CN106163227A - 散热积层结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热积层结构及其制造方法。本发明披露了一种散热积层结构的制造方法，包括以下步骤：首先，提供复合材，其包括铝基板及至少一个位于该铝基板的表面上的覆铜层；接着，对该复合材进行冷轧，以使该铝基板与该覆铜层之间形成有机械连结；然后，在保护气氛下对该复合材进行加热，以使该机械连结发生熔融；最后，对该复合材进行热轧，以使该铝基板与该覆铜层之间形成扩散熔接层，且该扩散熔接层中包含有合金铜原子和铝原子。采用本发明的制造方法所制成的散热积层结构具有良好的挺性，并且在自然对流条件下的散热效能更佳。

Description

散热积层结构及其制造方法

技术领域

本发明是涉及一种散热复合结构的制造方法，尤指一种包括粗轧和精轧两道工序的散热积层结构的制造方法，以及利用该制造方法所制成的散热积层结构。

背景技术

按，散热结构为开发电子装置或设计电子组件时，作为确保产品可靠度及延长产品寿命所使用的手段之一。随着电子装置(如：超薄笔记型计算机、平板计算机、智能型手机、可携式游戏机等)及其电子组件(如：处理器、功率IC等)朝微型化、高性能化发展，电子组件必须在有限空间中以最密集且最有效率的方式排列，并且在效能导向之下提升其工作频率，导致电子组件的温度容易升高，进而产生散热问题。

实务上，散热结构常以面接触的方式装设于发热的电子组件或电子装置上，用于将其发热量(Power Dissipation)向外传导。目前较常见的散热结构有非金属/金属复合散热片及双金属(如：铝铜)复合散热片，其中碳基/金属复合散热片一般包括金属基材及形成于金属基材上的绝缘导热层，双金属复合散热片一般是由导热系数不同的两层金属紧密贴合在一起而形成。

然而，非金属/金属复合散热片中的绝缘导热层主要由有机高分子材料与混入其中的导热介质所组成，且绝缘导热层的导热系数远不及铝材和铜材，因此会形成热传障碍；此外，绝缘导热层由于材料本身的特性，其与金属基材的接合处可能存在细微间隙，造成整体散热效能降低。另一方面，双金属复合散热片中的两层金属须利用导热介质(如：导热胶)予以接合，其中的两个硬质表面之间通常难以形成厚度均匀的导热胶，除非是增加导热胶的厚度，否则无法和发热组件完全紧密接触；故常规的双金属复合散热片的尺寸可能会受到限制，无法满足更轻更薄的微型化的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种层与层之间不需要用导热介质进行贴合的散热积层结构的制造方法。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：一种散热积层结构的制造方法，包括以下步骤：首先，提供复合材，该复合材包括铝基板及至少一个位于该铝基板的表面上的覆铜层；接着，对该复合材进行冷轧，以使该复合材的横截面积减少约50至70％，其中该铝基板与该覆铜层之间形成有机械连结；然后，在保护气氛下对经冷轧后的该复合材进行加热，以使该机械连结发生熔融；最后，对经加热后的该复合材进行热轧，以使该复合材的横截面积减少约10至20％，其中该铝基板与该覆铜层之间形成扩散熔接层，且该扩散熔接层中包含有合金铜原子和铝原子(联锁在一起的铜原子和铝原子)。

本发明另提供一种由上述制造方法所制成的散热积层结构，其包括铝基板及第一覆铜层，该铝基板具有第一接合面及相对于该第一接合面的第二接合面，该第一覆铜层通过第一扩散熔接层以接合于该第一接合面上，其中该第一扩散熔接层中包含有合金铜原子和铝原子。

