TWI813124B - 晶粒異向性鋁合金散熱片晶體取向及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種晶粒異向性鋁合金散熱片晶體取向及其製造方法，係在鋁合金散熱片上經電解產生晶粒排列，製造出晶粒異向性鋁合金散熱片，其結構橫截面部形成晶體取向結構至微米的尺寸：包括晶粒異向性鋁合金散熱片基材有氧化鋁晶粒的沉積。其特徵具有晶粒異向性產生晶體取向之特性，晶粒異向性鋁合金散熱片導熱係數可提高至300 W/m*K，晶體取向與鋁合金散熱片導熱係數有關，能提高散熱率。
Description
本發明為晶粒異向性鋁合金散熱片晶體取向及其製造方法，尤指鋁合金散熱片可經電解產生晶粒排列，製造出晶粒異向性鋁合金散熱片產生晶體取向之技術，以提高導熱係數及散熱率。
鋁合金的散熱片以鋁擠型為基底分為一般式、插片式及壓合式，廣泛應用於設備儀器、太陽能、消費性電子、電力電源、LED、UPS系統、工業電子、電梯、車用及醫療 … 等。例如LED晶片元件會因高溫造成發光效率下降，使用壽命縮短的問題，需要加裝鋁合金散熱鰭片。
純鋁金屬的導熱係數k為240 W/m*K，鋁合金散熱片導熱係數k為150 W/m*K，由公式可知傳導散熱量Ｑ與導熱係數k的關係式為Ｑ=k*A∆t/L，因此要解決高溫產生的散熱問題，除了增加散熱片的面積增加散熱量，此方法適合大型的設備儀器，但電子儀器或元件趨於小型化，鋁合金散熱片也必須符合小型尺寸規格以改善電子儀器或元件的散熱效率。因此要改善散熱率必須提高鋁合金散熱片的導熱係數k，其方法在有機樹脂中添加散熱用的填充劑並塗覆在鋁合金散熱片，其導熱係數可提高至220 W/m*K，另外還有添加各種合金元素，如在97%的鋁中添加銅、鎂、矽、鈦等元素，導熱係數可提高至203 W/m*K。
散熱材料發展至今，電子元件利用石墨片材料具有碳方向結構，使導熱效率提高，但目前碳元素變為稀有，價格變貴，目前產業還是廣泛採用鋁合金散熱片提高散熱率，以節省成本。而鋁合金散熱片皆為鋁金屬晶粒等向性結構，其晶粒方向是雜亂的，並無產生晶粒排列，其晶粒方向與導熱係數性質無關。而晶粒等向性鋁合金散熱片經陽極處理氧化鋁為多晶結構，其產生的優選方向氧化鋁並對導熱係數性質反而是下降的。故目前晶粒等向性鋁合金散熱片與提高導熱係數性質是無相關的，也未有人研究及揭露。
有鑑於上述問題，本發明提供晶粒異向性鋁合金散熱片晶體取向及其製造方法，係在鋁合金散熱片可經電解產生晶粒排列，製造出晶粒異向性鋁合金散熱片，其結構橫截面部形成晶體取向結構至微米的尺寸：包括晶粒異向性鋁合金散熱片基材有氧化鋁晶粒的沉積。其特徵具有晶粒異向性產生晶體取向之特性，晶粒異向性鋁合金散熱片導熱係數可提高至300 W/m*K，晶體取向與鋁合金散熱片導熱係數有關，能提高散熱率，具有創新性、新穎性及進步性。
晶體取向結構包括晶粒異向性鋁合金散熱片基材有氧化鋁晶粒的沉積產生晶體取向。
高解析X光繞射晶體結構分析，氧化鋁晶粒的沉積其組成為結晶的α-Al
2O
3相及其晶體結構為六方晶系。
高解析X光繞射晶體取向分析，由實施例： 製備晶粒異向性鋁合金散熱片有Al2O3晶粒的沉積產生晶體取向，出現Al
2O
3特定晶粒排列X光繞射方向(024)繞射面及繞射峰2θ =52.55 度。由比較例1及2：晶粒等向性鋁合金散熱片經陽極處理產生氧化鋁，則出現Al
2O
3的優選方向(104)繞射面 及繞射峰2θ =35.14 度，包括Al
