CN101736312B

CN101736312B - 散热模块的表面镀膜方法

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Publication number: CN101736312B
Application number: CN2008101804052A
Authority: CN
Inventors: 林玉雪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: CN101736312A

Abstract

一种散热模块的表面镀膜方法包括以下步骤：提供一散热模块；清洁该散热模块的表面；将该散热模块设置于一工作环境，在该工作环境中导入一氢气与一四甲基硅烷气体，施加一外加电力而在该工作环境中产生一偏压电场，借以在该散热模块的表面形成一附着膜；在附着膜的表面形成一混合膜；以及在混合膜的表面形成一具有非晶质结构的碳素膜，借以制成一镀膜散热模块。在混合膜中，越远离散热模块处，非晶质结构的碳素材料的含量越高。

Description

散热模块的表面镀膜方法

技术领域

本发明关于一种散热模块的制作技术，特别是指一种在一散热模块表面镀膜而制成一镀膜散热模块的技术。

背景技术

在日常生活中，在许多电器电子装置中，都会设置许多电子元件，诸如：发光二极管(Light Emitting diode；LED)或中央处理单元(Central ProcessingUnit；CPU)等等。这些电子元件在工作时，通常会持续释放出热能而形成热源。在许多状况下，这些热源都会产生许多不良的影响，诸如：减少击穿负载，减少使用寿命，减缓工作速度，或减少工作功效。

因此，在许多电器电子装置中，会特别在邻近于热源的位置，加装至少一散热模块来逸散热源所释放的热能。在现有的散热模块中，多半朝材料与结构两个方向来提升散热效果。在材料上，多半倾向采用导热系数的材料，借以提升热传导的效率；在结构，多半倾向增加散热模块的表面积，借以提升与外界环境的热交换效率。在此前提之下，现有的散热模块多半由一散热基座以及多多个自散热本体延伸出的散热鳍片所制成，借以增加散热模块的表面积，进而提升热交换效率。

此外，为了更进一步增加散热模块表面的热交换面积，通常会在散热鳍片或散热基座进行特定的表面加工处理，使其表面产生凹陷、凸起、褶皱或是绵密的颗粒状突出物。关于以上论述，以下将列举一公知散热模块的结构与制作技术加以详述。

请参阅图1，其显示一公知散热模块用于逸散工作元件在工作时所发出的热能。如图所示，一散热模块1包含一散热基座11与多个散热鳍片12，散热基座11包含有一基材层111与一表面处理层112，且基材层111包含一配置面111a与一散热面111b。表面处理层112包覆散热面111b。每一散热鳍片12皆包含一基材层121与一表面处理层122，基材层121自散热基座11的基材层111一体成型地延伸出，且表面处理层122包覆基材层121。一工作元件2，配置于散热基座11的基材层111的配置面111b，并在其工作时发出热能，且部分的热能会经热传导的方式，经基材层111与121而分别传送至表面处理层112与122，然后在与空气进行热交换而逸散置外界环境中。

在公知技术中，上述的表面处理层112与122在进行一表面处理后分别形成于基材层111的散热面111b以及基材层121。在实务运用上，上述的表面处理泛指喷砂、挤型、切削、冲击等处理，其主要目的不外乎使表面处理层112与122的表面产生凹陷、凸起、褶皱或是绵密的颗粒状突出物，借以有效增加散热基座11与散热鳍片12的有效热交换表面积。

然而，本领域技术人员可以轻易理解，虽然在经过上述表面处理后，确实可以有效增加热交换面积，但是却也同时破坏了散热基座11与散热鳍片12的表面平整性。从微观的角度来看，当表面平整性被破坏时，就会造成许多分子不规则地位移，而形成错位(Dislocation)，并且产生表面加工硬化以及压缩分子排列空间等问题，而这些问题将导致热能在表面处理层112与122中的传导能力大幅下降。

基于以上前提，发明人认为有必要研发出一种新的散热模块制作方法来有效改善上述热传导能力大幅下降的问题。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题与目的：

综观以上所述，在公知技术中，普遍存在表面处理虽提升热交换面积，但却衍生传导能力大幅下降的严重问题，导致镀膜散热模块的整体散热效果仍大打折扣。因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种散热模块的镀膜技术，其在散热模块的表面依序镀上附着膜、混合膜与非晶质DLC膜，以使分子结构平整性与导热性皆较佳的非晶质DLC膜得以间接紧密地结合于散热基座与散热鳍片的基材层。

