TWI748740B - 散熱導電軟板 - Google Patents

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TWI748740B TW109139245A TW109139245A TWI748740B TW I748740 B TWI748740 B TW I748740B TW 109139245 A TW109139245 A TW 109139245A TW 109139245 A TW109139245 A TW 109139245A TW I748740 B TWI748740 B TW I748740B
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Abstract

本發明乃是一種散熱導電軟板，其組成包含：至少一單層薄板，該單層薄板之結構包含：一第一導電薄層及一第一功能薄層；與至少一雙層薄板，該雙層薄板之結構包含：一第二導電薄層、一第二功能薄層及一第三功能薄層，利用至少一噴塗、塗布與印刷方式製作出該單層薄板與雙層薄板，並將該單層薄板搭配該雙層薄板疊合貼合成型，組成具有多層導電結構的散熱導電軟板。本發明是可以製作大面積導熱導電軟性基板結構，且具有定型化基礎一單層薄板及一雙層薄板，可依據功能所需選擇性搭配組合，對於日益少量多樣化產品開發，具有更高自由度及材料搭配性。

Description

散熱導電軟板
本發明涉及用於高頻率電子元件之具散熱及導電之軟性基板，尤其該散熱導電軟板具高散熱及薄型化特徵，以解決高發熱電子元件無法微型化或薄型化之不可解決之問題。
現今之通訊電子產品已成為人類的生活必須，其要求高速度傳輸、高處理效能及薄行化趨勢下，可撓曲性之軟性基板已大量使用於各類電子裝置，但目前軟性線路板散熱效果不佳，如需連結高發熱電子元件，仍須採用傳統如陶瓷硬板或鋁金屬硬板連結軟性基板，以解決高溫散熱之問題。傳統低發熱晶片或低發熱電子元件，可利用軟性電路板承載，如承載高發熱晶片之硬板或電子元件，一般是與軟性電路板之連接墊相連接。而傳統軟性基板目前仍僅是用於導電性需求之連接用途居多，如需承載高發熱晶片或高發熱電子元件仍須進一步開發研究。晶片或電子元件運作時產生熱能，其晶片或電子元件之溫度升高，因此軟性電路板之連接墊與該晶片或電子元件之連接處容易因為高溫產生劣化，易造成運作失效。同時軟性電路板之溫度升高，會造成其他電子元件本身之效能下降。而近期熱議的次世代5G通訊協定，其使用毫米波高頻傳輸導致的高溫，該晶片高溫甚至達到200℃，這也是在耐高溫電子材料上最需克服的技 術。
先前技術針對軟性線路板結構承載發熱元件之研究，如中華民國專利號TW201927084A所揭露，一種軟性線路板結構適於承載一發熱元件並包括一軟性基板以及至少一導熱貫孔。軟性基板包括一絕緣層、一第一圖案化金屬箔層以及一第二圖案化金屬箔層，其中第一圖案化金屬箔層以及第二圖案化金屬箔層分別設置於絕緣層的相對兩表面。發熱元件適於設置於第一圖案化金屬箔層，且第二圖案化金屬箔層的一厚度大於第一圖案化金屬箔層的一厚度。導熱貫孔貫穿軟性基板，並與發熱元件熱耦接。
