TWI325752B - Heat-radiating sheet and heat-radiating structure - Google Patents

Description

1325752 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種熱輻射薄板，其係用於消散來自 於放熱主體所產生的熱’以及有關於—種裝置了該熱賴射 薄板之熱輻射結構。 【先前技術】 電子元件與其它出現在電子裝置（例如行動電話）中的 放熱主體，以逐漸增加之高密度進行安裝，尺寸也跟著縮 小，而這些裝置的設計也更輕薄’同時這些電子裝置的熱 容量則下降。再者，電子裝置的密封程度同樣逐漸增加， 並伴隨著這些裝置之防水性與防塵性的改良。因此，由放 ,,、、主體所產生的熱會很輕易地傾向於局部累積在電子裝置 之中，除此之外，電子裝置之外殼表面的溫度還會輕易地 升高。因此，與放熱主體一起容易因為熱的累積造成損害， 同樣更有τ能造成這種電子裝置的使用纟目為外殼表面溫 度局部上升（可歸因於在這種電子裝置中的局部熱累積） 而產生不舒服。因&，避免在電子裝置有局部的熱的累積 是有必要的’使得將放熱主體所產生之熱加以擴散就變成 一個重要的議題。 在過去，石墨薄板是用來在受限制且狹窄的空間中， 將所產生的熱有效率地加以擴散。將一石墨薄板提供在一 個放熱主體上，並且強迫所產生的熱於平行該石墨薄板之 方向上進行擴散。然而，石墨薄板具有以下的一些問題。 7 1325752 由於石墨薄板具有一粗糙的表面以及很大的剛 性，因此是無法與放熱主體獲得適當的黏著性，甚至是在 運用了大負載量以便黏附於該放熱主體的例子也是如此。 因此，有許多的例子是無法適當地降低與放熱主體的接觸 熱阻抗。此外，也有許多例子是將大的負載運用到在放熱 主體上之石墨薄板上，會對該放熱主體產生不利的效果。 (2) 石墨薄板在厚度方向上的熱傳導係數是可以藉由 例如改變該石墨於該石墨薄板中的結晶結構而提升，以使 熱從一個放熱主體轉移至該石墨薄板更有效率。然而，在 这例子當中，由於在平行於該石墨薄板之表面方向上的熱 傳導係數降低了，因此減少了該石墨薄板的熱擴散效應。 (3) 由於石墨薄板具有令人滿意的導電性’因此在該 石墨薄板較佳是不會展現導電性的情況中，石墨薄板會需 要絕緣的措施。 * (4 )由於石墨薄板缺乏黏性，因此，就會需要使用黏 φ 著劑來將石墨薄板黏附於放熱主體上。因此，連同將該石 墨薄板黏附於放熱主體是很令人困擾的，因為提供在該放 熱主體與石墨薄板間之黏著劑層的厚度和導熱性的緣故， 邊石墨薄板之熱輻射效應可能會降低或變成不穩定。再 者，利用黏著劑將一石墨薄板黏附於一個放熱主體上之 後’當該石墨薄板重新黏附時（在因為許多諸如修正黏附 位置之原因，而從該放熱主體分離之後），在該石墨薄板 内層合的石墨層之間會發生中間層分離，造成該石墨薄板 报容易受損。因此’石墨薄板具有很低的再加工性（不能 8 1325752 輕易地重新黏附）。 日本專利公開案第2003 ~~ 168882號揭示了一種具有高 剛性之石墨薄板，以及一種熱輻射薄板，其裝備有一層在 該石墨薄板上所提供之可撓性聚合材料層，其係為了解決 上述所提及之石墨薄板的問題。這種熱輻射薄板的目的在 於利用一種聚合層，以克服上述所提及之石墨薄板的問 題。然而，曰本專利公開案第2〇〇3一 168882號之熱輻射

溥板是無法適當地克服上述所提及之石墨薄板的問題，並 且仍然具有改良的空間。 【發明内容】 因此，本發明的一個目的在於提供一種熱輻射薄板， 其較佳能夠運用在消散來自於放熱主體所產生的熱以及 提供一種熱輻射結構。 為了要達成本發明之上述以及其他的目的，提供了一 種熱輻射薄板以和一個放熱主體一起使用，該熱輻射薄板 包括了 一層石墨薄板和一層電絕緣彈性層。該石墨薄板提 供在該放熱主體上》該電絕緣之彈性層係提供在該石墨薄 板之相反於該放熱主體的一個表面上。該石墨薄板具有3〇〇 μιη或者是更少的平均厚度》該彈性層係由一種彈性組成 物所形成，該組成物包含了一種聚合物基質以及一種微粒 狀之導熱性填料。該彈性層具有1〇至28〇μπι之平均厚度。 該導熱性填料之平均微粒直徑為該彈性層之平均厚度的5〇 %或者是更小。該彈性組成物具有3〇體積％或者是更高 9 1325752 的導熱性填料含量’且平均微粒直徑為該彈性層之平均厚 度的95%或者是更高的導熱性填料佔該彈性組成物的體 少於15體積％。 # 本發明同樣提供了一種熱輻射結構，其台 开匕枯了該熱輻 射薄板、一外殼、以及一個提供在該外殼内之放熱主體。 該熱輻射薄板係提供在該放熱主體上，使得該彈性層之 面與該放熱主體相接觸。該外殼之自由空間的體積小於= 外殼之體積的20%。 ' 1¾

