散热装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种散热装置，尤指一种具有复合框体及金属导热薄片二者相辅相成的散热装置。


背景技术：

2.近年来由于高功率的中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等的半导体元件的发展迅速。而电子装置愈趋于轻薄多工，且由于电子元件密度提高、频率增快，经长时间使用后会导致于局部出现过热现象，通常电子装置的晶片在工作时是主要热源，散热不仅是为了降低晶片自身温度以保证其能在要求的温度范围内正常工作，同时还要兼顾散热时不能造成壳体局部过热，给消费者造成不良使用体验，目前电子装置的散热方式，主要是利用简单的开孔、热传导、热对流等方式，但该些散热方式已无法满足现今高效能晶片所产生的热能，因此会有过热的问题，热能无法均匀散布，导致电子装置内部的散热效率降低，进而导致系统指令降频或过慢死机的现象也时有发生。
3.「液态金属」是一种常温下呈现液状的低熔点合金，其主要成分为镓铟锡合金、铟铋锡合金，或铟铋锌合金等所构成；其性质稳定且具有优异的导热及导电性，因此目前有很多业者以「液态金属」作为导热材料来解决上述问题。然而使用液态金属作为散热材料也并非没有缺陷；相对于传统商用热界面材料，镓基液态金属具有极低的热阻，良好的流动性。目前已经有研究人员开发了一种以镓、铟、铋、锡为主要成分的合金，其总热阻最低为0.5k
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mm2/w。但是，镓及镓合金表面张力较大(0.5-0.72n/m)，涂布操作较为困难，存在与基材润湿不良的缺点；液态金属良好的流动性使其容易从界面处溢出，存在使电子元器件短路的风险。
4.目前液态金属在达到相变化温度时，其流动性大幅提高，容易溢出污染电子元器件，因此针对半导体涂抹周边需要设计密封结构，并且以加设中框和铺垫密封材料，以达到防漏、吸收液态金属用量公差，加大散热模块设计难度和局限性。液态金属在常温条件下呈现液状，对涂装工艺有一定限制，液态金属只能单一涂抹在中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等半导体晶片表面，而不能涂抹在散热模块平面处且不流动。液态金属与晶片材质浸润性差，在施工过程中多数呈液珠状，施工难度大于传统导热膏，需要严格控制液态金属的用量以防泄漏。
5.相反的，使用传统导热膏的缺点是他的流动性或延展性差，当其涂抹在中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等半导体晶片表面，或涂抹在散热模块平面处，在操作扣合过程时需使用很大的作用力，才能将传统导热膏压挤，此时很容易伤害半导体晶片，因此使用传统导热膏，半导体晶片与散热模块之间始终无法降低导热膏的厚度，使其厚度都在0.4cm以上，然而过厚的导热膏其热阻大，影响其导热性，为其缺失。
6.市面上液态金属薄片，在到达相变化温度后，会形成流动性较好的流体，无法高效填补晶片与散热模块之间之间隙，甚至应长时间慢慢流失导致模块与晶片之间的界面材料缺料，晶片温度逐渐上升，从而引发晶片过热降频保护。
7.图1a及1b是中国台湾公告第m579819号新型专利，揭示一种散热结构，该散热结构100包括一散热本体110以及一弹性体120。散热本体110具有一结合部111，其中结合部111具有一中央区112及一周围区113，其中中央区112系用以接触发热元件200。弹性体120配置于周围区113以及发热元件200之间，并进而形成一密闭空间s，且密闭空间s系用以容纳一导热介质c。且该弹性体120位于结合部111与发热元件200之间且「抵压」发热元件200，以使结合部111、弹性体120与发热元件200共同形成一密闭空间s。但查，中国台湾m579819号新型专利中，该弹性体120不易定位，造成制程上的困扰；且以该弹性体120“抵压”发热元件200，会对该发热元件200造成压迫，易导致发热元件200的损坏；因此尚有改善空间。
