專利名稱：一種散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法，屬于一種散熱技術(shù)及結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。更詳而
言之，系有關(guān)一種應(yīng)用于電子裝置內(nèi)部之熱能產(chǎn)生處，以迅速吸收熱能及釋放熱能之散熱 結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
電子裝置的構(gòu)件中具有很多會(huì)產(chǎn)生高溫高熱之構(gòu)件，包括如中央處理器、雷射二 極管、發(fā)光二極管、微波發(fā)生源等，并隨著計(jì)算機(jī)效能的提升，所述等構(gòu)件之功率將越來(lái)越 高，而其線路也將越來(lái)越密集，使所述些構(gòu)件所產(chǎn)生的熱量越來(lái)越高，且熱量越來(lái)越難以排 除，以致所述些構(gòu)件的溫度逐漸超過(guò)容許的上限，而有燒毀之慮。 以中央處理器為例，目前一般的中央處理器還勉強(qiáng)可以用銅制的散熱片排除多余 的熱能，但更高功率的中央處理器，其熱能將更大且會(huì)在瞬間產(chǎn)生，若仍以銅片散熱則密集 的線路將很容易被損毀。 現(xiàn)今常用的散熱結(jié)構(gòu)系利用熱管或平板型熱管進(jìn)行散熱，其結(jié)構(gòu)系于所述熱管內(nèi) 部設(shè)有銅網(wǎng)格，使其具有多孔性結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部具有蒸發(fā)部，所述蒸發(fā)部系位于熱能集中處 (即中央處理器)的上方，其工作原理和虹吸式熱管原理相同，所不同的是工作流體返回蒸 發(fā)部的方式。在蒸發(fā)部所需要之欲被蒸發(fā)的工作流體，完全靠多孔性結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力，此毛細(xì) 壓力能將冷凝之液體朝向蒸發(fā)部推送，使工作流體再次蒸發(fā)，如此不斷地循環(huán)，可使熱管不 斷地工作，進(jìn)而達(dá)到散熱之功效。 由于傳統(tǒng)之熱管或平板式熱管也是利用銅所制成之銅網(wǎng)格作成多孔性結(jié)構(gòu)，雖然 銅本身之散熱效率已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，但隨著中央處理器功率的提升，漸漸地，銅網(wǎng)格或其類似 之銅溝槽、銅粉燒結(jié)等結(jié)構(gòu)，已無(wú)法負(fù)荷高功率之中央處理器所產(chǎn)生之熱能。因此，近來(lái)有 高導(dǎo)熱復(fù)合材料之散熱結(jié)構(gòu)的問(wèn)世，通常所述高導(dǎo)熱復(fù)合材料必須具備高熱傳導(dǎo)率、低密 度及低膨脹系數(shù)等特性，以使電子裝置中之熱能能盡快排除，并能迅速將瞬間所產(chǎn)生之高 溫傳導(dǎo)出去，才能真正有效達(dá)到散熱之目的。符合上述特性的以鉆石復(fù)合材料最為常見，由 于鉆石復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)性遠(yuǎn)高于純銅及其它材料，且其密度與熱膨脹系數(shù)又低于鋁、銅 等，所以是極佳的散熱材料。 請(qǐng)參閱圖1A及圖1B，系為中國(guó)臺(tái)灣第093117360號(hào)發(fā)明專利申請(qǐng)案之熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu) 之示意圖，其系使用工業(yè)用鉆石作為所述熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)之主要基材，如圖1A及圖1B所示，所 述熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)10之實(shí)施方式，系于一圓筒狀的容器11內(nèi)堆棧放置復(fù)數(shù)鉆石顆粒12，然后再 放置無(wú)氧高傳導(dǎo)性銅13于所述復(fù)數(shù)鉆石顆粒12的最上方，再透過(guò)高溫高壓的作業(yè)環(huán)境，例 如以2000噸的壓力加壓于所述無(wú)氧高傳導(dǎo)性銅13的上方，并通以電流提供加熱，使溫度高 達(dá)115(TC以上，所述無(wú)氧高傳導(dǎo)性銅13會(huì)因高溫而融化，并滲透到復(fù)數(shù)鉆石顆粒12之間， 再經(jīng)加壓使無(wú)氧高傳導(dǎo)性銅13與鉆石顆粒12結(jié)合成一體，再者，可另外再加入少許的金屬 粉末，例如鋯、銀等，以提升滲透能力或熱傳導(dǎo)性，俾形成一圓柱狀之熱傳導(dǎo)塊。
所述熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)10系利用鉆石與銅結(jié)合成一體而可形成具有良好熱傳導(dǎo)性之結(jié)構(gòu)，因鉆石的熱傳導(dǎo)性高達(dá)2300W/m K，相當(dāng)于銅的六倍，更遠(yuǎn)大于其它金屬，所以是極佳 的熱傳導(dǎo)材料。 上述已知技術(shù)中，所述熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)10雖以具有良好的熱傳導(dǎo)特性，但其制作過(guò)程 需要在高溫高壓之環(huán)境中進(jìn)行，將造成制作成本的大幅增加，并且溫度及壓力控制不易，當(dāng) 溫度過(guò)高及壓力過(guò)大時(shí)，皆會(huì)有損害鉆石顆粒12之慮，所以控制溫度及壓力不僅具有成本 增加之問(wèn)題，同時(shí)也存在有工藝?yán)щy之問(wèn)題。再者，所述熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)io系加壓形成塊狀實(shí) 心之結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部并無(wú)空隙，因此，在流體流通的環(huán)境中，所述熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)io將無(wú)法作成流 體散熱結(jié)構(gòu)，進(jìn)而無(wú)法達(dá)到預(yù)期之散熱功效。 因此，如何提供一種散熱方法及結(jié)構(gòu)，具有良好散熱效果、結(jié)構(gòu)單純、易于制作以 及有效降低成本之設(shè)計(jì)，以改善前述已知技術(shù)之缺失，實(shí)為本產(chǎn)業(yè)亟需待解決之問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的不足，鑒于以上所述已知技術(shù)之問(wèn)題，本發(fā)明提供一種