從以下的說明，將更清楚了解本發明之其他方面與優 點，與伴隨著圖式，利用實例的方式說明本發明的原則。 L貫施方式】 參考以下伴隨圖式的制以及較佳具體態樣，可 易地對本發明之目的及其優點有更完整的了解。以下將接 供-具體態樣更詳盡的說明，其係基於該圖式，將本發明 具體化於一個熱輻射結構中。 如圖1中所顯示，本發明之具體態樣的熱輻射結構" 裝置了 一個執 …射溥板21、一個外殼12、以及複數個接 供在該外殼12内邱夕必也+邮 徒 巧。卩之放熱主體13。熱輻射薄板21係裝 了 一層石墨薄板2) ι= _ 取22、提供在該石墨薄板22之表面22a 的彈性層23、以；^ t 次一層提供在石墨薄板22與彈性層23間 之障壁層24。 將石墨薄板 13所產生之熱加 22提供在放熱主體13上，並將放熱主體 以消散’同時以平行於石墨薄板22之表 1325752 13及其鄰近區域 面22a的方向上擴散，以預防在放熱主體 中累積熱量。 石墨薄板22的實你丨句扭7工AL、 么甘“的貫例包括了天然的石墨薄板(其具有做 …、，的天然石墨）、人工石墨薄板（其具有做為其原料 的人工石墨）、以及混成石墨薄板(其具有做為其原料的天 」石墨和人工石墨）。石墨薄板22 具有導熱性與導電 性。石墨薄板22之導熱性主要是展現在平行於石墨薄板22

之表面22a之方向上。也就是冑，平行於石墨薄板μ之表 面22a之方向上的熱傳導係數為1〇〇至8〇〇 w/m· κ， 相較於在石墨薄板22之厚度方向上的熱傳導係數而言， 是極高的。因此，石墨薄板22輕易地將熱擴散至平行於 其表面22的方向上。在平行於天然石墨薄板之表面方向 上的熱傳導係數，其下限為例如1〇〇 w/m· κ，同時，在 平行於人工石墨薄板或混成石墨薄板之表面方向上的熱傳 導係數’其下限為例如4〇〇 W/ m · κ。 石墨薄板22之平均厚度為3〇〇 μιη或者是更少，且較 佳為80至130 pm。如果該石墨薄板22之平均厚度超過3〇〇

Mm的話，由於石墨薄板22具有歸因於其材料特性之高剛 性’使得石墨薄板22之可撓性降低，並因此使得熱輕射 薄板21之可撓性降低。如果該石墨薄板22之平均厚度少 於80 μιη’由於石墨薄板22變成過薄，使得其會變得很脆， 並且會傾向於容易破裂’同時具有造成該石墨薄板22熱 容量降低的風險。 彈性層23係由一種彈性組成物所形成，其包含了聚合 11 1325752 物基質與微粒狀之導熱性填料。彈性$ 23係提供在該整 個表面22a之上’該表面22a係相反於石墨薄板22之表面 22a上的放熱主體13。當熱輻射薄板21黏附於放熱主體13 上時，彈性層23則係放置於放熱主體13與石墨薄板22 中央，並且促進了從放熱主體13至石墨薄板22的熱傳遞。 彈性層23具有電絕緣性以及歸因於該聚合物基質之可撓 性。 該聚合物基質將該導熱性填料維持在彈性層23内。相 對應於彈性層23所需之性能來選定該聚合物基質，諸如 熱阻抗、化學阻抗、產率、或可撓性，而熱塑性、或熱固 f生聚β材料則被選定用來作為該聚合物基質。熱塑性彈性 體為熱塑性聚合材料的實例，而經交聯之橡勝為熱固性聚 合材料的實例。 熱塑性彈性體的實例包括了苯乙烯一丁二烯嵌段共聚 物及其氫化聚合物、苯乙烯一異戊二烯嵌段共聚物及其氫 化聚合物、以苯乙烯為基之熱塑性彈性體、以烯烴為基之 熱塑性彈性體、以氣乙烯為基之熱塑性彈性體、以聚酯為 基之熱塑性彈性體、以聚氨醋為基之熱塑性彈性體、以及 以聚醯胺為基之熱塑性彈性體。 經交聯之橡膠的實例包括了天然橡膠、丁二稀橡膠、 異戊二烯橡膠、苯乙烯一 丁二烯共聚物橡膠、腈橡膠、氫 化腈橡膠、氯丁二稀橡膠、乙稀一丙稀共聚物橡膠 '氣化 之聚乙烯橡膠、氣磺化聚乙烯橡膠、丁基橡膠、鹵化丁基 橡膠、氟橡膠、氨基曱酸酯橡膠、聚矽氧橡膠、聚異丁烯 12 1325752 橡膠、以及丙烯酸橡膠。 膠二=1中’較佳是選自於聚石夕氧橡膠、聚異丁稀橡 / 7 烯酸橡膠中的至少一種，因為彈性層23的可 撓性很:，且其他基本特性諸如熱阻抗、以及溫度特徵、 和電可靠性都是报高的。 了二！熱，性填料藉由增加彈性層23之熱傳導係數而增強 彈1層23料熱性。雖然對所提供之該導熱性填料的 沒有特別限制’但是其使得彈性層23展現了電絕 緣㈣，因為該彈性層23的熱傳導係數报高因此選自 於乳化鋁、虱氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氧化鋅、矽土（氧 化矽）、雲母、以及辞白之至少一種為較佳。 /導…、f生填料之平均微粒直徑為彈性層Μ之平均厚度 的50义或者疋更小，且較佳為該彈性層^之平均厚度的 1至45%。如果該導熱性填料之平均微粒直徑超過了 ^彈 性層23之平均厚度的，則可歸因於該導熱性填料之 表面不規則性則形成於彈性層23之表面…，而導致彈性 層23之表面23a的平滑度下降。若該導齡填料之平均微 粒直徑係小於該彈性層23之平均厚度的ι%，則由於包含 在該彈性組成物中之導熱性填料的比表面積變得過大使 得該彈性組成物之黏滯度變得過高，造成難以製備該彈性 組成物並且形成彈性層23的風險。該導熱性填料微粒的 形狀較佳為球狀的。這是因為除了該導熱性填料在該彈性 組成物中的二次聚集被抑制住以外，還抑制住了該彈性組 成物之黏滯度的增加’同時，歸因於該導熱性填料（彈性 13 1325752 之表面23a中）的形狀所形成之表面不規則性也被抑 制住。 °亥導熱性填料在該彈性組成物中的含量為3〇體積％或 者K更向，較佳為4〇至75體積％。如果該導熱性填料的 3里；於30體積％ ’由於該導熱性填料於彈性層23中的 含量過低’因此彈性層23的熱傳導係數會下降，而彈性 層23的導熱性也會下降。如果該導熱性填料的含量超過 了 75體積％ ’除了彈性層23的可撓性會下降以外，彈性 層23之表面23a的平滑度也會有降低的風險。 再者，該彈性組成物當中’導熱性填料之平均微粒直 徑為該彈性層23之平均厚度的95%或者是更高者（之後 被稱為大直徑填料）的含量係少於15體積％。如果該大 直徑填料的含量為15體積％或者是更高，則由於在彈性 層23之表面23a中形成了大的表面不規則性（歸因於大直 私填料）’彈性層23之表面23a的平滑度會相當程度降低。 大直彳空填料的含量越少’彈性層23之表面23a的平滑度就 越會增加。因此，該彈性組成物較佳是不包含大直徑填料。 除了以上所提及之成份以外，該彈性組成物還可以包含（例 如）穩定劑來加強彈性層23的耐用性。 彈性層23的硬度較佳為40或者是更低，更佳為3〇或 者是更低。如果彈性層23的硬度超過了 4〇，彈性層23就 會有無法展現足夠可撓性的風險。該彈性層23之硬度的 下限並沒有特別受到限制。如果彈性層23的硬度為3〇或 者是更低時，彈性層23就具有適當的黏性。彈性層23之 1325752 依照國際標準ISO 7619 再者，

