TWI320844B - Heat-transfer sheet, radiator, and method of using heat-transfer sheet - Google Patents

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種熱傳導片，在要對使用於電腦的CPU等的 發熱體進行冷卻時，會使用熱沉等的散熱體。但是當發熱體與散 熱體之間的密合度不佳時，在兩者間熱傳導會變差，也會導致冷 卻效率的降低。為了要避免此種冷卻效率的減低，因此&置了4 片，其不但具有熱傳導性，更可提高在發熱體與散熱體兩者 密合度。 本發明即係關於此種夾在發熱體與熱沉等的散熱體之間所使 用的熱傳導片及其使用方法，以及具備此種熱傳導片的散埶構

It ° * ' 【先前技術】 就夾在發熱體與熱沉之間而使用的板片而言，習知技術係使 用石墨片。此石墨片係配置在發熱體與熱沉之間，並且安裝成由 發熱體與熱沉兩者夾持住並加壓的狀態。如此一來，存在於發熱 體與熱沉表面的凹凸就會被石墨片所嵌入，從而可使在發熱體g 石墨片之間，以及在石墨片與熱沉之間就沒有空隙，因此可減少 在接觸部分的熱阻抗，提昇冷卻效率。 藉由發熱體與熱沉而夾持住石墨片之力（的大小），係根據將 熱沉女裝於發熱體的力（的大小）而定。因為，如果對cpu加以 較大的應力的話，則由於内部晶片會變形，所以將熱沉安裝在發 熱體的力往往較低。習知技術約使用5Mpa左右的力，不過有時& 會降低到2MPa左右。而如果將熱沉安裝在發熱體的力減低的話， 存在於在發熱體或熱沉表面的凹凸就會無法充分地嵌入石墨片的 表面，因此就會產生在發熱體及熱沉兩者與石墨片之間留有許多 空隙的狀態下被安裝，導致熱阻抗增大，產生冷卻效率減低的問 題0 為了要解決此種問題’因此有人開發出一種熱傳導性板片（請 1320844 參考專利文件1)，其具有：在常溫下為液態且在使用溫度範圍中 不會有相變的物質；以及石墨片。在此熱傳導性板片中，由於存 在於石墨片中的液體可自由移動，因此即使在安裝時的加壓力 小，仍然可在細微的凹凸處配置石墨片。而在5〜1〇〇/zm這種相 對比較大的凹陷部分，可以儲存以加壓力移動的液體。而且由於 可避免在熱傳導性板片與發熱體，以及熱沉之間形成空隙，因此 可藉由將熱阻抗抑制在最小程度的方式，而得到良好的熱傳導之 效果。 然而，在該熱傳導性板片中，由於在石墨片中存在有液體物 質’因此會妨礙將板片夾持在該發熱體與該熱沉之間時的壓縮 性，換句話說，也就是會妨礙石墨片與發熱體之間的密合度的提 昇’因此就無法降低該熱傳導性板片的熱阻抗。 而且，在將石墨片以液態物質予以浸泡的製程中，因為會留 下多餘的部分，因此導致生產效率差，並使成本提高。此外，也 會產生由於液態物質的惡化，以及液態物質會從石墨片釋放 來’使四周環境受到污染的問題。 【專利文件1】日本特開2004 —363432號 【發明内容】 發明所欲蟀法夕—韻 本，明^健社述航，其目的在於提供—斷使安 力v ’亦可提向鱗在發紐與賴體之間㈣合产 ^ 複利用的熱傳導片及其使用方法，以及且備^而且可重 構造體。 