8.本实用新型设计人有鉴于上述问题点，乃针对液态金属导热材料及传统散热结构所造成的缺失，进一步提出解决方案。


技术实现要素：

9.于是，本实用新型的主要目的，在提供一种散热装置，具有散热佳及安全稳定性等多重功效增进。
10.为达上述目的，本实用新型所采用的技术手段，一种散热装置，适用于一基板，且该基板上至少设有一发热元件，该散热装置包含有：一金属散热件，其具有一第一表面及一相对面的第二表面，且该第一表面是面向该发热元件的上方；且该金属散热件的第一表面上镀有一防腐蚀层；
11.其特征在于：
12.该金属散热件与该发热元件之间设有一金属导热薄片；一复合框体，设在该基板与该金属散热件之间，并围绕在该发热元件的四周，该复合框体的围绕面积大于该发热元件的面积，使该复合框体与该发热元件之间形成一间距，且该复合框体至少是由一刚性框体及一缓冲性框体所复合而成，使该复合框体呈现可定位性及可压缩性，且该复合框体的高度大于该发热元件的高度，使该金属散热件紧迫该复合框体下压至使该第一表面的防腐蚀层紧密贴合接触在该金属导热薄片及该发热元件上。
13.依据上揭特征，该复合框体可包括上、下层为刚性框体，中间夹着缓冲性框体所复合而成的三层结构。
14.依据上揭特征，该复合框体可包括上、下层为缓冲性框体，中间夹着刚性框体所复合而成的三层结构。
15.依据上揭特征，该缓冲性框体可包括为泡棉、硅胶、橡胶或其他高分子材料所构成的框体。
16.依据上揭特征，该刚性框体可包括为塑胶、金属或玻璃纤维构成的框体。
17.依据上揭特征，该金属导热薄片可包括呈膏状体或胶固体所构成的非液态片状结构。
18.依据上揭特征，该发热元件可为一半导体晶片。
19.依据上揭特征，该金属散热件的第二表面上还可设有多个散热管、散热鳍片或均热板。
20.依据上揭特征，该防腐蚀层可由镍金属或钛金属所构成。
21.借助上揭技术手段，本实用新型运用复合框体及金属导热薄片的配合，相辅相成，
可同时解决现有的“液态金属”导热材料及“传统散热装置”所造成的缺失，达到相变化温度后，形成胶固体或膏体，在有间隙的界面中完全填充，成为良好的界面材料，即能在晶片上顺利延展呈薄层状，可均匀结合在该热源表面，且未出现固液分离现象，其操作过程不会伤害到晶片，且薄层状的导热胶，可降低热阻，具有散热佳及安全稳定性等多重功效增进。
附图说明
22.图1a是现有中国台湾公告第m579819号专利的立体分解图。
23.图1b是图1a的结构剖视图。
24.图2是本实用新型第一可行实施例的立体分解图。
25.图3是本实用新型第一可行实施例的剖视分解图。
26.图4是本实用新型第一可行实施例的剖视组合图。
27.图5是本实用新型第二可行实施例的剖视分解图。
28.图6是本实用新型第二可行实施例的剖视组合图。
29.图7是本实用新型第三可行实施例复合框体的立体图。
30.附图标记说明：10基板；20发热元件(半导体晶片)；30金属散热片；31第一表面；32第二表面；33防腐蚀层；34散热管；40金属导热薄片；50复合框体；51刚性框体；52缓冲性框体；d间距。
具体实施方式
31.以下系借由特定的具体实施例说明本新型的具体实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本新型的其他优点与功效。本新型也可借由其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本新型的精神下进行各种修饰与变更。