硬度係利用一種Type A硬度計， 一 1 (日本工業 該彈性層23之 至170 gm。如果該彈性層23之平均厚 於彈性層23過薄，使得彈性層23無法 13的表面形狀，因此，熱輻射薄板2ΐί 表面形狀的能力降低，造成熱輻射薄板 增加。再者，還有一些是熱輻射薄板21 子。如果該彈性層23之平均厚度超過了 放熱主體13產生的熱傳送至石墨薄板2 變長，使得熱輻射薄板21的熱輻射效率降低。再者，由 熱輻射薄板21所施加至放熱主體13的負載可能會增加， 或者是在外殼12内部安裝熱輻射薄板21的所需空^變得 更大。 雖然本發明之具體態樣的彈性層23提供在整個石墨薄 板22上，但是對於彈性層23的尺寸和石墨薄板22的尺 寸之間的關係並沒有特別的限制’如圖2中所顯示，彈性 層2 3可以比石墨薄板2 2還小。在此時，彈性層2 3提供 在相對應於放熱主體13 (在石墨薄板22之表面22a上） 的位置上。相似地’雖然彈性層23的尺寸和放熱主體i 3 的尺寸之間的關係也沒有特別的限制，但是因為彈性層23 可以有效率地將來自於放熱主體13的熱傳輸至石墨薄板22 上’所以其較佳是至少提供在放熱主體13的整體上。再 者’可以將複數個彈性層23提供在石墨薄板22之表面22& 15 1325752 上。舉例而言，若將複數個放熱主體提供在單一熱輻射薄 板21的二個側面上，則彈性層23提供在那些相對應於熱 輻射薄板21每個表面22a上之放熱主體13的位置上。在 這例子當中’複數個放熱主體13的熱是藉由單一熱轉射 薄板21來加以消散。 障壁層24抑制了彈性層 Τ