本发明具有以下有益效果：本发明从缩减散热结构的尺寸并同时提升其散热效能的角度出发，所披露的技术内容主要是在描述一种构造新颖的散热积层结构，其因为经由冷轧及热轧工艺而可以提供突出的机械性质，并且铝材与铜材之间还可以形成有良好的冶金连结以增加接合强度及降低界面接触热阻；再者，本发明所提供的散热积层结构在具有优异的散热效能的同时亦确保产品结构的薄型化；不只如此，本发明所提供的散热积层结构在自然对流环境下的散热效能比利用贴合方式将铝材与铜材结合的散热片结构更佳。

为了能更进一步了解本发明为达成既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明、附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而所附附图与附件仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明的散热积层结构的结构示意图(一)。

图2为本发明的散热积层结构的结构示意图(二)。

图3为图2中的A部分的局部放大图。

图4为本发明的散热积层结构的结构示意图(三)。

图5为本发明的散热积层结构的结构示意图(四)。

图6为本发明的散热积层结构应用于电路基板的示意图。

图7为本发明的散热积层结构的制造方法的流程示意图。

图8为本发明的散热积层结构的制造方法的工艺示意图。

符号说明

100、100’ 散热积层结构

101 基部

102 弯折部

1 铝基板

11 第一接合面

12 第二接合面

2 第一覆铜层

3 第一扩散熔接层

4 第一热扩散辐射层

41 树脂材料

42 碳复合材料

43 导热粉粒

5 第二覆铜层

6 第二扩散熔接层

7 第二热扩散辐射层

200 电路基板

210 电子组件

300 冷压装置

400 加热装置

500 热压装置

C 复合材

P 加工路径

具体实施方式

下文特举一较佳实施例，并配合所附附图来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所披露的内容了解本发明的优点与功效。另外，本发明可藉由其它不同的具体实施例加以施行或应用，也就是说本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在本发明的精神下进行各种修饰与变更。此外，所附附图仅做为简单示意用途，并非依实际尺寸的描绘，先予叙明。

请参阅图1，为本发明一较佳实施例的散热积层结构的结构示意图。如图所示，本发明所提供的散热积层结构100包括一铝基板1及一第一覆铜层2，其中铝基板1具有相对的第一接合面11及第二接合面12，第一覆铜层2接合于第一接合面11之上。

首先值得注意的是，层迭的第一覆铜层2与铝基板1通过粗轧及精轧两道工序压密及压实并固结在一起，且第一覆铜层2与铝基板1之间可以产生冶金接合的效果，以增加接合强度及降低界面接触热阻；具体地说，在适当条件(如：温度、压力、压缩力等)下，第一覆铜层2与铝基板1之间可进一步形成有一第一扩散熔接层3，而第一扩散熔接层3中包含合金铜原子和铝原子。本实施例中，散热积层结构100的厚度可不超过2mm，其中第一覆铜层2的厚度愈薄则整体的散热效果愈佳；考虑铜和铝的吸热与放热速率，最好的设计是第一覆铜层2与铝基板1的厚度比例为1:8。

请参阅图2，为散热积层结构100的另一种实施方式的结构示意图。如图所示，第一覆铜层2上可视需要形成有一第一热扩散辐射层4；顾名思义，第一热扩散辐射层4兼具热扩散与热辐射的能力，藉此散热积层结构100可达到大面积均匀散热的效果。具体地说，第一热扩散辐射层4中包含有树脂材料41与碳复合材料42，理想化条件是碳复合材料的含量相对于100重量份(PHR)的该树脂材料为约30至70重量份；第一热扩散辐射层4中并可视需要包含有导热粉体43，理想化条件是导热粉体的含量相对于100重量份(PHR)的该树脂材料为约5至20重量份。

请参阅图3，本实施例中，上述树脂材料可列举如下：环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯系树脂、硅橡胶系树脂、聚对环二甲苯系树脂、双马来酰亚胺系树脂、及聚酰亚胺树脂。上述碳复合材料选自由钻石、人造石墨、石墨烯、纳米碳管、碳黑、碳纤维之中的一种或两种以上的组合。上述导热粉体包含金属、氧化物、氮化物等粉粒之中的一种或两种以上的组合；上述金属可为但不限于金、银、铜、镍、及/或铝，上述氧化物可为但不限于氧化铝及/或氧化锌，上述氮化物可为但不限于氮化硼及/或氮化铝颗粒。