散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 本發(fā)明之一目的系在提供一種散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法，以具有良好之散熱效果。 本發(fā)明之另一目的系在提供一種易于制作之散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法。 本發(fā)明之再一 目的系在提供一種降低成本之散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法。 本發(fā)明之又一目的系在提供一種結(jié)構(gòu)單純之散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法。 為達(dá)成上述目的及其它目的，本發(fā)明系提供一種散熱結(jié)構(gòu)，系至少包括碳質(zhì)復(fù)合
料層，所述碳質(zhì)復(fù)合料層系由復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)所構(gòu)成，其中，所述碳質(zhì)顆
粒為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的體積混合比例中，所述金屬顆粒占
有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)
顆粒的直徑大小具有預(yù)定比例。 為達(dá)成上述目的及其它目的，本發(fā)明系又提供一種散熱結(jié)構(gòu)，系至少包括金屬制 基體以及碳質(zhì)復(fù)合料層，碳質(zhì)復(fù)合料層，系形成于所述金屬制基體上，其系由復(fù)數(shù)金屬顆粒 及碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)所構(gòu)成之多孔性結(jié)構(gòu)，其中，所述碳質(zhì)顆粒為不規(guī)則形狀，并在所述金 屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的體積混合比例中，所述金屬顆粒占有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆 粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小具有預(yù)定比 例。 于一較佳實(shí)施例中，所述散熱結(jié)構(gòu)，系至少包括金屬制基體以及碳質(zhì)復(fù)合料層，所 述金屬制基體具有一腔室，所述碳質(zhì)復(fù)合料層，系由復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)復(fù) 合所構(gòu)成，所述碳質(zhì)復(fù)合料層系形成于所述金屬制基體之腔室的內(nèi)壁面，其中，所述碳質(zhì)顆 粒為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的體積混合比例中，所述金屬顆粒占 有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì) 顆粒的直徑大小具有預(yù)定比例。 本發(fā)明亦提供一種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，系至少包括如下步驟提供金屬制基體、 金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒；將所述復(fù)數(shù)金屬顆粒及所述碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)成碳質(zhì)復(fù)合料層；以 及利用燒結(jié)構(gòu)之方式將碳質(zhì)復(fù)合料層結(jié)合于所述金屬制基體上，其中，所述碳質(zhì)顆粒為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的體積混合比例中，所述金屬顆粒占有的體 積比例大于所述碳質(zhì)顆粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的 直徑大小具有預(yù)定比例。 前述散熱結(jié)構(gòu)中，所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆粒的體積混合比例為1 : 4至
i : 8，較佳體積混合比例為i : e，且所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小 所具有的預(yù)定比例為i : 1±15%，較佳的預(yù)定比例為i : i±io%。所述碳質(zhì)復(fù)合料層內(nèi) 系具有多孔性結(jié)構(gòu)。于一實(shí)施例中，所述碳質(zhì)顆粒系選自鉆石及石墨所組成群組之其中一 者，所述金屬顆粒系選自銅、鋁、銀及鎳所組成群組之其中一者。并且，所述碳質(zhì)顆粒大小范
圍系為liim-2mm，較佳范圍系為50 y m_180 y m，更佳范圍系為90 y m-110 y m。