來σ初悉貿朝向石J 薄板22的移動。再者，除了增強了石墨薄板22與彈性為

23之間的黏著性以外，障壁層24還藉由其以電絕緣材申 所形成而增強了彈性層23的電絕緣性。障壁層24之材申 的實例包括了聚對笨二甲酸乙酯、聚氨酯、聚醯胺'聚每 酸酯、及其合金。障壁層24之材料較佳係根據先前所指 及之聚合物基質來加以選定。更佳地，在若該聚合物基負 為聚碎氧橡膠或聚異丁烯橡膠，障壁層24較佳則是由沃 烯酸樹脂材料所形成；而若該聚合物基質為丙稀酸橡膠， 障壁層24較佳則是由以聚梦氧為基之樹脂材料所形成。 障壁層24之平均厚度較佳為1〇/m或者是更少。如 果障壁層24之平均厚度超過了 1〇/m_話來自彈性層2 的熱要傳遞至石墨薄板22,就可輕易地被障壁層Μ抑制。 障壁層24之平均厚度的下限並沒有特別受到限制。 、熱輻射薄板21係藉由層合石墨薄板22、障壁層24、 以及彈性層23的順序所贺占 . 9…，斤所製成。用來層合石墨薄板22和層 3與24的方法並沒有受到縣 字另J的限制，而每一層23和2 :以在個別形成石墨薄板22和每一層2〜4之 由捲曲或熔合再依該順序層 0於石墨薄板22上，或者是 16 每一層23和24可w 一 上。 順序形成於石墨薄板22之表面22a 除了構成行動電話或其他電子裝置以 有可密封性。舉例@ ， 卜喊12還具 除了…： 板4係安置於外殼12之中， :…主體13外。外殼12内部之 也就是外殼12之空隙，筏,t 门山的體積， 在冰叙” 隙係少於外殼12體積的20%。如果 在外殼12内部之自由办 ’〇如禾 體積之20%昧.二H a的體積等於或大於外殼12 乂時，因為外殼12變 此類電子裝置之尺寸減小的目的。“會無法達到諸如 放熱主體13安裝在彳也丨1、 裝在（例如）基板Μ上。放熱主體13 括了半導體裝置與其他電子元件、電源供應器、 以及光源。放熱主冑13的熱密度正常為^麵 更高。 當熱輻射薄板21黏附於放熱主體13上時，將熱輻射 薄板21放置在放熱主體13上，使得彈性層以表面仏 與放熱主體U相接觸。由放熱主體13所產生的熱透過彈 性層23與障壁層24傳遞至石墨薄板^。同時，在彈性層 23中的該導熱性填料促進熱傳遞至石墨薄板22。被傳輸 至石墨薄板22上的熱是以平行於石墨薄板22的表面… 的方向上進行擴散，同時從石墨薄板22消散。 以下提供上述具體態樣所展現之效果的說明。 本發明之具體態樣的熱輻射薄板21裝配了石墨薄板22 與彈性層23。石墨薄板22料熱性主要是展現在平行於 石墨薄板22之表面22a的方向上。彈性層23係裝置了導 17 1325752 熱性填料，而該導熱性填料的含量為3g冑㈣或者是更 向。再者，該彈性層23之平均厚度的上限為彻㈣。因 此’由放熱主體13所產生的熱係有效地傳遞至石墨·薄板 22 ’並且以平行於石墨薄板22之表® 22a方向上擴散，同 吋從石墨薄板22上消散。因此’熱輻射薄板21可以有效 地將來自於放熱主冑13的熱擴散，藉此可以避免熱累積 在諸如此類電子裝置中。 ，

該石墨薄板22之平均厚度為3〇〇 μιη 5戈者是更少而 該彈性層23係具有可歸因於聚合物基質之可撓性。因此， 熱輻射薄板21可以展現優異的可撓性。再者，彈性層23 具有可歸因於該聚合物基質的適當黏性。因此除了展現 較優異之操作性與可再加工性，熱產生薄21同樣可以 對放熱主體13展現令人滿意的黏著性》 由於該導熱性填料之平均微粒直徑為以上所提及之彈 層23的平均厚度的5〇%或者是更小而平均微粒直徑 為該彈性I 23之平均厚度的95%或者是更高的導熱性填 料的含量係少於15體積％，因此彈性層23之表面23a具 有高度的平滑度。再者，由於該彈㈣23之平均厚度的 1限為10 /im，因此，彈性層23跟著放熱主體13之表面 因此’熱_射薄板21帛夠適當地降低 對放熱主體13的接觸熱阻抗，藉此使其從放熱主體13放 射出熱，而不會運用大的負載。 由於在該彈性層23内部之聚合物基質乃藉由障壁層24 而抑制朝向石墨薄22的移動，使得可以抑制住由該移 18 1325752 動所造成彈性層23之厚度與硬度的變化。因此，可以將 熱輕射薄板21之生產率和儲存特性加以穩定化。 本發明之具體態樣的熱產生結構11裝配有熱輻射薄板 21 ’且在外殼12内部之自由空間12a的體積係少於外殼12 之體積的20%。因此，此熱輻射結構u能夠達到降低由 外殼12所構成之電子裝置的尺寸與厚度，同時避免熱的 局部累積。 加以具體化。 同樣可以在石墨薄板22之表自23a上提供一層銘箱 層。在這例子當中’該鋁羯層可以只提供在石墨薄板2: 之一個表面22a上或者是提供在二個表面22a上。再者， 該銘箱層可以提供在整個石墨薄板22之上，或者是提供 ί只有—部份之石墨薄板22上。提供在石墨薄板22與障 層24間的—層㈣I，可促進將放熱主體13的執傳遞 至石墨薄板22上。在障壁層24與彈性層23所提供之石 墨薄板22之以外的位置上# 自：石墨薄…熱的輕射，， = :種用於石墨薄板2…化材料，舉例而言， 幫曲熱輻射薄板21的期間，能夠抑 =或 或者是從熱輻射薄板21的分離。 薄板22的破裂、 彈性層23也可以裝配_種 之後;為纖維f填料）。這種纖維狀填料 括了 & *屬乳化物、金屬氧化物、金屬碳酸鹽、以 1325752 於#匕物。由於該纖維狀填料在彈性層23厚度的方内 有阿熱傳導係數，因此其較佳是沿著彈性層23厚度 磁=向上h。定位該纖維狀填料之方法的實例包括了 ^ 穷、電場、或者是震動施加到該彈性組成物上的方法。 同樣也可以省略障壁層24。 板 效 也可以將一種冷卻元件（諸如熱槽）安裝在熱輻射薄 21上。在這例子當中，可以增強放熱主體13輻射熱的 率 〇