请参阅图4及图5，分别为散热积层结构100的又一实施方式及再一实施方式的结构示意图。如图4所示，散热积层结构100’可进一步包括一第二覆铜层5，其接合于第二接合面12之上；考虑铜和铝的吸热与放热速率，最好的设计是第一覆铜层2、铝基板1与第二覆铜层5的厚度比例为1:8:1。类似地，层迭的第一和第二覆铜层2、5与铝基板1通过粗轧及精轧两道工序压密及压实并固结在一起，且第一和第二覆铜层2、5与铝基板1之间均可以产生冶金接合的效果，亦即第一覆铜层2与铝基板1之间形成有一第一扩散熔接层3，第二覆铜层5与铝基板1之间形成有一第二扩散熔接层6。

顺带一提，如图5所示，第二覆铜层5之上亦可视需要形成有一第二热扩散辐射层7。由于第二扩散熔接层6的材料和性能与上述第一扩散熔接层3相同，第二热扩散辐射层7的材料和性能与上述第一热扩散辐射层4相同，故在此不多加赘述。

请参阅图6所示，本发明的散热积层结构100(100’)于使用时，可直接与高温热源接触。举例来说，可将散热积层结构100(100’)直接贴覆在一设于电路基板200的电子组件210(如：芯片单元)上；据此，电子组件210运行时所产生的热可直接传导并均匀扩散至散热积层结构100(100’)整体，而后再通过对流和辐射的方式逸散到环境中。最好的设计是散热积层结构100(100’)大致呈U状，其包括一基部101及至少二个由基部101的相对两侧延伸形成的弯折部102，如此气流可以更直接地将所导出的热排出，使散热效率更加提升。

请参阅图7及图8，分别为本发明一较佳实施例的散热积层结构的制造方法的流程示意图及工艺示意图。本发明所提供的制造方法包括：步骤S100，提供复合材C，复合材C包括铝基板1及至少一个位于铝基板1的表面上的覆铜层(可为第一覆铜层2及/或第二覆铜层3)；步骤S102，对复合材C进行冷轧，以使复合材C的横截面积减少约50至70％，其中铝基板1与第一和第二覆铜层2、5之间均形成有机械连结；步骤S104，在保护气氛下对经冷轧后的复合材C进行加热，以使机械连结发生熔融；以及步骤S106，对经加热后的复合材C进行热轧，以使复合材C的横截面积减少约10至20％，其中铝基板1与第一和第二覆铜层2、5之间分别形成有扩散熔接层3、6，且扩散熔接层3、6中包含有合金铜原子和铝原子。

请一并参阅图1、图4、图7及图8，步骤S100于实际施行时，首先将铝基板1及第一和第二覆铜层2、5分别收卷成卷，并通过一送料装置(未标示)输送到加工路径P上，其中第一和第二覆铜层2、5分别披覆于铝基板1的第一和第二接合面11、12上，以形成一复合材C；步骤S102于实际施行时，上述复合材C于加工路径P上先通过一冷压装置300(如：冷压轮组)进行冷轧(或称粗轧)，使复合材C的横截面积减少约50至70％(即上述复合基材的厚度变薄)，且第一和第二覆铜层2、5与铝基板1的第一和第二接合面11、12之间均形成有良好的机械连结。