本發(fā)明的有益效果 相較于已知技術(shù)，本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法，系透過(guò)燒結(jié)構(gòu)之方式，使復(fù)數(shù) 金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互結(jié)合而形成碳質(zhì)復(fù)合料層，藉由碳質(zhì)顆粒提升熱傳導(dǎo)效果及散熱 效果，且所述碳質(zhì)復(fù)合料層內(nèi)形成有多孔性結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于流體散熱機(jī)構(gòu)時(shí)，可藉由多孔性結(jié) 構(gòu)提供流體之毛細(xì)作用及流動(dòng)空間，以提升散熱效果，因此，已確實(shí)解決已知散熱效果不 彰、制作成本高昂、工藝控制不易及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。


圖1A、圖1B系為中國(guó)臺(tái)灣第093117360號(hào)發(fā)明專利申請(qǐng)案所揭示熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)之示 意圖； 圖2系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例之結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)第二實(shí)施例之結(jié)構(gòu)示意圖；
第4圖系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)第三實(shí)施例之示意圖；
圖5系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)之使用狀態(tài)參考圖；
圖6系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)之第四實(shí)施例之結(jié)構(gòu)是意圖；
圖7系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)之制造方法之流程圖；
圖8系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)之制造方法之結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9A及圖9B系為本發(fā)明散熱結(jié)構(gòu)之碳質(zhì)復(fù)合料層在光學(xué)顯微鏡放大倍率300X 時(shí)的結(jié)構(gòu)圖； 圖10系為CK-3鉆石與YK-J鉆石復(fù)合層的熱阻值曲線圖； 圖IIA及圖IIB系為本發(fā)明散熱結(jié)構(gòu)使用70-150網(wǎng)目的粗銅粉之碳質(zhì)復(fù)合料層 分別為在光學(xué)顯微鏡放大倍率50及300X時(shí)的結(jié)構(gòu)圖； 圖12A及圖12B系為本發(fā)明散熱結(jié)構(gòu)使用150-325網(wǎng)目的細(xì)銅粉之碳質(zhì)復(fù)合料層
分別為在光學(xué)顯微鏡放大倍率50及300X時(shí)的結(jié)構(gòu)圖； 第13圖系為使用四種不同材料的平板式熱管的熱阻值曲線圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明
熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)10 ;容器11 ;鉆石顆粒12 ;無(wú)氧高傳導(dǎo)性銅13 ;散熱結(jié)構(gòu)20 ;碳質(zhì)復(fù) 合料層21 ;碳質(zhì)顆粒211 ;金屬顆粒213 ;多孔性結(jié)構(gòu)214 ;金屬制基體22 ;腔室220 ;超導(dǎo)介
質(zhì)221 ;水蒸氣222 ;冷凝區(qū)223 ;液相流體224 ;散熱鰭片30 ;中央處理器40 ;步驟S10-S12。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
以下系藉由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明之實(shí)施方式，熟習(xí)此技藝之人士可由本 說(shuō)明書所揭示之內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明之其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可藉由其它不同的具 體實(shí)施例加以施行或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不悖離本 發(fā)明之精神下進(jìn)行各種修飾與變更。 以下參照?qǐng)D式說(shuō)明本發(fā)明之實(shí)施例，應(yīng)注意的是，本發(fā)明系應(yīng)用于具有發(fā)熱能之 構(gòu)件上方，例如電子裝置內(nèi)部之中央處理器的上方(或LED發(fā)熱源)，以迅速傳導(dǎo)熱能及釋 放熱能，進(jìn)而達(dá)到散熱之功效，其實(shí)際實(shí)施時(shí)之型態(tài)、數(shù)量及比例并非以圖示為限，可依實(shí) 際設(shè)計(jì)需要作變化，合先敘明。 請(qǐng)參閱圖2，系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例之示意圖。如圖2所示，本發(fā)明實(shí) 施例之散熱結(jié)構(gòu)20系包括一碳質(zhì)復(fù)合料層21，所述碳質(zhì)復(fù)合料層21由復(fù)數(shù)碳質(zhì)顆粒211 及金屬顆粒213相互燒結(jié)卡固所構(gòu)成。 承上述，所述碳質(zhì)顆粒211為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒213與所述碳質(zhì)顆粒 211的體積混合比例中，所述金屬顆粒213占有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆粒211占有的體 積比例，且所述金屬顆粒213的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒211的直徑大小具有預(yù)定比例，于 本實(shí)施例中，所述碳質(zhì)顆粒211與所述金屬顆粒213的體積混合比例為1 : 4至1 : 8，進(jìn) 一步地，較佳體積混合比例為1 : 6，且所述金屬顆粒213的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒211