先前技術針對硬質陶瓷銅箔基板研究，如中華民國專利號TW201011936A所揭露，一種發光二極體及其製程，其係利用高溫壓合金屬及黃光微影技術製備一陶瓷銅箔基板，再透過固晶、打線製程或覆晶技術形成發光二極體迴路。最後，再使用環氧化物(Epoxy)、聚矽氧烷樹脂或矽膠(Silicone gel)等封裝材料以轉注成形(Transfer molding)、射出成形(Injection molding)方式封裝此一發光二極體。又一先前技術針對軟性陶瓷基板研究，如中華民國專利號TWI487073B所揭露，一種軟性陶瓷基板，其主要係使用陶瓷粉末組合物之軟性基板，該基板係由一層厚度介於一定厚度之銅箔基材，作為蝕刻電路板線路使用，金屬基板之表面設置有一陶瓷粉與一定重量比之膠混合成之陶瓷組合物層，該層陶瓷組合物層，係利用膠包覆該層陶瓷粉末組成物之晶體間隙，使陶瓷粉末間相互黏接，形成一特定厚度之軟性陶瓷組合物層，並使陶瓷粉末與金屬基板黏接，以支撐發熱元件，並引導、散發由發熱元件所發出之熱度。先前技術針對軟性陶瓷散熱片研究，如中華民國專利號TW201627255A所揭露，一種軟性陶瓷散熱片及其製造方法，其主要係由一高純度的碳化矽粉材與一低溫結合劑攪拌後，經塑坯、烘烤後而形成一基本板 材，而所述的低溫結合劑可為一環氧樹酯，透過其具有的軟性及軔性特性，使基本板材可產生彎曲以及易於加工裁切的功效，且添加的低溫結合劑，可藉由樹酯硬化作用，有效去除高溫燒結過程中所產生的生成物或氧化物，以使其所製成的軟性陶瓷散熱片材具較佳的散熱效果。
綜合過去研究軟性陶瓷散熱片製程繁雜且無法製造大面積化。因此本發明人曾申請中華民國專利號TWM536989U中所揭露，一種大面積陶瓷基板結構，其包括：一銅薄層，靠近發熱元件；一陶瓷層及一導熱層；其特徵是利用陶瓷層高導熱與高絕緣特性將銅薄層與導熱層區隔，以保護銅薄層導電電路；復以導熱層高導熱特性將發熱元件之熱能均勻帶走，以達散熱功能。
本發明人深知目前軟性基板難以製作大面積化產品，仍卷對卷方式大面積製作產線速度無法提升，更甚製作大面積散熱導電軟性基板，軟性基板材料壓合、對位等製程繁瑣先前製程產速較慢，且導入陶瓷等散熱材料於結構中生產及使用時易產生裂痕，其導熱不足及易裂是目前技術無法突破的課題。本發明是可以製作大面積導熱導電軟性基板結構，且具有定型化基礎一單層薄板及一雙層薄板，可依據功能所需選擇性搭配組合，對於日益少量多樣化產品開發，具有更高自由度及材料搭配性。本發明乃是一種散熱導電軟板，其組成包含：至少一單層薄板，該單層薄板之結構包含：一第一導電薄層，該第一導電薄層之厚度介於0.1微米~5釐米並與第一功能薄層相互疊合；及一第一功能薄層，該第一功能薄層為陶瓷材料、石墨烯材料或膠合材料；與至少一雙層薄板，該雙層薄板之結構包含：一第二導電薄層，該第二導電薄層之厚度介於0.1微米~5釐米並疊合於第二功能薄層及第三功能薄層中間；一第二功能薄層，該第二功能薄層為陶瓷材料、石墨烯材料或膠合材料；及一第三功能薄 層，該第三功能薄層為陶瓷材料、石墨烯材料或膠合材料；其特徵是，利用至少一噴塗、塗布與印刷方式製作出該單層薄板與雙層薄板，並將該單層薄板搭配該雙層薄板疊合貼合成型，組成具有多層導電結構的散熱導電軟板。其中，第一導電薄層與第二導電薄層之材料為至少一銅箔、鋁箔、銀漿、奈米碳管、導電油墨、錫漿和銅漿。第一導電薄層與第二導電薄層具有導通線路圖樣，以提供電子通導。該至少一第一功能薄層、第二功能薄層和第三功能薄層，為陶瓷材料，其厚度為0.1~100微米。該至少一第一功能薄層、第二功能薄層和第三功能薄層，為石墨烯材料，其厚度為0.1~100微米。該至少一第一功能薄層、第二功能薄層和第三功能薄層，為膠合材料，其厚度為0.1~100微米。該單層薄板與雙層薄板使用大面積卷對卷型態或片對片型態貼合，且該卷材或片材幅寬為大於等於125釐米。該散熱導電軟板的總厚度為大於等於25微米。更近一步，該散熱導電軟板可直接切割應用成為複合散熱片，其複合散熱片的無效邊緣外露於環境中提供散熱所需之散熱面積。