π H此絲傳導片的散熱 解決課題之丰段 之間本^ 1. OMg/m3。 寸彳又隹於體積密度小於 本申請案之第二發明的熱傳導片，其特徵係在於第一發明 _以上，:以4在:壓力進行加壓壓縮時’壓縮率在 將該體，係安裝於發熱體’用以 發熱體之間的板ΐ所及配置在該散熱體與該 項之熱傳導片。轉&該板片係申請專利範圍第1項或第2 ,.ίΓι ^ 1 料之使用方去’其特徵在於將體積密度小於 卢方向所始1傳¥片’配置於發熱體與散熱體之間，且係在從厚 又三^ 加之加壓力在2. 0Mpa以下的條件時使用。 本=案之第五發明的熱料片之使用方法，係在第四 二2脹石墨為材質的熱傳導片之使用方法 ^ ==》fg/m3以下的熱傳導片配置於發熱體與散熱 且係在1厚度方向所施加之加壓力在15MPa以下的條件時使用。 此外，在本發明中，所謂的散熱體，並非限於僅指藉由輻射、 對、以及熱料等方式，對氣體或雜、其他的構件等，釋放 或供應熱傳導片上的熱的功能者，更包括具備吸收熱傳導片的熱 之吸熱功能者，以及同時具備散熱功能與吸熱功能者皆屬之。 發明之效旲 根據第一發明，由於體積密度低，因此將其夾持在發熱體與 散熱體之間加壓的話，即使加壓力小亦可使其輕鬆地被壓縮，而 提高與兩者間的密合度。因此，因為可縮小從發熱體到散熱體的 熱阻抗，所以具有提高冷卻發熱體的效果。 根據第二發明’由於具有優秀的壓縮恢復特性，因此即使使 用複數次’仍然能夠將體積密度保持在預定的密度以下，從而能 夠確保與發熱體或散熱體之間的密合度。因此，就算使用複數次， 仍然能夠使熱阻抗保持在低的水準，因而可提高其重複利用性。 由於可以重複利用，因此本發明的熱傳導片對於節省能源亦有貢 獻0 1320844 根據第三發明，由於板片的體積密度低，因此如果將板片夹 持在發熱體與散熱體之間並且加壓的話，即使加壓力小亦可使其 輕易地被壓縮，而提南與兩者間的密合度。因此，因為可縮小從 發熱體到散熱體的熱阻抗，所以具有提高冷卻發熱體的效果。 根據第四發明，由於即使使用複數次，仍可將熱傳導片的體 積#度保持在預定的密度以下，從而能夠確保與發執體或散轨體 之間的密合度。· ’就算使用複數次，仍絲^熱傳^的 熱阻抗保持在低的水準，因而可提高其重複利用性。而且由於可 以大幅度地降低以發熱體與散熱體夾持熱傳導片的力，換句話 說，也就是施加於發熱體的力，比習知技術所需的力更小，故可 抑制對於發熱體所施加的應力之負荷，從而抑制發熱體的損傷。 根據第五發明，可在維持重複利用性的同時，使熱導 發熱體及散熱體之間的密合度更高。 ”' 〃 其次，參照圖式詳細說明依據本發明的較佳實施形態。 本發明之熱傳導片係使用於用以冷卻電腦的⑽或行動電話 的基板，DVD錄放影機或伺服器等的發熱體。其特_於本發明之 熱傳導片係配置於發熱體與熱沉或風扇等的散熱體之間，而x且， 在由發熱體與散熱體予以鱗加_狀態下使用時，敎阻抗 小。也就是說，可使熱傳導性提高。 欠