能夠改良石墨薄板22之黏著性的表面處理，可以在石 墨薄板22之表面23a上進行。表面處理的實例包括電暈放 電、紫外光處理、以及耦合劑處理。 以下透過實施例和比較例’針對上述之具體態樣提供 更詳細的說明。 (實施例1 — 1 3和比較例1-14) 在實施例1當中’在藉由將球狀氧化鋁（Micron有限 公司’平均微粒尺寸·· 3 5 μηι)形式之導熱性填料混合至 聚矽氧凝膠（Dow Corning Toray有限公司，CY52- 291 ) 形式之聚合物基質，來製備彈性組成物之後，從該彈性組 成物形成一層彈性層23。此外，藉由將2重量份數之固化 劑（Kaneka公司，CR500) 、1重量份數之抗時效劑、以 及0.05重量份數之觸媒，混合至1〇〇重量份數之以丙烯 酸為基的樹脂材料（以聚丙烯酸酯的形式，Kaneka公司’ SA100A)中’製備一種聚丙烯酸酯組成物。之後，將該聚 丙烯酸酯組成物塗佈於石墨薄板22 ( GrafTech國際有限公 20 1325752 司）之表面22a上，藉由將該聚丙烯酸酯組成物進行加熱 並固化來形成一層障壁層24。藉由捲曲將彈性層23層合 於障壁層24之上’以獲得熱輻射薄板21。表1中顯示了 I導熱11填料之平均微粒直徑、導熱性填料之平均微粒直 紅為該彈性層23之平均厚度的95 %或者是更高之含量、 導熱|±填料在該彈性組成物中的含量' 以及石墨薄板Μ 和層23與24之平均厚度。 在實施例2至13中，該熱輻射薄板21是以相同於實 施例1的方式所獲得，除了改變該導熱性填料之微粒直徑 等等’如表1和表2中所顯示。 在比較例1至13中，熱輻射薄板21是以相同於實施 幻1的方式所獲得，除了改變該導熱性填料之微粒直徑等 等’如表3和表4中所顯示。在表i至表4中在橫列「具 有95%或者是更高之微粒直徑的比例」中之每一個數值， 代表了導熱性填料的平均微粒直徑為該彈性層之平均 ，度的95%或者是更高之含量，且在該橫列「含量」中的 母一個數值係代表導熱性填料於該彈性組成物中的含量。 表3和4中，於橫列「平均微粒直徑」以及在「導熱性 真料」中的「一」記號，係代表彈性層23並非具有導熱 性填料。在橫列「石墨薄板」以及在「平均厚度」巾的「_」 己號係代表熱輻射薄板21並非具有石墨薄板等等。熱 輕射薄板<每—個實施例’都針對以下的每—個參數 都進行量測和估計。這些結果都顯示在表i至4中。 <彈性層硬度〉 21 1325752 依照ISO 7619— 1 ’並利用一種Type a硬度計來針對 具有彈性層23之熱輻射薄板，量測彈性層23之硬度。 <熱傳導係數> 在從每一個實施例之石墨薄板22與彈性層23獲得碟 片形狀之試驗片（直徑：1〇 mm)之後，利用熱常數量測 系統（Rigaku公司，LF/TCM—FA851〇B)，並根據雷射 閃光方法來量測該試片的熱傳導係數。以平行於試片表面 之方向以及試片（從石墨薄板22獲得的試片）厚度的方 向上，量測導熱性之絲。針對由彈㈣23㈣得之試 片，於該試片之厚度的方向上量測熱傳導係數。在平行於 由石墨薄;fe 22所獲得試片之表面方向上的熱傳導係數， 係指示於橫列「石墨薄板（表面）」”，在由石墨薄板 22 表面厚度上的熱傳導係、數，係指示於橫列「石 墨薄板（厚度）」之中，而在由彈性層23所獲得試片之 厚度方向上的熱傳導係數係指示於橫列「彈性層」之中。 <熱阻抗> 字每個實施例之熱輻射薄板21安插在陶瓷加熱器 (SAKAGUCHI E.H V〇C a] , Microceramic Heater MS-3，發熱值：25 W ’頂部表面：10 mm高X 10 _寬）與 熱槽形2式的冷卻元件之間，之後再利用-個加壓機施加1Q / 的負何至熱輻射薄板21上。之後，將該陶竟加敎 器開啟，而該刼俨以切 瓦加熟 , …、輻射薄板21允許維持1〇分鐘。在1〇分 "量測陶瓷加熱器側之表面22a的溫度，以及熱槽 _ 223的溫度，並利用以下之方程式測定熱輻射薄 22 1325752 板2i的熱阻抗數值。在該方程式中，％係代表該陶是加 熱器側之表面22a的溫度，而0 j()係代表該熱槽側之表面22& 的溫度。 熱阻抗（=(θμ-θ』。）/陶究加熱器的發 熱值（W) <體積電阻率> 根據國際標準IEC 60093 (JIS Κ 6911)來量測每一個 實施例之熱輻射薄板21的體積電阻率。 <熱擴散> 如圖3A與3B中所顯不，將每一個樣本之熱輻射薄板 21黏附至一個陶瓷加熱器15 ( sakaguchi ε η 公 司，MiCroceramic Heater Ms — 3，發熱值· 9 w，頂部表 面：10 mm高χ i〇 mm寬）之後，將該陶瓷加熱器開啟， 而該熱輻射薄板21允許維持1〇分鐘。之後，在1〇分鐘 之後，量測陶瓷加熱器15之頂部表面上中心B處的溫度。 再者’除了量測位置C (相對應於前述之熱輻射薄板21 一 側表面上的中央B處，非面對陶瓷加熱器15 )的溫度以外， 還量測了離陶瓷加熱器15中央處280 mm遠之位置D的溫 度。每一個溫度差都利用以下的方程式，從t央B和位置 C及D之溫度來加以測定。此外，在比較例14中在允 許維持1〇分鐘並同時省略熱輻射薄板21之後，量測上述 陶兗加熱器15之中央B處的溫度。 △ τ丨（°c) = ( _央B處之溫度（I) _ (位置c處 的溫度（°c)) 23 I3257!)2 位置C處的溫度（。〇)—(位置D處 基於硬度及其他笑望 一 他导等，來評估每一個實施例之熱輻射 ?板2'的可撓性。在每一個表中之橫列「可撓性」中， 3」係代表熱輻射薄板21 I現了較優異的可撓性，且不 會在熱輻射薄板21$矣^ „ 双之表面中形成皺折或裂縫，即使其已