的直徑大小所具有的預(yù)定比例為i : 1±15%，較佳的預(yù)定比例為i : i±io%。 在此需說(shuō)明的是，所述燒結(jié)成形之技術(shù)系為一般傳統(tǒng)粉末冶金工藝；或系為一種 結(jié)合傳統(tǒng)粉末冶金與塑料射出成形技術(shù)的工藝，此工藝主要是將碳質(zhì)顆粒211與高分子粘 結(jié)劑混合，使其在加熱后具有類似塑料材料的流動(dòng)性，而可藉由一般射出成型機(jī)制造出具 復(fù)雜形狀之零件，射出成形后的胚料經(jīng)過(guò)脫脂過(guò)程，以去除高分子粘結(jié)劑后，再經(jīng)燒結(jié)即可 得到高密度且具有優(yōu)異機(jī)械與物理性質(zhì)的燒結(jié)零件。由于所述碳質(zhì)顆粒211為不規(guī)則形 狀，即代表其外露的表面積較大，燒結(jié)后有較大的孔隙率，利于散熱，且不規(guī)則形狀利于與 所述金屬顆粒213相互燒結(jié)時(shí)，被所述金屬顆粒213卡住，此外，因金屬顆粒213與碳質(zhì)顆 粒211無(wú)法互熔結(jié)合，故當(dāng)所述碳質(zhì)顆粒211與所述金屬顆粒213的體積混合比例為1 : 4 至l : 8時(shí)，因?yàn)橛凶銐虻慕饘兕w粒213可以卡固碳質(zhì)顆粒211，所述金屬顆粒213與所述 碳質(zhì)顆粒211兩者始可燒結(jié)卡固成型，而當(dāng)所述碳質(zhì)顆粒211與所述金屬顆粒213的體積 混合比例為l : 6時(shí)，可使燒結(jié)后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，所述碳質(zhì)顆粒211掉落較少，且散熱效 果佳，再者，所述金屬顆粒213的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒211的直徑大小所具有的預(yù)定比 例為l : 1±15%，較佳的預(yù)定比例為1 : 1±10%，此舉是因?yàn)樘假|(zhì)顆粒211的比重與金 屬顆粒213的比重不同，表面積也不同，為了盡量避免偏析的現(xiàn)象產(chǎn)生，而使得所述金屬顆 粒213與所述碳質(zhì)顆粒211易于分離。 請(qǐng)參閱圖3，系為本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)第三實(shí)施例之示意圖，如圖3所示，所述散熱 結(jié)構(gòu)20系包括一金屬制基體22以及一碳質(zhì)復(fù)合料層21。所述金屬制基體22系選自高導(dǎo) 熱之金屬，例如銅、鋁及鎳。所述碳質(zhì)復(fù)合料層21由復(fù)數(shù)金屬顆粒213及復(fù)數(shù)碳質(zhì)顆粒 211相互燒結(jié)所構(gòu)成，各所述金屬顆粒213及碳質(zhì)顆粒211因燒結(jié)而表面邊緣融化，使彼此 之間相互結(jié)合，并因此使各所述金屬顆粒213與碳質(zhì)顆粒211之間具有多孔性結(jié)構(gòu)214。于本實(shí)施例中，所述碳質(zhì)顆粒211系為鉆石，所述金屬顆粒213系選自銅、鋁、銀及鎳所組成群 組之其中一者。在本實(shí)施例中，所述碳質(zhì)顆粒211主要系以工業(yè)鉆石為例進(jìn)行說(shuō)明，所述金 屬顆粒213系以銅為例進(jìn)行說(shuō)明。 由于工業(yè)鉆石之熱傳導(dǎo)性高達(dá)2300 (W/m. K)，銅之熱傳導(dǎo)性也有401 (W/m. K)，兩
者之熱傳導(dǎo)性皆遠(yuǎn)大于其它金屬，所以，使得本發(fā)明之高導(dǎo)熱復(fù)合材料散熱結(jié)構(gòu)具有良好 之熱傳導(dǎo)性；其中，所述碳質(zhì)顆粒211大小范圍系為lym-2mm，而又以50 y m_180 y m為較 佳范圍，進(jìn)一步地，所述碳質(zhì)顆粒211大小更佳范圍系為90iim-110iim。
請(qǐng)參閱圖4所示，系為本發(fā)明散熱結(jié)構(gòu)第三實(shí)施例之結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，本 發(fā)明第三實(shí)施例之散熱結(jié)構(gòu)20亦包括一金屬制基體22以及一碳質(zhì)復(fù)合料層21。與第一、 第二及第三實(shí)施例不同的是，所述碳質(zhì)復(fù)合料層21之復(fù)數(shù)碳質(zhì)顆粒211及金屬顆粒213所 燒結(jié)而成的碳質(zhì)復(fù)合料層21系單層形成于所述金屬制基體22上，當(dāng)然于其它實(shí)施例亦可 為雙層或多層排列于所述金屬制基體22上，并相互燒結(jié)所構(gòu)成，由于所述碳質(zhì)復(fù)合料層21 之碳質(zhì)顆粒211小，且碳質(zhì)顆粒211本身具有良好無(wú)方向限制的熱傳導(dǎo)性，而碳質(zhì)顆粒211 之表面積又大，因此，可有效提升散熱效率，并可取代已知散熱石墨片之功用，更能提升實(shí) 用性。 如圖5所示，系為本發(fā)明散熱結(jié)構(gòu)之使用狀態(tài)參考圖，如圖5所示本發(fā)明之散熱結(jié) 構(gòu)20于使用時(shí)，可于其上方進(jìn)一步設(shè)置散熱鰭片30，所述散熱鰭片30系貼覆于所述金屬制 基體22之上方，用以增進(jìn)散熱效果，當(dāng)然，于其它實(shí)施例中，亦可用冷凝器或其它等效裝置 取代所述散熱鰭片30。