更近一步，該散熱導電軟板可直接切割應用成為可彎折立體複合散熱片，其可彎折立體複合散熱片的無效邊緣外露並彎折於環境中提供立體型態散熱所需之散熱面積。本發明具可彎曲性、可任意搭配組合、簡化製程之特性，其有別於過去習知技藝具差異化，其新穎、進步及實用效益無誤。有關本創作所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明於後，相信本創作上述之目的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。
101:單層薄板
1011:第一導電薄層
1012:第一功能薄層
201:雙層薄板
2011:第二導電薄層
2012:第二功能薄層
2013:第三功能薄層
第1圖係顯示發明散熱導電軟板之單層薄板結構圖。
第2圖係顯示發明散熱導電軟板之雙層薄板結構圖。
第3圖係顯示發明散熱導電軟板之一單層薄板貼合一雙層薄板結構圖。
第4圖係顯示發明散熱導電軟板之二單層薄板貼合一雙層薄板結構圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之其他優點與功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
首先敬請閱第1圖係顯示發明散熱導電軟板之單層薄板結構圖，顯示本發明為一種散熱導電軟板，其組成中包含：至少一單層薄板101，該單層薄板101之結構包含：一第一導電薄層1011，該第一導電薄層1011之厚度介於0.1微米~5釐米並與第一功能薄層1012相互疊合；及一第一功能薄層1012，該第一功能薄層1012為至少一陶瓷材料、石墨烯材料和膠合材料。其中，該膠合材料選用至少一環氧化物(Epoxy)、聚矽氧烷樹脂或矽膠(Silicone gel)、壓克力(Acrylic)之高分子材料。
第2圖係顯示發明散熱導電軟板之雙層薄板結構圖，說明與至少一雙層薄板201，該雙層薄板201之結構包含：一第二導電薄層2011，該第二導電薄層2011之厚度介於0.1微米~5釐米並疊合於第二功能薄層2012及第三功能薄層中間；一第二功能薄層2012，該第二功能薄層2012為陶瓷材料、石墨烯材料或膠合 材料；及一第三功能薄層2013，該第三功能薄層2013為陶瓷材料、石墨烯材料或膠合材料。其中，該膠合材料選用至少一環氧化物(Epoxy)、聚矽氧烷樹脂或矽膠(Silicone gel)、壓克力(Acrylic)之高分子材料。
由第1~2圖單層薄板101及雙層薄板201之結構相互貼合，第3圖係顯示發明散熱導電軟板之一單層薄板101貼合一雙層薄板201結構圖，顯示本發明其特徵是，利用至少一噴塗、塗布與印刷方式製作出該單層薄板101與雙層薄板201，並將該單層薄板101搭配該雙層薄板201疊合貼合成型，組成具有多層導電結構的散熱導電軟板。其中，第一導電薄層1011與第二導電薄層2011之材料為至少一銅箔、鋁箔、銀漿、奈米碳管、導電油墨、錫漿和銅漿。第一導電薄層1011與第二導電薄層2011具有導通線路圖樣，以提供電子通導。該至少一第一功能薄層1012、第二功能薄層2012和第三功能薄層2013，為陶瓷材料，其厚度為0.1~100微米。該至少一第一功能薄層1012、第二功能薄層2012和第三功能薄層2013，為石墨烯材料，其厚度為0.1~150微米。該至少一第一功能薄層1012、第二功能薄層2012和第三功能薄層2013，為膠合材料，其厚度為0.1~100微米。該單層薄板101與雙層薄板201使用大面積卷對卷型態或片對片型態貼合，且該卷材或片材幅寬為大於等於125釐米，該幅寬是習知陶瓷板穩定生產的寬幅尺寸，本發明既可以涵蓋習知陶瓷基板寬幅尺寸，亦可設定大於習知陶瓷基板之寬幅尺寸。該散熱導電軟板的總厚度為大於等於25微米。本發明結構及方法能夠簡易組配多層之複合散熱片，第一導電薄層1011及第二導電薄層2011使用之厚度5釐米銅片，亦可製作厚度較厚之大面積複合散熱片。