本发明解决问题的技术手段：

本发明为解决公知技术问题所采用的技术手段在于提供一散热模块的表面镀膜方法。该表面镀膜方法包括以下步骤：提供一散热模块；清洁该散热模块的表面；将该散热模块设置于一工作环境，在该工作环境中导入一氢气与一四甲基硅烷(Tetra-methylsilane；TMS；Si(CH₃)₄)气体，施加一外加电力而在该工作环境中产生一偏压电场，借以在该散热模块的表面形成一附着膜；在附着膜的表面形成一混合膜；以及在混合膜的表面形成一具有非晶质结构的碳素(diamond-like carbon；DLC)膜，借以制成一镀膜散热模块。在混合膜中，越远离散热模块处，非晶质DLC材料的含量越高。

本发明的有益效果在于：

相较于公知的散热模块制作技术，在本发明中，利用镀膜的方式，在散热模块的表面依序镀上附着膜、混合膜与非晶质DLC膜，以使非晶质DLC膜得以间接紧密地结合于散热基座与散热鳍片，借以制作一镀模散热模块。由于非晶质DLC膜本身的分子结构平整性与导热性皆较佳，因此，可以使镀模散热模块具有较高的热传导效能。

本发明所采用的具体实施例，将通过以下实施例及附图作进一步说明。

附图说明

为使本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图详细说明如下：

图1所示为一公知散热模块用于逸散工作元件在工作时所发出的热能；

图2所示为一等离子增长型化学气相沉积(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition；PECVD)镀膜设备用以对一散热模块进行表面镀膜的示意图；

图3所示为将散热模块固定于导电架，并以一外加电力而在工作环境中产生一偏压电场的示意图；

图4所示为将气体导入至工作环境中，并使所导入气体在偏压电场的作用下，被解离为一等离子状物质的示意图；

图5所示为在散热基座与散热鳍片表面形成附着膜的制作流程；

图6所示为图5中圈X所示区域的剖面图；

图7所示为在附着膜的表面形成混合膜的制作流程；

图8所示为图7中圈Y所示区域的剖面图；

图9所示为在附着膜的表面形成混合膜的制作流程；

图10所示为图9中圈Z所示区域的剖面图；

图11所示为本发明较佳实施例所提供的镀膜散热模块用于逸散工作元件在工作时所发出的热能。

100 PECVD镀膜设备

1 散热模块

11 散热基座

111 基材层

111a 配置面

111b 散热面

112 表面处理层

12 散热鳍片

121 基材层

122 表面处理层

2 工作元件

3 散热模块

3a 镀膜散热模块

311 散热基座

321 散热鳍片

312、322 附着膜

313、323 混合膜

314、324 非晶质DLC膜

4 镀膜室

41、42、43、44 通气口

5 真空泵

6 电力控制装置

61 可调式电源供应器

62 导电架

E 偏压电场

H 氢气

H’ 氢离子

A 氩气

A’ 氩离子

S TMS气体

C 乙炔气体

X、Y、Z 圈示区域

具体实施方式

由于发明作所提供的表面镀膜方法，可广泛对各种散热模块进行镀膜作业而制成各种热传导效能较佳的镀膜散热模块，其组合实施方式更是不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举一个较佳实施例来加以具体说明。

请参阅图2，其所示为一等离子增长型化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition；PECVD)镀膜设备用以对一散热模块进行表面镀膜的示意图。如图所示，一散热模块3包含一散热基座311与多个自散热基座311延伸出的散热鳍片321。一PECVD镀膜设备100用以对上述的散热模块3进行表面镀膜，借以将散热模块3制成一镀膜散热模块3a(标示于图10与图11)。PECVD镀膜设备100包含一镀膜室4、一真空泵5与一电力控制装置6，其中，镀膜室4具有四个通气口41、42、43与44；真空泵5连通镀膜室4；电力控制装置6包含一可调式电源供应器61与一导电架62，可调式电源供应器61位于镀膜室4外，导电架62自可调式电源供应器61延伸至镀膜室4内。

接着，请参阅图3至图10，其说明在本发明较佳实施中，对散热模块进行表面镀膜的一系列制作流程示意图。首先，请参阅图3，其显示将散热模块固定于导电架，并以一外加电力而在工作环境中产生一偏压电场。如图所示，在散热模块3进行表面镀膜之前，必须先将散热模块3架设于导电架62上，使散热模块3电性连接于可调式电源供应器61。