值得注意的是，所述金屬制基體22系置放于所述熱能產(chǎn)生處的上 方，所述熱能產(chǎn)生處可為電子裝置內(nèi)之中央處理器40或其它會(huì)產(chǎn)生熱能之組件上方，在本 實(shí)施例中，系以中央處理器40為例進(jìn)行說(shuō)明，由于所述中央處理器40于運(yùn)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高 的溫度，即產(chǎn)生大量熱能，因此，將本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)20直接設(shè)置于所述中央處理器40的 上方，即可產(chǎn)生良好的散熱效果。 本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)20于使用時(shí)，系在金屬制基體22制作成具有真空封閉之腔室 220，于所述腔室220內(nèi)填充有超導(dǎo)介質(zhì)221，所述超導(dǎo)介質(zhì)221通常系例如為純水或酒精， 所述中央處理器產(chǎn)生40之熱能系通過(guò)金屬制基體22，并藉由所述碳質(zhì)復(fù)合料層21的迅速 吸收并傳遞到超導(dǎo)介質(zhì)221，所述超導(dǎo)介質(zhì)221因液相氣化的現(xiàn)象，即產(chǎn)生高溫之水蒸氣 222，所述高溫之水蒸氣222并充滿于整個(gè)腔室220，當(dāng)所述高溫之水蒸氣222接觸到比較冷 的冷凝區(qū)223時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)的現(xiàn)象，藉由凝結(jié)的現(xiàn)象將熱能透過(guò)碳質(zhì)復(fù)合料層21傳遞 至金屬制基體22及散熱鰭片30并朝向外界釋放，而凝結(jié)后的液相流體224，則透過(guò)碳質(zhì)復(fù) 合料層21之多孔性結(jié)構(gòu)214的毛細(xì)作用而流回到底部(即熱能產(chǎn)生處的上方)，如此周而 復(fù)始的循環(huán)運(yùn)作及可達(dá)成迅速且良好之散熱效果。 請(qǐng)參閱圖6，系為本發(fā)明第4實(shí)施例之結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，本發(fā)明之散熱結(jié) 構(gòu)20之金屬制基體22系為圓筒體，其內(nèi)部具有一圓筒形之腔室220，所述復(fù)數(shù)碳質(zhì)復(fù)合料 層21系置放于所述腔室220內(nèi)，再燒結(jié)成一具有多孔性結(jié)構(gòu)214之散熱結(jié)構(gòu)20。并且，所 述碳質(zhì)復(fù)合料層21系以復(fù)數(shù)碳質(zhì)顆粒211及金屬顆粒213所構(gòu)成。藉此，即可得多孔性的 碳質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，若加以流體(水或空氣)流動(dòng)，亦可提升散熱效果。值得注意的是金屬制基 體21的形狀除了為圓筒形外，亦可為視需求而制作方形或其它任意形狀之金屬制基體22。
請(qǐng)參閱圖7及圖8所示，系為本發(fā)明散熱結(jié)構(gòu)之制造方法之流程圖及結(jié)構(gòu)示意圖，系包括如下步驟。 于步驟S10中，提供金屬制基體22、復(fù)數(shù)金屬顆粒213及碳質(zhì)顆粒211。接著進(jìn)至 步驟Sll。 于步驟Sll中，將復(fù)數(shù)金屬顆粒213及碳質(zhì)顆粒211燒結(jié)成碳質(zhì)復(fù)合料層21。接 著進(jìn)至步驟S12。 于步驟S12中，利用燒結(jié)構(gòu)之方式將燒結(jié)后之碳質(zhì)復(fù)合料層21結(jié)合于所述金屬制 基體22上。 于本實(shí)施例中，所述碳質(zhì)顆粒211為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒213與所述碳 質(zhì)顆粒211的體積混合比例中，所述金屬顆粒213占有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆粒211 占有的體積比例，且所述金屬顆粒213的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒211的直徑大小具有預(yù) 定比例，其具體實(shí)施時(shí)之參考數(shù)據(jù)可參考前述之散熱結(jié)構(gòu)20的內(nèi)容，于此不復(fù)予贅述。
并且，所述碳質(zhì)顆粒211系為鉆石，所述金屬顆粒213系選自銅、鋁、銀及鎳所組成 群組之其中一者，所述碳質(zhì)顆粒211大小范圍系為lym-2mm，而又以50 y m_180 y m為較佳 范圍，更佳范圍系為90iim-110iim。 并且，上述各實(shí)施例之燒結(jié)方式包括有減壓燒結(jié)、真空燒結(jié)、微波燒結(jié)等能造成孔 隙之燒結(jié)方式。再者，所述燒結(jié)溫度系低于105(TC以避免影響或損害銅粉及鉆石之特性。