為使審查委員更進一步了解本創作實際應用情境，舉例多層散熱導電軟板之應用領域，如第4圖係顯示發明散熱導電軟板之二單層薄板101貼合一雙層薄板201結構圖，二單層薄板101貼合一雙層薄板201，其具有三層導電薄層，二第 一導電薄層1011包夾一第二導電薄層2011，組成一模組化結構，其第一導電薄層1011及第二導電薄層2011為蝕刻線路之銅箔或至少一鋁箔、銀漿、奈米碳管、導電油墨、錫漿和銅漿，其利用塗布或印刷電路方式，將導電線路分別固著於第一功能薄層1012及第二功能薄層2012之表面。其單層薄板101與雙層薄板201具有任意堆疊之特性。其中，該第一功能薄層1012為陶瓷材料或石墨烯材料，其具有高效率散熱特性。第二功能薄層2012及第三功能薄層2013為膠合材料，使其具有該二單層薄板101膠合其一雙層薄板201。本發明利用卷對卷的方式製造成為大尺寸的單層薄板101及雙層薄板201，只要對貼即可再以鑽孔或用雷射蝕刻雕刻製做成多層散熱導電軟板，其堆疊方式可任意堆疊或貼合，使製程更具彈性。本發明可複合多層單層薄板101與雙層薄板201，其成品相較於現有軟性基板具薄型化效果，其各功能薄層為散熱材，使所有的發熱電子元件基本上不需要加裝額外的散熱模組，使熱能可從層間散逸掉，而且其可撓曲特性可以捲成為卷材，可以捲成產品結構所需的形狀，其中功能薄層為陶瓷材料，使本發明導熱導電軟板具有耐高電壓、可以任意彎曲、及本體即是高散熱的複合導電軟性基板。
第3~4圖更進一步可搭配鑽孔方式再灌入導電之至少一銀漿、奈米碳管、導電油墨、錫漿和銅漿，其將各層導電薄層串接通導各層間電流。本發明可製作為大面積散熱導電軟板，後加工可任意切割成小尺寸散熱導電軟板，由於導電線路佈局已於先前製成完成線路佈局，各功能薄層具有散熱材，使所有的發熱電子元件基本上不需要加裝額外的散熱模組，使電子裝置可更微小化。無論未來電子通訊5G、6G高發射頻的軟性基板應用，或是車載電子元件、微波發射即接收器使用上都具有最佳應用可行性。製程方面搭配電漿機、噴塗機、印刷機與隧道烤箱，即可將銅卷放卷作表面電漿處理，再經噴塗第一功能薄層、第二功能薄層或第三功能薄層。再經過隧道烤箱固化其各功能薄層。最後收卷成為基礎單層薄板101及雙層薄板201。導電線路設計可利用噴塗、塗布或印 刷方式成型於第一功能薄層、第二功能薄層或第三功能薄層上，亦可外加載體方式將導電線路圖形成型，本發明結構相較於傳統玻璃纖維板及聚醯亞胺軟性基板厚度較薄化，同時具有散熱之功能薄層，又具有耐電壓之特性不易擊穿。不需加裝散熱片或石墨紙以增加其承載之發熱電子元件。本發明散熱導電軟板耐電壓比傳統銅基板高，經測試該至少一第一功能薄層1012、第二功能薄層2012和第三功能薄層2013，為陶瓷材料，其厚度為0.1~150微米，可耐電壓達500V~20KV。更進一步，該散熱導電軟板可直接切割應用成為複合散熱片，其複合散熱片的無效邊緣外露於環境中提供散熱所需之散熱面積。該散熱導電軟板可直接切割應用成為可彎折立體複合散熱片，其可彎折立體複合散熱片的無效邊緣外露並彎折於環境中提供立體型態散熱所需之散熱面積。