接着，利用真空泵5对镀膜室4抽气，使镀膜室4内形成一趋近真空的工作环境，以调整并控制工作环境内的压力。同时，利用可调式电源供应器61施加一外加电力，使导电架62形成一高电位点，镀膜室4内的工作环境形成一低电位点，据以产生一偏压电场E。

请继续参阅图4，其显示将气体导入至工作环境中，并使所导入气体在偏压电场的作用下，被解离为一等离子状物质。如图所示，在本实施例中，对散热模块3进行表面镀膜时，要打开通气口41与42以分别导入一氢气H与一氩气A等气体，并且关闭通气口43与44。所导入的氢气H与氩气A在镀膜室4内的工作环境中，受到工作环境内偏压电场E的作用，会被解离为二个等离子状物质，即等离子状的氢离子H’与氩离子A’。在偏压电场E的作用下，等离子状的氢离子H’与氩离子A’会轰击散热模块3的表面，借以清洗散热模块3。

在此步骤中，共分为一第一清洗阶段与一第二清洗阶段。第一清洗阶段共历时10～35分钟，且在第一清洗阶段时，工作环境的压力控制在2～4微巴(μbar)，偏压电场E的偏压值控制在300～700伏特(Voltage；V)，外加电力的功率控制在600～1400瓦(Watt；W)。同时，在第一清洗阶段时，导入氢气H的流量为50～200标准立方厘米/分钟(standard cc/min；sccm)，导入氩气A的流量亦为50～200sccm。

第二清洗阶段共历时10～45分钟，且在第二清洗阶段时，将工作环境的压力控制在2～15μ bar，偏压电场E的偏压值控制在300～700V，外加电力的功率控制在600～1400W。同时，在第二清洗阶段时，导入氢气H的流量为50～200sccm，导入氩气A的流量为200～200sccm。

请继续参阅图5与图6，图5显示在散热基座与散热鳍片表面形成附着膜的制作流程；图6显示图5中圈X所示区域的剖面图。如图所示，在散热基座311与散热鳍片321的表面分别形成一附着膜312与另一附着膜322(标示于图6)时，必须关闭通气口41与44，并打开通气口42与43以将氢气H与一四甲基硅烷(Tetra-methylsilane；TMS；Si(CH₃)₄)气体S导入镀膜室4内的工作环境中，利用偏压电场E予以解离，借以在散热基座311与散热鳍片321的表面上分别沉积形成附着膜312与322，并同时使附着膜312与散热基座311之间以及附着膜322与散热鳍片321之间具备良好的结合效果。

在形成附着膜312与322的阶段，共历时1～15分钟，其中，氢气H的流率可控制在50～200sccm之间；TMS气体S的流率可控制在50～250sccm，而使附着膜312与322具有硅(Si)、碳化硅(SiC)与极少量的碳氢化合物，附着膜312与322含硅比例远高于非晶质结构的碳素(diamond like carbon；DLC)材料，分别紧密附着于散热基座311与散热鳍片321。此时，可调式电源供应器61所提供的外加电力的功率控制在800～1500W，偏压电场E的偏压值控制在400～700V，而工作环境中的压力则控制在2～15μ bar之间。

请参阅图7与图8，图7所示为在附着膜的表面形成混合膜的制作流程；图8所示为图7中圈Y所示区域的剖面图。如图所示，在附着膜312与322的表面分别形成一混合膜313与另一混合膜323(标示于图8)时，必须关闭通气口41，并打开通气口42、43与44，将氢气H、TMS气体S与一烃类(hydrocarbon)气体导入镀膜室4内的工作环境中，利用偏压电场E予以解离，借以在附着膜312与322的表面沉积以分别形成混合膜313与323。其中，烃类(hydrocarbon)气体可为一乙炔气体C。

在形成混合膜313与323的阶段，共历时1～35分钟，其中，氢气H的流率可控制在50～800sccm之间；TMS气体S的流率可控制在50～250sccm，乙炔气体C的流率可控制在50～800sccm。此时，可调式电源供应器61所提供的外加电力的功率控制在800～1500W，偏压电场E的偏压值控制在400～700V，而工作环境中的压力则控制在4～15μbar之间。在此环境下，所形成的混合膜313与323的成分至少包括有碳化硅、非晶质DLC材料与少量的硅。由于混合膜313与323亦具有附着膜312与322的成分(如硅与碳化硅等)，且在形成混合膜313与323的初始状态时，混合膜313与323的材质分别与附着膜312与322的材质相近，因此混合膜313与323可分别紧密结合于附着膜312与322上。