實(shí)施例3，由于鉆石的比重為3. 52，銅的比重為8. 9，兩者差距甚大，再者，由于兩種材料的表面積也不相同，因此在混料當(dāng)中要求均勻混合，且顆粒的大小亦不可相差太大，因?yàn)樵诿?xì)結(jié)構(gòu)的工藝中，當(dāng)鉆石顆粒與銅粉均勻混合后，需要填粉在石墨模具中，為了使這些粉末在燒結(jié)后有致密的孔隙，也能控制產(chǎn)品質(zhì)量的均勻，需要將填粉后的模具做震動(dòng)或抖動(dòng)，使這些粉末致密化。例如鉆石粒度太大時(shí)，在填粉后模具震動(dòng)后，鉆石會(huì)與銅粉分離，銅粉無(wú)法卡住鉆石造成燒結(jié)失??；當(dāng)鉆石顆粒直徑遠(yuǎn)小于銅粉直徑時(shí)，當(dāng)填粉后模具震動(dòng)時(shí)，所有的鉆石顆粒都會(huì)沉到銅粉的下方，造成鉆石_銅的毛細(xì)結(jié)構(gòu)不均勻，也容易造成燒結(jié)失敗。因此，較佳的比例為鉆石直徑的平均大小為銅粉直徑平均大小的±15%，更佳比例為±10%。以下使用兩種銅粉做實(shí)例比較，分別是70-150網(wǎng)目的粗銅粉(如圖IIA及圖11B所示，分別為在光學(xué)顯微鏡放大倍率50及300X時(shí)的結(jié)構(gòu))及150-325網(wǎng)目的細(xì)銅粉(如圖12A及圖12B所示，分別為在光學(xué)顯微鏡放大倍率50及300X時(shí)的結(jié)構(gòu))，使用的鉆石顆粒是中國(guó)臺(tái)灣江信公司(FACT)所提供編號(hào)YK-J鉆石。當(dāng)選用70-150網(wǎng)目的粗銅粉時(shí)，其平均粒徑約在O. 175mm，銅粉與鉆石體積比例為6 : 1，混合鉆石的最佳粒度為80-100網(wǎng)目(平均粒度0. 165mm);選用150-325網(wǎng)目的細(xì)銅粉(平均粒度約0. 090mm)，銅粉與鉆石體積比例為6 : 1時(shí)，混合鉆石的最佳粒度為140-170網(wǎng)目(平均粒度約0. 098mm)。
在另一實(shí)施例4中，當(dāng)比較四種不同結(jié)構(gòu)的平板式熱管，一種為純銅粉燒結(jié)的平板式熱管，銅粉的粒度為70-150網(wǎng)目，其它三種是不同鉆石與銅粉的體積比(鉆石與銅粉
含量的體積混合比例)為i : 4、i : 6、i : s，使用相同的銅粉的粒度70-iso網(wǎng)目。如圖
13的四種不同材料平板式熱管時(shí)，當(dāng)輸入熱源功率由50W至200W時(shí)，傳統(tǒng)的細(xì)銅粉的平板式熱管的熱阻由0. 23°C /W降至0. 20°C /W，雖然有較低的熱阻，但當(dāng)輸入熱源功率超過(guò)250W時(shí)，純銅粉的平板式熱管的熱阻上升，表示熱管已經(jīng)發(fā)生干燒(Dry Out)的現(xiàn)象；含有鉆石的平板式熱管的熱阻值均低于一般銅粉的平板式熱管，當(dāng)輸入熱源功率達(dá)360W時(shí)，所有含有鉆石的均可以穩(wěn)定的散熱，沒有發(fā)現(xiàn)有干燒的現(xiàn)象，非常適合高瓦數(shù)的電子散熱使用。由圖13中也可以發(fā)現(xiàn)，鉆石的含量愈高時(shí)，其熱阻值越低，但相對(duì)的在整形加工時(shí)掉落的鉆石顆粒的數(shù)目也越多，當(dāng)鉆石與銅粉含量的體積混合比例超過(guò)(如l : 2)或等于1 : 3時(shí)，除了毛細(xì)結(jié)構(gòu)中的大量鉆石會(huì)脫落外，整個(gè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)也不穩(wěn)固，因此鉆石與銅粉含量的
混合比例的最佳比例值為l:6。 綜上所述，相較于已知技術(shù)，本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)是由復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)所構(gòu)成，使各所述碳質(zhì)顆粒之間具有多孔性結(jié)構(gòu)，因此，形成具有極佳流體熱傳導(dǎo)性及散熱性之結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可達(dá)到迅速散熱之功效。同時(shí)，本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，系直接于將復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)，并使碳質(zhì)顆粒彼此之間具有多孔性結(jié)構(gòu)，所以，不僅利用碳質(zhì)顆粒本身具有良好傳導(dǎo)性之特性，而可達(dá)到良好之散熱效果，并且，本發(fā)明于制作過(guò)程中不需要精密的控制溫度及壓力，所以工藝簡(jiǎn)單并可降低制作成本。再者，本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)單純，因此本發(fā)明之熱結(jié)構(gòu)及其制造方法實(shí)已解決已知之種種缺失，實(shí)具有高度
產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。 上述之具體實(shí)施例，僅系用以例示本發(fā)明之特點(diǎn)及功效，而非用以限定本發(fā)明。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者均可在不違背本發(fā)明之精神及范疇下，對(duì)于上述之實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本發(fā)明之權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如后述之申請(qǐng)專利范圍所列。
權(quán)利要求
一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是系至少包括碳質(zhì)復(fù)合料層，其系由復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)所構(gòu)成；其中，所述碳質(zhì)顆粒為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的體積混合比例中，所述金屬顆粒占有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小具有預(yù)定比例。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是其中，所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆 粒的體積混合比例為l : 4至1 : 8。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是其中，所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆粒的較佳混合體積比例為i : 6。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是其中，所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的預(yù)定比例為i : i±i5%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的較佳預(yù)定比例為i : i±io%。