一此外，所謂的熱阻抗，係指自發熱體接受熱的供應的構 以發熱體的發熱量除以分離的兩關溫度差而得之值。例 (B)中，係5亥當於將b點的溫度減去a點的溫度所得之 θ =發熱體的發熱量，去除以Α點與㈣兩者的溫度差之後所^ 本發明之熱傳導片’係將天然石墨與凝析石墨等， ^或罐酸等的液體之後，再以棚。c以上進行熱處 ^ 小於ii/ί 其厚度為05〜5. d咖，體積密度 膨脹石墨可以是毛蟲狀或是纖維狀，也就是說，其軸方向的 8 1320844 ms向的長度更長。例如，使軸方向的長度為i咖左 ΐ二ΐΐ向的長度為3師m左右。因此’在本發明的熱傳導 °上所述膨脹石墨彼此之間係相互纏附的。 亦可發明之熱傳導片’可如上述僅以膨脹石墨形成’但 成分等的⑽大概5%左右)酚(細。ι)樹脂或橡膠 法，二s述以膨脹石墨形成本發明之熱傳導片的方 前述’由賴石墨所形成的膨脹石墨片，隨著體 方向的熱傳導率會上升，同時會使柔軟性降 用决你发道1 服石墨片會根據其用途而調整體積密度。一般而言， 以，導熱片而使用的物質’都重視熱傳導性，而以使體積密 言在h 3Mg/m3以上）的方式構成。相對的，要作 ίϊίίΐ，，或電磁波的阻隔材質而使用者，必須要採取 積讀較低（例如在l.GMg/m3町）的方式構成。 而t本ϊΐϊί傳導片，重視其柔軟性更甚於其熱傳導性。一般 。糸用來作為隔熱材料或電磁波的遮蔽材質而使用。且特徵 度小於^g/m3的膨脹石墨片。^，雖然體積 m2 m以上的知脹石墨片其柔軟性減低，發埶體愈散埶 fol，密合Γ變差’但是如同後文所述，齡以在、 尤方式’可使發熱體與散熱體之間的密合度提高。 尤八疋較佳的情狀使體積密度在G 9Mg/m3町，其理由後述。 【實施方式】 其次，說明本發明之熱傳導片的使用方法。 翻圖係顯Γ本發明之熱傳導片1的制狀態—例之圖⑽ ，顯不在貫把例中進行溫度測定的位置之圖。在圖 ΐ'代ίίΓ 的發熱體，符號2則係表示作為散J的孰 ，儿，付唬F係代表安裝於熱沉2的散熱風扇。 9 44 祕圖!/斤示/本發明之熱傳導片1，係配置成被夾持於 卜儿2之間的狀態。因此，藉由夾頭等的固定構件s， 固定於發熱體H的話，熱傳導片1會成為處於被夾持於 發熱體ίί與熱沉2之間的狀態下被加壓。 、 發明之熱傳導片1，其體積密度小於丨.G_3,在藉由 1在Ϊ發熱體H與熱沉2夾持的狀態下加_方錢 j縮，如此-來’熱傳導片丨的厚度就會變薄，崎著 傳導片1與發熱則以及熱沉2之間的密合度就會提昇又。 石墨'就會侵入存在於發熱體嶋面ί 發熱體Η與熱傳導片1之間的熱阻抗，以及熱 〜、、、'儿2之間的熱阻抗兩者觸小。而且，由於孰傳導 么在^積密^小於h 0Mg/m3，而且在厚度方向的熱傳導率可轉 ，可使從發熱體H到熱沉2為止的熱阻抗 卻發熱體/的ϋ ，可藉由熱傳導片1與熱沉2，提昇冷 200wf厂士由於熱傳導片1在面方向的熱傳導率為50〜 導片厚度方向的熱傳導率更大，目此，可使孰傳 =1在面方向的溫度分布保持大致上均等。從而可避‘值 導片1與發熱體Η、熱沉2上形成熱點(heat sp〇t)。，'、、、 沉2 Ϊΐΐ: 1由於熱傳導片1僅配置成被夾持在_體H與埶 」之間的狀_ ’因此，當需要更換熱傳導 : 程序更為簡易，提昇作業效率。 η ^㈠更更換的 的狀夠將熱傳導片1夾持在發熱體Η與熱沉2之間 μ 黏劑4將熱傳導片1黏貼在熱沉2上。 U…傳導片1與熱沉2,即為在申請專利範圍中所提及之 1320844 散熱構造體。另外，將散熱構造體安裝於發熱體Η的具體順序如 下： '