同时，在形成混合膜313与323的过程中，通过乙炔气体C、TMS气体S与氢气H的流率消长，可使因沉积而形成的混合膜313与323具备以下特征：在越接近散热基座311与散热鳍片321处，混合膜313与323中的组成成分越接近于附着膜312与322；在越远离散热基座311与散热鳍片321处，混合膜313与323中的非晶质DLC材料的含量就越高。

请参阅图9与图10，图9所示为在附着膜的表面形成混合膜的制作流程；图10所示为图9中圈Z所示区域的剖面图。如图所示，在混合膜313与323的表面分别形成一非晶质DLC膜314与另一非晶质DLC膜324(标示于图10)时，必须立即关闭通气口41，缓缓关闭通气口43，并打开通气口42与44，将氢气H与乙炔气体C导入镀膜室4内的工作环境中，利用偏压电场E予以解离，借以在混合膜313与323的表面沉积以分别形成非晶质DLC膜314与324。至此，散热基座311的表面依序已镀上附着膜312、混合膜313与非晶质DLC膜314而形成一镀膜散热基座31。同时，各散热鳍片321的表面依序已镀上附着膜322、混合膜323与非晶质DLC膜324而形成一镀膜散热鳍片32，且镀膜散热基座31与多个自镀膜散热基座31的镀膜散热鳍片32组成一镀膜散热模块3a。换以言之，至此，镀膜散热模块3a的制作已完成。

形成非晶质结构的碳素膜314与324的阶段，共历时1～200分钟，其中，氢气H的流率可控制在50～800sccm之间；TMS气体S的流率逐渐降至0sccm，乙炔气体C的流率可控制在50～800sccm。此时，可调式电源供应器71所提供的外加电力的功率控制在800～1500W，偏压电场E的偏压值控制在400～700V，而工作环境中的压力则控制在2～20μbar之间。

由于混合膜313与323的最***的成分已十分接近纯非晶质DLC材料，因此，非晶质DLC膜314与324可分别紧密地结合于混合膜313与323的表面。同时，由于混合膜313与323可分别紧密结合于附着膜312与322的表面，以及附着膜312与322可分别紧密附着于散热基座311与散热鳍片321的表面，因此，使镀膜散热模块3a具有紧密结合的非晶质DLC膜314与324。

在阅读以上所公开的技术后，相信本领域技术人员能够轻易理解，相较于公知的散热模块制作技术，在本发明中，利用镀膜的方式，在散热基座311与散热鳍片321的表面依序镀上附着膜312与322、混合膜313与323以及非晶质DLC膜314与324，借以使非晶质DLC膜314与324得以间接紧密地结合于散热基座311与散热鳍片321而制作出镀模散热模块3a。由于非晶质DLC膜本身的分子结构平整性与导热性皆较佳，因此，可以使镀模散热模块具有较高的热传导效能。

最后，请参阅图11，其所示为本发明较佳实施例所提供的镀膜散热模块用于逸散工作元件在工作时所发出的热能。如图所示，上述镀模散热模块3a亦可供现有技术所述的工作元件2结合，借以逸散工作元件2在工作时所发出的热能。为了进一步验证本发明的功效，可在镀模散热模块3a与公知散热模块1具有相同或相近的几何形状与外观尺寸的客观条件下，进行以下的对照实验，以验证本发明在提升散热效能方面的功效。

在对照实验中，当在工作元件2为发光二极管(Light Emitting Diode；LED)，并以5瓦的功率工作时，分别利用公知的散热模块1与本发明较佳实施例所提供的镀模散热模块3a分别对工作元件2进行散热15分钟后，在工作元件2的表面所检测的温度分别为70℃与63℃。显而易见地，实验结果显示本发明所提供的镀模散热模块3a确实可以有效提升散热效能。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种散热模块的表面镀膜方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)提供一散热模块；

(b)清洁该散热模块的表面；

(c)将该散热模块设置于一工作环境中，导入一氢气与一四甲基硅烷气体至该工作环境中，施加一外加电力而在该工作环境中产生一偏压电场，借以在该散热模块的表面形成一附着膜；