6. —種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是至少包括 金屬制基體；以及碳質(zhì)復(fù)合料層，系形成于所述金屬制基體上，其系由復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互燒 結(jié)所構(gòu)成之多孔性結(jié)構(gòu)；其中，所述碳質(zhì)顆粒為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的體積混合比 例中，所述金屬顆粒占有的比例大于所述碳質(zhì)顆粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒的直 徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小具有預(yù)定比例。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆粒的體積混合比例為i : 4至i : 8。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆粒的較佳體積混合比例為l:6。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的預(yù)定比例為i : 1±15%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的較佳預(yù)定比例為i : i±io%。
11. 一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是至少包括 金屬制基體，系具有一腔室；以及碳質(zhì)復(fù)合料層，系由復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互連結(jié)所構(gòu)成，所述碳質(zhì)復(fù)合料層系形成于所述金屬制基體之腔室的內(nèi)壁面；其中，所述碳質(zhì)顆粒為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的體積混合比 例中，所述金屬顆粒占有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒 的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小具有預(yù)定比例。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆粒的體積混合比例為i : 4至i : 8。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆粒的較佳體積混合比例為i : 6。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒的直徑大小與所 述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的預(yù)定比例為1 : 1±15%。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的較佳預(yù)定比例為i : i±io%。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1、6或11所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒系選自銅、鋁、銀及鎳所組成群組之其中 一者。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1、6或11所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒系選為鉆石。
18. 根據(jù)權(quán)利要求6或11所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)復(fù)合料層以燒結(jié)構(gòu)之方式結(jié)合于所述金屬制基體上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1、6或11所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒大小范圍系為1 ii m_2mm。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒大小較佳范圍系 為50 iim_180 li m。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒大小更佳范圍系 為90iim_110iim。