首先，將熱傳導片1放置於發熱體Η上，再在此熱傳導片i 之上放置熱沉2。然後，在設置有發熱體Η的構件，例如如果是 CPU的話，就以基板與固定構件S，將發熱體Η、熱傳導片卜熱 沉2夹持固定’即可將散熱構造體安裝於發熱體{^ … 另一方面，如果要提高散熱構造體的散熱效率的話，可在熱 沉2的上方安裝散熱風扇f即可。亦可藉由熱傳導片1、熱沉2''、 以及散熱風扇F構成散熱構造體。 此外，亦可使用只有散熱功能的元件，例如散熱風扇F等， 以代替熱沉2等同時具備散熱功能與吸熱功能兩者之元件。此外， 亦可將如同水冷卻套（jacket)等，僅具有吸熱功能者，與熱傳導 片1相組合，作為散熱構造體。 此外，如果將熱傳導片1調整成從厚度方向以34 3MPa的加 壓力首次對其加壓壓縮時，壓縮率在5〇%以上，且復原率在5% 以上的話，則即使進行複數次加壓壓縮，在去除壓力之後，體積 密度仍可保持在小於L 0Mg/m3的狀態。如此一來，即使使用了複 數次’當熱傳導片1被夾持在發熱體11與熱沉2之間的狀態下進 行加壓時，由於可確保發熱體H與熱沉2之間的密合度高了因此 即使使用數次’健可雜熱阻抗小，提昇其重複利用性。 & ίί是從厚度方向以34.3Mpa的加壓力首次對其加壓壓縮 目成壓縮率在55%以上，且復原率在6%以上的話， 二以Λ確實ί也在去除壓力之後’使體積密度保持在小於 dll狀悲、。例如保持在〇.9 Mg/m3的狀態。因此，可提昇其 重複利用率。 對宜加熱傳導片1從厚度方向以34.驗的加㈣首次 熱^導ΐ果壓縮率不滿5〇%的話，則其與發熱體1^ 砂㈣ai的密合度較差，因此並不適當。此外，當復原率 ’ ° 4 ’則由於再利用的時候無法確保發熱體{1及熱沉2 丄:5ZU844 之間的密合度高，g]此無法_重複，因次亦不適當。 〜此外，即使熱傳導片1的體積密度小於1. OMg/m3，如果藉由 固定構件S將熱沉2固定在發熱體η時，.施加於熱傳導片1的壓 =過大的話，巧在去除壓力之後，熱傳導片丨的體積密度可能會 變成在1. OMg/m3以上。而如果施加於熱傳導片1的壓力超過2. 〇MPa 的話，則施加於夾持熱傳導片i的發熱體H的應力負荷會增大， 同時並使熱傳導片1的重複利用性減低。 ，此’如果對熱傳導片1施加的壓力在2. OMPa以下，更佳的 情況是在1.5 MPa以下，將熱沉2.固定在發熱體η時，可在去除 壓力之後’使熱傳導片1的體積密度保持在小M1〇Mg/m3的狀態。 因此，可提昇熱傳導片1的重複利用性，並抑制發熱體{1受損的 情況。 、 然後，使用體積密度在〇. 9Mg/m3以下的熱傳導片1，且對熱 傳導片1所施加的壓力在1. 5 MPa以下，將熱沉2固定在發熱體H ，二在去除壓力之後，可使體積密度維持在〇· 9Mg/m3以下的^態， 提高熱傳導片1與發熱體Η以及熱沉2之間的密合度，且維持其 復原的效率。因此，可在維持熱傳導片丨的重複利用性的同時了 更加提高熱傳導片1與發熱體Η以及熱沉2之間的密合度，降低 熱阻抗。 尤其是在以固定構件S將熱沉2固定在發熱體η，使用體積密 度在0. 8Mg/m3以下的熱傳導片1，且對熱傳導片丨所施加的壓力 在1.0 MPa以下時，在去除壓力之後，可使體積密度保持在 0.8Mg/m3以下的狀態，並更為提高熱傳導片}與發熱體H以及熱 沉2之間的密合度，降低熱阻抗，且維持復原性能。 … 另外，如果對熱傳導片1施以處理，使其所含的硫磺或是鐵 質專的雜質的總1在lOppm以下，尤其是硫續在ippm以下的話， 即可更加有效地避免安裝在熱傳導片1的構件或裝置的惡化。° 除此之外，亦可在熱傳導片1與發熱體η之間，或熱^專導片i 與熱沉2之間，或者是在熱傳導片1與發熱體H及熱沉^之間， 12 苯二甲酸乙二醇（P〇lyethylene恤咖㈣你 安裝。如此一來’即可防止從熱傳導片1脫離 的膨脹石墨4，飛散到熱傳導片丨的四周。在此種情況下 =脂膜片，。在厚度方向的熱傳導率與熱傳導片丨大概相同，只 有疋具備1GG°C左右糾熱性者即可，並無制的限制。 實施例1 在此測試當對本發明之熱傳導片，從厚度方向以34•着a的 加麗力進行加麼屢縮時的壓縮率及復原率。 此測試的方式録厚度為巾，_認當體 密度^別被設為（U、〇. 5、0. 8、h 〇h 2、L 5、h 8 Mg/m3時、， 體，密f與壓縮率、復原率之間賴係。魏率細相對於加壓 ，縮之前的厚度，在加壓壓縮進行中的厚度的比例進行評價。而 復原率係以相對於加顏縮之前的厚度，以及在加壓壓縮後除去 加壓力之情況下的厚度’兩者的比例進行評價。 如圖2(A)所不，隨著體積密度變大，可確認壓縮率降低而復 原率提高。 在確§忍壓縮率與復原率之間的關係之後，整體而言，可確認 壓縮率愈大的話’復原率會降低，而當壓縮率超過_以上的話， 則復原率的^btb率就會減小。尤其是當魏率介於55%〜75% 之間時’無4·壓料的大小如何，復原率幾乎娜持在固定的狀 態。 因此，使熱傳導片之壓縮率保持在5〇%以上，尤其是介於55 %〜75%之間，的體積密度，也就是說，假如熱傳導片的體積密 度比1.0 Mg/m3更小時(請參照圖2(A))，即可在保持高壓縮率的 同時，使復原率保持在一定的範圍之内。 實施例2 ^為了要確認本發明之熱傳導片之熱傳導性與加壓力之間的關 係’於將本發明之熱傳導片夹持於cpu(lntel公司製造之Celer〇n 13 1320844