經被彎曲。「2 ,係仲AA

Δ Τ2 ( °C ) 的溫度（°C )) <可撓性> 」係代表熱輻射薄板21展現了令人滿意之 可撓性，且在正常使用熱輻射薄;fe 21的期間，不會在熱 輻射薄板21之表面中形成皺折或裂缝。「1」則是代表熱 輻射薄板21具有低的可撓性，且會在熱輻射薄板21之表 面中輕易地形成皺折或裂縫。 <形狀跟隨> 田在s平估熱擴散’將每一個熱輻射薄板21黏附至陶瓷 加…、器15上時，評估每一個實施例之熱輻射薄板跟隨陶 瓷加熱器15之表面形狀的能力。在每一個表中之橫列「形 狀跟隨（shape following )」中，.「3」係代表熱輻射薄板 21展現了絕佳的形狀跟隨，且熱輻射薄板21之接觸熱阻 k極低。「2」係代表熱輻射薄板21展現了令人滿意之形 狀跟隨’而熱輻射薄板21之接觸熱阻抗很低。「1」則是 代表熱輻射薄板21具有低的形狀跟隨，且熱輻射薄板21 之接觸熱阻抗很高。 <黏性> 針對每一個實施例之熱輻射薄板21，評估陶瓷加熱器 24 15側的表面黏性。在每 是代表熱輻射薄拓h 」的橫列當中，「3」 的再加工性。「2 ^具有的黏性程度，可以展現較優異 程度，可以展斑二 熱輻射薄板21 *有輕微的黏性 又了以展現令人滿意的再加工性。 =熱輻射薄板21具有黏性，但是 輻薄^的 點性报低’無法展現再加工性。 ”，、“㈣板21的 <表面平滑度> 15側的表面平個實施例之熱輻射薄21 ’評估陶瓷加熱器 中，「Γ是代丧1度3。在每個表之「表面平滑度」的橫列當 同時「2」疋㈣/射薄板21之表面具有高度的平滑度， 号2」係代表熱輻射薄^5 21 滑度。「丨g… 板之表面具有令人滿意的平 因為該導驗填H熱輻㈣板Η ^面平滑度很低， 可歸因於該導轨性填料：Γ:所導致之突出物’以及諸如 之表面上心顯，錢輻射薄板21 <操作性> 21。=對處理)性來評估每一個實施例之熱輕射薄板 母 之「操作性」的橫列當中，「3」是代表埶 轄射薄板^的操作極為簡單，「2」則是代表熱輻射薄板 21的操作簡I’「丨」収代表減㈣板21_，且難 以將熱輻射薄板21黏附於—個希冀的位置上。 25 1325752 表1 實施 例1 實施 例2 實施 例3 實施 例4 實施 例5 實施 例6 實施 例7 平均微粒直 徑（Mm) 3.5 3.5 3.5 8 3.5 10 3.5 導熱 性填 料 具有95%或 更大之微粒 直徑的比例 (%) 0.1 0 0 0 0 0 0 含量（體積 % ) 54 54 54 71 54 67 67 平均 石墨薄板 80 80 80 80 80 130 130 厚度 障壁層 5 5 5 5 5 5 5 (Mm) 彈性層 20 120 280 120 120 120 100 彈性層硬度（形 式A) 23 23 23 26 40 24 24 熱傳 導係 石墨薄板 (表面） 240 240 240 240 240 240 500 數（W / m · 石墨薄板 (厚度） 7 7 7 7 7 7 5 K) 彈性層 1.5 1.5 1.5 8 1.5 3 3 熱阻抗 (°c / w) 0.77 0.92 1.45 0.50 1.48 1.08 0.95 體積電阻率（Ω • cm ) 1.0x10'° l.OxlO10 或者更 高 l.OxlO10 或者更 高 l.OxlO10 或者更 高 1.0x10'° 或者更 高 1.0x10'° 或者更 高 1.0x10'° 或者更 高 熱擴 中央B處 的溫度 (°C ) 106.1 105.4 106.3 97.7 106.5 102.3 100.9 散 Δ T, ( °C ) 9.3 10.1 12.3 7.2 11.2 9.8 9.6 Δ T2 ( °C ) 33.1 33.3 32.9 33.4 33.5 33.3 28.8 3 3 3 3 3 3 3 形狀跟隨 2 3 3 3 2 3 3 黏性 3 3 3 3 3 3 3 表面平滑度 2 3 3 3 3 3 3 操作性 2 3 3 3 3 3 3 26 1325752 表2 實施 例8 實施 例9 實施 例10 實施 例11 實施 例12 實施 例13 導熱 性填 料 Μ L均微粒直徑 (um) 8 45 45 3.5 8 3.5 -有95%或更 t之微粒直徑 的比例（％) 0 0 13 0 0 0 含量（體積％) 71 67 67 54 71 54 平均 厚度 〇m) 石墨薄板 130 130 130 80 80 80 障壁層 5 5 5 5 5 15 彈性層 170 100 100 120 120 120 彈性層硬度（形式A) 26 25 26 60 72 23 熱傳 導係 數（W / m · K) 石墨薄板（表 面） 500 500 500 240 240 240 石墨薄板（厚 度） 5 5 5 7 7 7 彈性層 8 3 3 1.5 8 1.5 熱阻抗（°C / w ) 0.75 0.98 1.02 1.92 1.67 1.23 體積電阻率（Ω · cm ) l.OxlO10 或者更高 l.OxlO10 或者更高 1.0x10'° 或者更高 l.OxlO10 或者更兩 1.0x10'° 或者更高 1.0x10'° 或者更高 熱擴 散 中央B處的 溫度（°C ) 98.8 101.0 101.2 110.6 109.6 110.2 Δ T, ( °C ) 7.8 10.0 10.8 12.6 11.5 13.0 Δ T2 ( °C ) 29.3 28.7 29.1 33.7 33.5 32.9 可撓性 3 3 3 2 2 3 % $狀跟隨 3 3 3 2 2 3 黏性 3 3 3 2 2 3 表面平滑度 3 3 3 3 3 3 操作性 3 3 3 3 3 3 27 1325752