2O
3(024)繞射面及繞射峰2θ =52.55 度為多晶結構，無晶體取向。
晶粒等向性及晶粒異向性鋁合金散熱片導熱係數量測值分析及比較，由實施例可知，晶粒異向性鋁合金散熱片導熱係數由150可提高至300 W/m*K，這是因為晶粒異向性可提升性質，導熱係數可達倍數，產生晶體取向與導熱係數有關，導熱係數量測值呈非均向性增加的曲線。而比較例：晶粒等向性鋁合金散熱片經陽極處理氧化鋁，產生優選方向與導熱係數是無相關的，導熱係數量測值呈均向性平緩的線，導熱係數為148~158 W/m*K。
請參閱圖1所示，本發明提供晶粒異向性鋁合金散熱片晶體取向及其製造方法，其製造方法如下說明：
將鋁合金散熱片置於電解槽中央位置為陽極，兩邊為陰極為不銹鋼片，使用整流器定電流調整，鋁合金散熱片可經電解產生晶粒排列，製造出晶粒異向性鋁合金散熱片，其結構橫截面部形成晶體取向結構至微米的尺寸(圖1)：包括晶粒異向性鋁合金散熱片基材有氧化鋁晶粒的沉積。
電解液配方及參數：
硫酸(60%) 250 ml
磷酸(60%) 250 ml
其參數為：控制溫度為 60 ℃，定電流 0.5A， 電壓為17~22V，時間30~120 sec。
本發明實施例及比較例： 實施例： 由電解產生晶粒排列製造出晶粒異向性鋁合金散熱片產生晶體取向，如圖1所示。比較例： 由比較例1及2：晶粒等向性鋁合金散熱片經陽極處理產生氧化鋁。
以下實施例及比較例將提供所屬技術領域之通常知識者一完整揭露與描述物品、裝置及/或於此申請專利範圍之方法製作與評估，而其係純粹例示本發明並不用來限制本發明之範疇。
實施例：
將鋁合金散熱片樣本置於電解槽接於陽極，使用含水量2 vol%的電解液［硫酸(60%) 250 ml+磷酸(60%)250 ml］製備晶粒異向性鋁合金散熱片，電解產生晶粒排列，控制溫度為 60 ℃，定電流0.5A， 電壓為17~22V，時間30~120 sec。
比較例：
比較例1及2： 將鋁合金散熱片樣本置於電解槽接於陽極，電解液［硫酸(60%) 250 ml+磷酸(60%)250 ml+水 500 ml］製備晶粒等向性鋁合金散熱片陽極處理產生氧化鋁，陽極氧化，控制溫度為 60 ℃，定電流1A ，電壓為45V，時間2-5 min。
針對本發明方法步驟實施例及比較例進行高解析X光繞射晶體取向分析及導熱係數量測值分析：
高解析X光繞射晶體取向分析： 高解析X光繞射晶體取向分析(圖2)，實施例： 製備晶粒異向性鋁合金散熱片有Al
2O
3晶粒的沉積產生晶體取向，出現Al
2O
3特定晶粒排列X光繞射方向(024)繞射面及繞射峰2θ = 52.55 度，如圖2b。由比較例1及2：晶粒等向性鋁合金散熱片經陽極處理產生氧化鋁，則出現Al
2O
3的優選方向(104)繞射面 及繞射峰2θ = 35.14 度，包括Al
2O
3(024)繞射面及繞射峰2θ = 52.55 度為多晶結構，無晶體取向，如圖2a。
導熱係數量測值分析： 晶粒等向性及晶粒異向性鋁合金散熱片導熱係數量測值分析(圖3)，由實施例：由圖3可知，晶粒異向性鋁合金散熱片導熱係數由150可提高至300 W/m*K，這是因為晶粒異向性可提升性質，導熱係數可達倍數，產生晶體取向與導熱係數有關，導熱係數量測值呈非均向性增加的曲線，而比較例：晶粒等向性鋁合金散熱片經陽極處理氧化鋁，產生優選方向與導熱係數是無相關的，導熱係數量測值呈均向性平緩的線，導熱係數為148~158 W/m*K。