Processor 2GHz)與熱沉（lntel公司製造之^ !呂製）之間的狀態下’使CPU所進行的資訊處理 在固定的情況下運作，然後測量此時CPU的 盘 如圖1(B)所示，在距離20 _位置測量cpu 的溫度。用於測量的熱傳導片，其體積密度分別為Q Μ 5了〇、、^ 1. OMg/m3，厚度為0. 5 min。在各個體積密度的熱中施 的加壓力（對cpu安裝熱沉的壓力）分別為〇卜〇 5.0MPa，並測量其溫度差。 . ·υ &υ、

另外’當㈤度差愈小的話’就代表熱傳導片的 好，換句話說，也就是意味著其熱阻抗愈小；而2 話，就代表熱傳導片的熱料性就愈差，換句話說，也就^意二 著其熱阻抗愈大。 如圖（3)所示’無論在哪個體積密度，都出現了當加壓 大’溫度差就隨之縮小的傾向。此外，亦可確認在特定的加壓力 以上時’溫度差即大致轉棚定。也就是說，可確認在溫度差 大致固定的加壓力以上，即使提高加壓力的話，也無法使溫度差 變小。 此外，在溫度差大致固定時，加壓力會隨著體積密度減小而 變低，如果在2. GMPa以上的話，可確認在所有的_密度中，溫 度差都大致固定。 此外，^體積谂度在0. 8Mg/m3以下時，如果將加壓力設定在 1. OMPa以上，尤其是1. 5MPa以上的話，可使所有的溫度差都大致 固定。 實施例3 在使加壓力維持固定的情況下，確認本發明之熱傳導片的體 積密度與熱傳導性之間的關係。熱傳導性的評價，係在距離2〇咖 的位置測量cpu内部溫度與熱沉的溫度（請參照圖1(B))。與實施 例2相同，藉由其溫度差進行測量。 、 14 熱沉之間，對敎傳導片^加度的熱傳導片，夾持在cpu與