π ο 比較 例1 比較 例2 比較 例3 比較 例4 比較 例5 比較 例6 比較 例7 導熱 性填 料 平均微粒 直徑（/xm) — — 3.5 3.5 — — 55 具有95% 或更大之 微粒直徑 的比例（％) — — 0 0 — — 17 含量（體 積％ ) — — 54 27 — — 54 平均 厚度 (μιη) 石墨薄板 130 510 510 80 130 130 80 障壁層 5 5 5 5 5 5 5 彈性層 — — 80 120 — — 120 彈性層硬度（形 式Α) — — 23 23 — — 23 熱傳導 係數（W / m · K) 石墨薄 板（表 面） 240 240 240 240 500 120 240 石墨薄 板（厚 度） 7 7 7 7 5 16 7 彈性層 — — 1.5 0.3 — — 1.5 熱阻抗（°c / W、 0.80 3.88 1.71 3.16 1.09 0.55 1.11 體積電阻率（Ω • cm ) l.OxlO2 l.OxlO2 l.OxlO10 或者更高 l.OxlO10 或者更高 l.OxlO2 l.OxlO2 l.OxlO10 或者更高 熱擴散 中央B 處的溫 度（。C ) 108.7 106.5 105.9 109.8 107.6 111.3 109.8 Δ T, (°C ) 10.8 15.1 13.5 12.3 11.1 8.5 11.2 Δ Τ2 (°C ) 32.9 33.4 32.7 33.5 28.9 49.3 33.0 可撓性 3 1 1 1 3 2 3 形狀跟隨 1 1 3 3 1 1 1 — 黏性 1 1 3 3 1 1 3 表面平滑度 2 2 3 3 2 2 1 操作性 2 2 3 3 2 2 3 28 1325752 表4 比較 例8 比較 例9 比較 例10 比較 例11 比較 例12 比較 例13 比較 例14 導熱 性填 料 平均微粒 直徑（μπι) 2 — — 10 60 45 — 具有95% 或更大之 微粒直徑 的比例（％) 4 — — 0 0 22 — 含量（體 積％ ) 46 — -— 67 67 67 一 平均 厚度 石墨薄板 100 200 300 — 130 130 — 障壁層 3 5 5 — 5 5 — 彈性層 8 — — 200 100 100 一 彈性層硬度（形 _ 式A) — — — 24 27 27 — 熱傳導 係數（W / m · K) 石墨薄 板（表 面） 240 240 240 — 500 500 — 石墨薄 板（厚 度） 7 7 7 — 5 5 — 彈性層 1.0 — — 3 3 3 _ 熟阻抗（。(：/ W ) 0.98 1.65 2.11 0.45 1.29 1.31 一 髖積電阻率（Ω • cm) l.OxlO4 l.OxlO2 l.OxlO2 l.OxlO10 或者更高 1.0x10 丨0 或者更高 l.OxlO10 或者更高 — 熱擴散 中央Β 處的溫 度（V ) 109.1 107.8 106.9 123.7 108.1 108.3 127.1 Δ Τι (°C ) 10.5 11.7 13.1 6.5 11.5 12.0 — Δ Τ2 (°C ) 34.2 34.4 34.3 83.4 28.5 28.6 — .__ 可撓性 3 3 2 3 3 3 _ 形狀跟隨 1 1 1 3 1 1 --- __黏性 3 1 1 3 3 3 ._____参面平滑度 2 2 2 3 1 1 --— ___操作性 2 2 2 1 3 3 29 1325752 如同在表1與表2中所顯示，關於實施例1至13而言， 對全部參數來說獲得了較優異的結果及評估。因此，每一 個實施例之熱輻射薄板21可較佳地運用在消散來自放熱 主體13所產生之熱的應用當中。 如同在表3與表4中所顯示’由於熱輻射薄板21並未 於比較例1、2、5、6、9和10中具有一層彈性層23，諸 如熱輻射薄板21的形狀跟隨的參數相較於每一個實施例 而言都是較差的。在比較例3之中，由於該石墨薄板22 之平均厚度超過了 300 μιη，使得可撓性相較於每一個實施 例而言都是較差的。在比較例4當中，由於該導熱性填料 之3量少於30體積％，使得彈性層23之熱傳導係數很低， 使得熱聚集在陶瓷加熱器15中，此係相較於每一個實施 例而言。在比較例7和13中，由於導熱性填料之平均微 粒直徑為該彈性層23之平均厚度的95%或者是更高之含 里超過了 15體積％，使得熱輻射薄板21之表面平滑度相 較於每一個實施例都來得差。在比較例8中由於該彈性 層23之平均厚度小於1〇 μιη，使得熱輻射薄板21之形狀 跟隨相較於每一個實施例而言都是較差的。在比較例u 中，由於熱輻射薄板21並未具備石墨薄板22，使得熱聚 集在陶瓷加熱器15中，此係相較於每一個實施例而言。 在比較例12 <#中’由於該導熱性填料之平均微粒直徑超 ^ 了該彈㈣23之平均厚度的鄕，使得該熱輻射薄板 之表面平滑度相較於每一個實施例而言都是較差的。在 '乂例14當甲’由於熱輻射薄板21並未黏附於陶瓷加熱 30 上’使得熱聚集在陶£加熱器15中，此係相較於每 個實施例而言。 本發明之實施例與具體態樣被視為說明示範性質，但 j非為侷限性的，且本發明並未受限於文中所提供的細 節而且可以在所附帶之申請專利範圍的範疇及等同物之 内進行修改。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明具體態樣之熱輻射薄板的橫截面圖； 圖2為熱輻射薄板之橫截面圖； 圖3A為陶瓷加熱器與一層熱輻射薄板的平面圖；以 及 圖3B為陶瓷加熱器與熱輻射薄板的橫截面圖。 【主要元件符號說明】 11 · 熱輻射結構 12. 外殼 12a. 13. 14. 15. 21. 22. 22a. 自由空間 放熱主體 基板 陶瓷加熱器 熱輕射薄板 石墨薄板 表面 31 1325752 23. 彈性層 23a. 表面 24. 障壁層 Β. 中央 C. 位置 D. 位置

