的制造方法，其特征在于該陶瓷材 料包含黏土、千枚巖及電氣石。
5、 如權(quán)利要求4所述的散熱片的制造方法，其特征在于該陶瓷材 料更進(jìn)一步包括鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、釩鈦礦石及氧化銅。
6、 如權(quán)利要求3所述的散熱片的制造方法，其特征在于步驟二是 調(diào)整該粉體的粒徑、晶相或外觀，且提高該粉體的流動(dòng)性。
7、 如權(quán)利要求6所述的散熱片的制造方法，其特征在于在步驟三 中是直接將該粉體以熱噴涂方式結(jié)合于該基板的表面。
8、 如權(quán)利要求7所述的散熱片的制造方法，其特征在于該散熱層 的紅外線(xiàn)放射率相同于該粉體的該預(yù)定紅外線(xiàn)放射率。
9、 如權(quán)利要求8所述的散熱片的制造方法，其特征在于該散熱層 具有一預(yù)定厚度，該預(yù)定厚度為小于100pm。
10、 一種如權(quán)利要求1所述的散熱片的制造方法所制造的散熱片結(jié) 構(gòu)，其特征在于，包括一基板及一披覆于該基板上的散熱層，該散熱片結(jié)構(gòu)用以設(shè)置于一熱源上，該基板用于將該熱源產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至該散熱層，該散熱層用于將由該基板所傳導(dǎo)的熱量轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅外線(xiàn)且向外輻射。
全文摘要
一種散熱片的制造方法，其步驟如下步驟一制備一遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的粉體；步驟二將該粉體進(jìn)行表面改質(zhì)；以及步驟三以熱噴涂方式披覆該粉體于一基板的表面，以在該基板表面上形成一散熱層。藉此，使用熱噴涂制程將遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料直接披覆于基板的表面，以遠(yuǎn)紅外線(xiàn)材料的熱輻射效應(yīng)進(jìn)行散熱，并減少基板與空氣間的等效熱阻，形成高散熱率的散熱片結(jié)構(gòu)。本發(fā)明更進(jìn)一步提出一種散熱片的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)F28F3/00GK101660882SQ20081013553
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者闕山騰 申請(qǐng)人:闕山騰