如圖1所示，係利用前述製造方法所得之晶粒異向性鋁合金散熱片，其包括一鋁合金散熱片10以及一橫截面部11。
鋁合金散熱片10包含一基板14以及複數散熱鰭片15，各散熱鰭片15設於基板14一側，各散熱鰭片15之間形成有複數間隙，鋁合金散熱片10經由電解而使其晶粒呈不對稱結構體而具有異向性。
橫截面部11為晶體取向結構至微米的尺寸： 橫截面部11包括晶粒異向性鋁合金散熱片基材12以及氧化鋁晶粒沉積13，其中，氧化鋁晶粒沉積13產生晶體取向，出現Al
2O
3特定晶粒排列X光繞射方向(024)繞射面及繞射峰2θ = 52.55 度如此具晶粒異向性鋁合金散熱片10具有前述導熱係數大為提升，進而提高散熱率之功效。
綜觀上述實施例及比較例分析結果，本發明解決了上述課題，具有進步性。
對於所屬技術領域之人許多改良及變化在不脫離本發明之範疇和精神內是明顯地。本發明之其他實施例對於所屬技術領域之人從說明書思考及於此所揭露本發明之作法係明顯地。說明書及實施例僅為例示性，本發明之真實範疇及精神將於以下申請專利範圍指出。
10:鋁合金散熱片 11:橫截面部
12:晶粒異向性鋁合金散熱片基材 13:氧化鋁晶粒沉積
14:基板 15:散熱鰭片
圖1係為本發明晶粒異向性鋁合金散熱片結構示意圖。
圖2a係為本發明比較例之高解析X光繞射晶體取向分析圖。
圖2b係為本發明實施例之高解析X光繞射晶體取向分析圖。
圖3係為本發明實施例與比較例之導熱係數比較分析圖。
10:鋁合金散熱片 11:橫截面部
12:晶粒異向性鋁合金散熱片基材 13:氧化鋁晶粒沉積
14:基板 15:散熱鰭片
Claims (6)
- 一種晶粒異向性鋁合金散熱片晶體取向製造方法，其包括以下步驟：在一鋁合金散熱片可經電解產生晶粒排列，製造出晶粒異向性鋁合金散熱片，該鋁合金散熱片之結構橫截面部形成晶體取向結構至微米的尺寸：包括一晶粒異向性鋁合金散熱片基材有氧化鋁晶粒的沉積；其中，高解析X光繞射晶體取向分析，製備該晶粒異向性鋁合金散熱片有氧化鋁晶粒的沉積產生晶體取向，出現氧化鋁特定晶粒排列X光繞射方向(024)繞射面及繞射峰2θ=52.55度。
- 如請求項1所述之晶粒異向性鋁合金散熱片晶體取向製造方法，其特徵具有晶粒異向性產生晶體取向之特性。
- 如請求項1所述之所述之晶粒異向性鋁合金散熱片晶體取向製造方法，導熱係數量測值分析：該晶粒異向性鋁合金散熱片導熱係數由150可提高至300W/m*K，這是因為晶粒異向性可提升性質，導熱係數可達倍數，產生晶體取向與導熱係數有關，導熱係數量測值呈非均向性增加的曲線。
- 一種晶粒異向性鋁合金散熱片，其利用請求項1之製造方法而得，該晶粒異向性鋁合金散熱片包括：一鋁合金散熱片，其經由電解而使其晶粒呈不對稱結構體而具有異向性；以及一橫截面部，其為晶體取向結構至微米的尺寸：該橫截面部包括一晶粒異向性鋁合金散熱片基材以及一氧化鋁晶粒沉積，其中，該氧化鋁晶粒沉積產生晶體取向，出現氧化鋁特定晶粒排列X光繞射方向(024)繞射面及繞射峰2θ=52.55 度。
- 如請求項5所述之晶粒異向性鋁合金散熱片，其中，該鋁合金散熱片包含一基板以及複數散熱鰭片，各該散熱鰭片設於該基板一側。
- 如請求項6所述之晶粒異向性鋁合金散熱片，其中，各該散熱鰭片之間形成有複數間隙。
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