本發明乃是一種卷對卷方式或片對片方式製作大面積散熱導電軟板之結構及方法，解決傳統聚醯亞胺軟性基板材料壓合、對位等製程繁複於先前製程無法提升產速，本發明具有基礎單層薄板101與雙層薄板201可達到快速客製化自由搭配貼合之特徵，因應少量多樣化之工業需求，且製作過程利用至少一噴塗、塗布與印刷方式製作出該單層薄板與雙層薄板，可使生產製造之速度提升並簡化製程之優點，有別於過去習知技藝具差異化，其新穎、進步及實用效益無誤。故可有效改進習知缺失，使用上有相當大之實用性。
綜觀上述，本創作實施例所揭露之具體構造，確實能提供基礎單層薄板101與雙層薄板201任意貼合之特徵，卷對卷製作大面積製作散熱導電軟板之應用，以其整體結構而言，既未曾見諸於同類產品中，申請前亦未見公開，誠已符合專利法之法定要件，爰依法提出發明專利申請。
惟以上所述者，僅為本創作之一較佳實施例而已，當不能以此限定本創 作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及創作說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。
101:單層薄板
1011:第一導電薄層
1012:第一功能薄層
201:雙層薄板
2011:第二導電薄層
2012:第二功能薄層
2013:第三功能薄層

Claims (10)

  1. 一種散熱導電軟板，其組成包含：至少一單層薄板，該單層薄板之結構包含：一第一導電薄層，該第一導電薄層之厚度介於0.1微米~5釐米並與第一功能薄層相互疊合；及一第一功能薄層，該第一功能薄層為陶瓷材料、石墨烯材料或膠合材料；與至少一雙層薄板，該雙層薄板之結構包含：一第二功能薄層，該第二功能薄層為陶瓷材料、石墨烯材料或膠合材料；一第三功能薄層，該第三功能薄層為陶瓷材料、石墨烯材料或膠合材料；及一第二導電薄層，該第二導電薄層之厚度介於0.1微米~5釐米並疊合於第二功能薄層及第三功能薄層中間；其特徵是，利用至少一噴塗、塗布與印刷方式製作出該單層薄板與雙層薄板，並將該單層薄板搭配該雙層薄板疊合貼合成型，組成具有多層導電結構的散熱導電軟板。
  2. 如請求項1所述之散熱導電軟板，其中，第一導電薄層與第二導電薄層之材料為至少一銅箔、鋁箔、銀漿、奈米碳管、導電油墨、錫漿和銅漿。
  3. 如請求項1所述之散熱導電軟板，其中，第一導電薄層與第二導電薄層具有導通線路圖樣，以提供電子通導。
  4. 如請求項1所述之散熱導電軟板，其中，該至少一第一功能薄層、 第二功能薄層和第三功能薄層，為陶瓷材料，其厚度為0.1~150微米。
  5. 如請求項1所述之散熱導電軟板，其中，該至少一第一功能薄層、第二功能薄層和第三功能薄層，為石墨烯材料，其厚度為0.1~150微米。
  6. 如請求項1所述之散熱導電軟板，其中，該至少一第一功能薄層、第二功能薄層和第三功能薄層，為膠合材料，其厚度為0.1~100微米。
  7. 如請求項1所述之散熱導電軟板，其中，該單層薄板與雙層薄板使用大面積卷對卷型態或片對片型態貼合，且該卷材或片材幅寬為大於等於125釐米。
  8. 如請求項1所述之散熱導電軟板，其中，該散熱導電軟板的總厚度為大於等於25微米。
  9. 如請求項1所述之散熱導電軟板，更近一步，該散熱導電軟板可直接切割應用成為複合散熱片，其複合散熱片的無效邊緣外露於環境中提供散熱所需之散熱面積。
  10. 如請求項1所述之散熱導電軟板，更近一步，該散熱導電軟板可直接切割應用成為可彎折立體複合散熱片，其可彎折立體複合散熱片的無效邊緣外露並彎折於環境中提供立體型態散熱所需之散熱面積。
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