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Claims (1)

1325752 十、申請專利範圍： 1 . 一種和放熱主體一起使用之熱輻射薄板，該熱轄射 薄板包括了： 一提供於該放熱主體上之石墨薄板；以及 一層電絕緣彈性層，其係提供於該石墨薄板之相反於 該放熱主體的表面上，其特徵在於： 該石墨薄板具有300 /zm或者是更少的平均厚度； 該彈性層係由彈性組成物所形成，該組成物包含了聚 書合物基質、以及微粒狀之導熱性填料； 該彈性層具有10至280 /xm之平均厚度； 該導熱性填料的平均微粒直徑為該彈性層之平均厚度 的5 0 %或者是更小；以及 該彈性組成物具有30體積％或者是更高之導熱性填料 含量，且平均微粒直徑為該彈性層之平均厚度的％%或者 是更高的導熱性填料佔該彈性組成物的含量為少於15體 積％。 ^ 2.根據申請專利範圍第1項之熱輻射薄板，其特徵在 於在該石墨薄板與該彈性層之間提供一層障壁層，用以抑 制該聚合物基質在該彈性層内朝向該石墨薄板運動。 3根據巾π專利範圍第2項之熱輻射薄板，其特徵在 於該障壁層具有10μιη或者是更少之平均厚度。 根據申吻專利範圍第2項之熱輻射薄板其特徵在 於該聚合物基質為聚石夕氧橡谬或聚異丁稀橡膠，而該障壁 層係由以丙稀酸為基之樹脂材料所形成。 33 1325752 5.根據申請專利範圍第2項之熱輻射薄板，其特徵在 於忒聚合物基質為丙烯酸橡膠，而該障壁層係由以聚矽氧 為基之樹脂材料所形成。 6. 根據申請專利範圍第丨項之熱輻射薄板，其特徵在 於在該石墨薄板之表面上提供一層鋁箔層。 7. 根據申請專利範園第〗項之熱輻射薄板，其特徵在 於該石墨薄板具有80至13〇 μιη之平均厚度，而該彈性層 具有20至170 μιη之平均厚度，該導熱性填料之平均微粒 直徑為該彈性層之平均厚度的1至45%，以及該彈性組成 物具有40至75體積％之導熱性填料含量。 8·根據申請專利範圍第丨項之熱輻射薄板，其特徵在 於該導熱性填料的材料為選自於氧化鋁 '氫氧化鋁、氮化 硼、氮化鋁、氧化鋅、氧化矽、雲母、以及鋅白的至少一 者0

9 ·根射請專利範圍第8項之㈣射薄板，其特徵在 於該導熱性填料之材料為氧化鋁。 1〇 ·根據中請專利範㈣1項之熱輻射薄板，其特徵 在於該彈性層具有40或者是更小的硬度。 11 ·根據申請專利範圍第1〇項之熱輻射薄板，苴特徵 在於該彈性層具有3〇或者是更小的硬度。 12 · 一種熱輻射結構，其包括： 項之熱輻射薄 根據申請專利範圍第1至11項中任一 板； 一外殼；以及 34 1325752 一提供於該外殼内部之放熱主體，其中： 該熱輻射薄板係提供於該放熱主體上，使得該彈性層 之表面與該放熱主體相接觸；以及 該外殼之自由空間的體積係小於該外殼之體積的20 %。 十一、圖式： 如次頁 35