22. —種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征是至少包括如下步驟 提供金屬制基體、復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒；所述復(fù)數(shù)金屬顆粒及所述碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)成碳質(zhì)復(fù)合料層；以及利用燒結(jié)構(gòu)之方式將燒結(jié)后之碳質(zhì)復(fù)合料層結(jié)合于所述金屬制基體上； 其中，所述碳質(zhì)顆粒為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的體積混合比例中，所述金屬顆粒占有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒的直徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小具有預(yù)定比例。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的一種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征是所述碳質(zhì)顆粒與所 述金屬顆粒的體積混合比例為1 : 4至1 : 8。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的一種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征是所述碳質(zhì)顆粒與所 述金屬顆粒的較佳體積混合比例為1 : 6。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的一種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征是所述金屬顆粒的直 徑大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的預(yù)定比例為1 : 1±15%。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒的直徑大小與所 述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的較佳預(yù)定比例為1 : 1±10%。
27. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的一種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征是所述碳質(zhì)顆粒系選 為鉆石。
28. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的一種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征是所述碳質(zhì)顆粒大小 范圍系為lym-2mm。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的一種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征是所述碳質(zhì)顆粒大小 較佳范圍系為50 ii m-180 ii m。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的一種散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征是所述碳質(zhì)顆粒大小 更佳范圍系為90 ii m-110 ii m。
31. —種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是至少包括 金屬制基體，系具有一腔室；以及碳質(zhì)復(fù)合料層，系由復(fù)數(shù)金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)所構(gòu)成，所述碳質(zhì)復(fù)合料層系 于所述銅制基體之腔室內(nèi)形成多孔性結(jié)構(gòu)其中，所述碳質(zhì)顆粒為不規(guī)則形狀，并在所述金屬顆粒與所述碳質(zhì)顆粒的混合比例中， 所述金屬顆粒占有的體積比例大于所述碳質(zhì)顆粒占有的體積比例，且所述金屬顆粒的直徑 大小與所述碳質(zhì)顆粒的直徑大小具有預(yù)定比例。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆粒 的混合體積比例為1 : 4至1 : 8。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述碳質(zhì)顆粒與所述金屬顆粒 的較佳混合體積比例為1 : 6。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒的直徑大小與所 述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的預(yù)定比例為1 : 1±15%。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的一種散熱結(jié)構(gòu)，其特征是所述金屬顆粒的直徑大小與所 述碳質(zhì)顆粒的直徑大小所具有的較佳預(yù)定比例為1 : 1±10%。
全文摘要
一種散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法，系應(yīng)用于電子裝置內(nèi)之熱能產(chǎn)生處，而所述散熱結(jié)構(gòu)包括有金屬制基體以及碳質(zhì)復(fù)合料層，所述碳質(zhì)復(fù)合料層系形成于所述金屬制基體上，所述碳質(zhì)復(fù)合料層由金屬顆粒及碳質(zhì)顆粒相互燒結(jié)所構(gòu)成。當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明之散熱結(jié)構(gòu)時(shí)，所述散熱結(jié)構(gòu)具有傳統(tǒng)平板式熱管(Vapor chamber)及均熱片(Heat spreader)的散熱效果，所述散熱結(jié)構(gòu)包含一碳質(zhì)復(fù)合料層及一高導(dǎo)熱的金屬板，用以貼合在發(fā)熱的電子組件上進(jìn)行熱交換，形成良好之散熱效果。
文檔編號(hào)F28F7/00GK101706226SQ20091022354
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者陳偉恩, 陳盈同 申請(qǐng)人:陳盈同;陳偉恩