步骤S104于实际施行时，经冷轧后的复合材C接着通过一加热装置400(如：加热炉)，并于保护气氛及600°F至1000°F的温度范围下进行加热，其中保护气氛指的是充满惰性气体、氢气或氮气的环境，使第一和第二覆铜层2、5与铝基板1的第一和第二接合面11、12之间的机械连结受到高温破坏而发生熔融；步骤S106于实际施行时，经加热后的复合材C于加工路径P上再通过一热压装置500(如：热压轮组)进行热轧(或称精轧)，以形成本发明的散热积层结构100(100’)，其中第一和第二覆铜层2、5与铝基板1之间具有良好的冶金接合的效果；当完成上述动作之后，通过一送料装置(未标示)将散热积层结构100(100’)收卷成卷。

〔实施例的可能功效〕

本发明从缩减散热结构的尺寸并同时提升其散热效能的角度出发，所披露的技术内容主要是在描述一种构造新颖的散热积层结构，其因为经由冷轧及热轧工艺而可以提供突出的机械性质，并且铝材与铜材之间还可以形成有良好的冶金连结以增加接合强度及降低界面接触热阻；再者，本发明所提供的散热积层结构在具有优异的散热效能的同时亦确保产品结构的薄型化；不只如此，本发明所提供的散热积层结构在自然对流环境下的散热效能比利用贴合方式将铝材与铜材结合的散热片结构更佳。

惟以上上述仅为本发明的较佳可行的实施例，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明发明说明书及图示内容所为的等效结构变化，均同理包含于本发明发明范围内，合予陈明。

Claims (12)

1.一种散热积层结构，其特征在于，该散热积层结构包括：

铝基板，该铝基板具有第一接合面及相对于该第一接合面的第二接合面；以及

第一覆铜层，该第一覆铜层通过第一扩散熔接层以接合于该第一接合面上，其中该第一扩散熔接层中包含有合金铜原子和铝原子。

2.根据权利要求1所述的散热积层结构，其中该第一覆铜层与该铝基板的厚度比例为1：8。

3.根据权利要求1所述的散热积层结构，还包括第一热扩散辐射层，该第一热扩散辐射层形成于该第一覆铜层上。

4.根据权利要求1所述的散热积层结构，还进一步包括第二覆铜层，该第二覆铜层通过第二扩散熔接层接合于该第二接合面上，且该第二扩散熔接层中包含有合金铜原子和铝原子。

5.根据权利要求4所述的散热积层结构，其中该第一覆铜层、该铝基板与该第二覆铜层的厚度比例为1：8：1。

6.根据权利要求4所述的散热积层结构，还包括第二热扩散辐射层，该第二热扩散辐射层形成于该第二覆铜层上。

7.根据权利要求3或6所述的散热积层结构，其中该第一热扩散辐射层及该第二热扩散辐射层各自包含有树脂材料与碳复合材料，且该碳复合材料的含量相对于100重量份的该树脂材料为30至70重量份。

8.根据权利要求7所述的散热积层结构，其中该碳复合材料选自钻石、人造石墨、石墨烯、纳米碳管、碳黑及碳纤维所组成的组。

9.根据权利要求1所述的散热积层结构，其中该散热积层结构的厚度不超过2mm。

10.根据权利要求1所述的散热积层结构，其中该散热积层结构包括基部及至少二个分别由该基部的相对两侧延伸所形成的弯折部。

11.一种散热积层结构的制造方法，其特征在于，该散热积层结构的制造方法包括以下步骤：

提供复合材，该复合材包括铝基板及至少一个位于该铝基板的表面上的覆铜层；

对该复合材进行粗轧，以使该复合材的横截面积减少5至20％，其中该铝基板与该覆铜层之间形成有机械连结；

在保护气氛下对经粗轧后的该复合材进行加热，以使该机械连结发生熔融；以及

对经加热后的该复合材进行精轧，以使该复合材的横截面积减少至少20％，其中该铝基板与该覆铜层之间形成扩散熔接层，且该扩散熔接层中包含有合金铜原子和铝原子。

12.根据权利要求11所述的散热积层结构的制造方法，其中在保护气氛下对经粗轧后的该复合材进行加热的步骤中，经粗轧后的该复合材被加热至600°F至1000°F之间。