Mg/m3 時的溫度财 U、0·5'0·8、1』、1·2、1.8、2.0 卜斗如ίί iAi所示’我們可以確認當即使熱傳導片的體積密度 在體積密度上升職8_3之前為止，溫度差並不會 -产iί ΐ J2:而當體積密度從〇. 8Mg/m3上升到1. 〇Mg/m3時， 1犬”、、'產生大幅度的變化。也就是說，將加壓力設定為 1. OMPa左右，體積密度在〇. 8M /m3 3 效率會產生激烈_化。 除此之=，我們可以預測，如果與實施例2的結果相比較之 下如果加壓力從1· 〇MPa開始減小時，該熱傳導的效率會產生激 烈的變化，體積密度也會減少。另—方面，即使當加壓力從i嶋 開始增大，該熱傳導的效率會產生激烈的變化，但是體積密度並 不會有太大的變化。 實施例4 在使加壓力為一定的情況下，可確認本發明的熱傳導片之體 積密度與熱傳導性之間的關係，是否會隨著加壓的次數而改變。 熱傳V性的δ平估，係在距離20麵之處，測定CPU的内部溫度以及 在熱沉中的溫度（請參照圖1(B))，而與實施例2相同，根據其溫 度差加以評價。 就測定的方式而言’係將厚度〇· 5咖，體積密度分別為〇. 1、 〇· 5、0. 8、1. OMg/m3的熱傳導片，夾持在CPU與熱沉之間，然後 再將其取下。重複這個過程四次，測定每次的溫度差。 如圖4(B)所示，在此可確認無論體積密度為何，溫度差每次 都顯示出幾乎相同的值。也就是說’我們可確認熱傳導片的熱傳 導性’會受到最先安裝於CPU與熱沉之間之前的體積密度，以及 安裝於CPU與熱沉之間時的加壓力而受到影響。 產業上利用性 15 丄： 【圖式簡單說明】 - ^ - 1(^)係顯不本發明之熱傳導片1的使用狀態一例之圖；（B) . 係顯示在實施例中進行溫度測定的位置之圖。 圖2(A)係顯示在本發明之熱傳導片中，從厚度方向以34. 3Mpa 的加壓力進行加壓壓縮時，壓縮率及復原率與體積密度的關係之 Φ 圖。（B)則係顯示壓縮率及復原率的關係之圖。 圖3(A)〜（D)係顯示在各個不同的體積密度時，本發明之熱傳 導片中熱傳導性與加壓力之間的關係圖。 圖4係顯示在對本發明之熱傳導片施加一定的加壓力時，（a) 係顯示體積密度與熱傳導性之間的關係之圖；而（B)係顯示加壓的 次數與熱傳導性之間的關係之圖。 【主要元件符號說明】 1熱傳導片 2熱沉 F散熱風扇 H發熱體 • S固定構件 16

Claims (1)

1320844 第95108723號專利申請案中文申請專利範圍修正本(無劃線版)

2.如申清專利乾圍第1項之熱傳導片 為 0.卜0. 8Mg/m3。 、 ’其特徵在於：體積密度 3·如申請專利範圍第1項之熱傳導片，其中，從 34.3MPa的加壓力進行加壓壓縮時，壓縮率在5()% ，二 率在5%以上。 且復原 4 · "— "Sir 士塞二止 ☆壯·>·人於 iL taoL

予以散資 所構成 5. —裡熱得導片之使用方法，該熱傳導片係以將浸泡在液 後之天然石墨或凝析石墨進行熱處理使其膨脹而成之膨脹石 構成，其特徵在於：將體積密度小於1. 〇Mg/m3的熱傳導片，配置 於發熱體與散熱體之間，且在從厚度方向所施加之加壓力在 2. OMPa以下的條件時使用。 6. 如申請專利範圍第5項之熱傳導片之使用方法’ i中，將 • 體積密度在〇· 9Mg/m3以下的熱傳導片配置於發熱體與散/熱體之 間，且在從厚度方向所施加之加壓力在1. 5MPa以下的條件時使用c 十一、圖式： 17