(d)导入该氢气、该四甲基硅烷气体与一烃类气体至该工作环境中，借以在该附着膜的表面形成一混合膜，使该混合膜含有一具有非晶质结构的碳素材料与该附着膜所含的成分，且在该混合膜中，越远离该散热模块处，该具有非晶质结构的碳素材料的含量越高；以及

(e)导入该氢气、该四甲基硅烷气体与该烃类气体至该工作环境中，借以在该混合膜的表面形成一非晶质结构的碳素膜，进而制成一镀膜散热模块。

2.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，该步骤(b)更包含以下步骤：

(b1)将该散热模块设置于一工作环境中；

(b2)提供一外加电力而在该工作环境中产生一偏压电场；

(b3)将至少一气体导入该工作环境；以及

(b4)利用该偏压电场将该气体解离为一等离子状物质，以清洁该散热模块的表面。

3.根据权利要求2所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在该步骤(b)中，包含一历时10～35分钟的第一清洗阶段，且在该第一清洗阶段系将该工作环境的压力控制在4～15μbar，该偏压电场的偏压值控制在300～700V，该外加电力的功率控制在600～1400W。

4.根据权利要求3所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在该第一清洗阶段，上述的至少一气体包含一氩气与一氢气，该氩气的流量为50～200标准立方厘米/分钟，该氢气的流量为50～200标准立方厘米/分钟，且该气体被解离后所形成的等离子状物质为等离子状的氩离子与氢离子。

5.根据权利要求3所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在该步骤(b)中，包含一历时10～45分钟的第二清洗阶段，且在该第二清洗阶段将该工作环境的压力控制在2～15μbar，该偏压电场的偏压值控制在300～700V，该外加电力的功率控制在600～1400W。

6.根据权利要求5所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在该第二清洗阶段，上述的至少一气体包含一氩气与一氢气，该氩气的流量为50～200标准立方厘米/分钟，该氢气的流量为50～200标准立方厘米/分钟，且该气体被解离后所形成的等离子状物质为等离子状的氩离子与氢离子。

7.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，该外加电力由一可调式电源供应器所提供。

8.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在进行该步骤(c)时，历时1～15分钟，该氢气的流率控制在50～200标准立方厘米/分钟，且该四甲基硅烷气体的流率控制在50～250标准立方厘米/分钟。

9.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在进行该步骤(c)时，将该工作环境的压力控制在2～15μbar，该偏压电场的偏压值控制在400～700V，该外加电力的功率控制在800～1500W。

10.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在进行该步骤(d)时，历时1～35分钟，该氢气的流率控制在50～800标准立方厘米/分钟，该四甲基硅烷气体的流率控制在50～250标准立方厘米/分钟，该烃类气体为一乙炔气体，且该乙炔气体的流量控制在50～800标准立方厘米/分钟。

11.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在进行该步骤(d)时，将该工作环境的压力控制在4～15μbar，该偏压电场的偏压值控制在400～700V，该外加电力的功率控制在800～1500W。

12.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在进行该步骤(e)时，历时1～200分钟，该氢气的流率控制在50～800标准立方厘米/分钟，该四甲基硅烷气体的流率逐渐降至0标准立方厘米/分钟，该烃类气体为一乙炔气体，且该乙炔气体的流量控制在50～800标准立方厘米/分钟。

13.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，在进行该步骤(e)时，将该工作环境的压力控制在2～20μbar，该偏压电场的偏压值控制在400～700V，该外加电力的功率控制在800～1500W。

14.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，该附着膜含有碳化硅，且该混合膜含有该具有非晶质结构的碳素材料与碳化硅。

15.根据权利要求1所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，该步骤a所提供的散热模块包含：

一散热基座；以及

多个散热鳍片，自该散热基座一体成型地延伸出。

16.根据权利要求15所述的散热模块的表面镀膜方法，其特征在于，该步骤e所述的镀膜散热模块包含：

一镀膜散热基座，在该步骤a所提供的该散热模块的该散热基座依序包覆该附着膜、该混合膜与该具有非晶质结构的碳素膜所组成；以及

多个镀膜散热鳍片，自该镀膜散热基座一体成型地延伸出，并由该步骤a所提供的该散热模块的所述多个散热鳍片依序包覆该附着膜、该混合膜与该具有非晶质结构的碳素膜所组成。