32.首先，请参阅图2～图4所示，本实用新型「散热装置」的第一可行实施例，适用于一基板10，且该基板10上至少设有一发热元件20，该散热装置包含有：一金属散热件30，其具有一第一表面31及一相对面的第二表面32，且该第一表面31是面向该发热元件20的上方；且该金属散热件30的第一表面31上镀有一防腐蚀层33，该防腐蚀层33可由镍金属或钛金属所构成；但不限定于此。镍金属具有极佳的抗腐蚀性，且可以用电镀或涂布的技术，使其附着在该金属散热件30上。如此一来，可使该金属散热件30不易受到该金属导热材料的侵蚀，可确保其使用寿命及可靠度。
33.本实施例中，该基板10可为一印刷电路板，该发热元件20为一半导体晶片，该金属散热件30的第二表面32上还可设有多个散热管34、散热鳍片或均热板；然而，上揭构成系属现有技术(prior art)，非本实用新型的专利标的，容不赘述。
34.本实用新型其主要特征在于：该金属散热件30与该发热元件20之间设有一金属导热薄片40；一复合框体50，设在该基板10与该金属散热件30之间，并围绕在该发热元件20的四周，该复合框体50的围绕面积(a1)大于该发热元件20的面积(a2)，使该复合框体50与该发热元件20之间形成一间距(d)，且该复合框体50至少是由一刚性框体51及一缓冲性框体52所复合而成，使该复合框体50呈现可定位性及可压缩性，且该复合框体50的高度(h1)大于该发热元件20的高度(h2)，使该金属散热件30紧迫该复合框体50下压(f)使该第一表面
31的防腐蚀层33紧密贴合接触在该金属导热薄片40及该发热元件20上。本实施例中，该金属导热薄片40包括呈膏状体或胶固体所构成的非液态片状结构。
35.本实施例中，该复合框体50包括上、下层为刚性框体51，中间夹着缓冲性框体52所复合而成的三层结构，但不限定于此。再者，如图3～图4所示，该复合框体50是可预先设在该金属散热件30底缘，然后再该金属散热件30连同该复合框体50由上而下组合在该基板10上，由于该使复合框体50具有刚性框体51，因此呈现可定位性的功能，方便自动化制程中的安装组合及定位精准度，此为传统全部弹性体构造所无法达成。再者，该复合框体50中夹着该缓冲性框体52，如此一来，即具有可压缩性(弹性)，因此兼具到定位性及缓冲弹性；据此，借由该缓冲性框体52的可压缩缓冲弹性，该复合框体50的高度(h1)缩短至(h2)，使该金属散热件30紧迫该复合框体50下压(f)，可使该第一表面31的防腐蚀层33紧密贴合接触在该金属导热薄片40及该发热元件20上，达到有效散热的功能。是以，该复合框体50的刚性框体51及缓冲性框体52，二者相辅相成，缺一不可。
36.本实施例中，该缓冲性框体50包括为泡棉、硅胶、橡胶或其他高分子材料所构成的框体，但不限定于此。
37.图5及图6是本实用新型第二可行实施例的剖视分解及组合图，本实施例中，相同于前揭实施例的构造以相同图号表示，其差异仅在于：该复合框体50系先设在该基板10上，然后再该金属散热件30由上而下紧迫该复合框体50，使该复合框体50的高度(h1)缩短至(h2)，直到该金属散热件30的防腐蚀层33紧密贴合接触在该金属导热薄片40及该发热元件20上，据此，其与前揭实施例具有相同的功效。
38.图7是本实用新型第三可行实施例的立体图，本实施例中，相同于前揭实施例的以相同图号表示，其差异仅在于：该复合框体50包括上、下层为缓冲性框体52中间夹着刚性框体51所复合而成的三层结构，据此，其与前揭实施例具有相同的功效。
39.本实施例中，该金属导热薄片40是以液态金属合金为基体；包括镓、铟、铋、锡、锌等合金，例如：镓铟锡合金、铟铋锡合金，或铟铋锌合金等，但不限定于此。在一可行实施例中，能以高纯镓、高纯铟、高纯锡，三者纯度为99.9999％，将块状金属镓加热至100℃熔化为液态，按质量比称取镓(68.5％)、铟(21.5％)、锡(10％)，将上述比例原料放置于塑胶容器中，将其放在60℃温水中加热搅拌，直至金属铟、锡完全溶解，可制得的液态镓基合金，其熔点约为10℃的镓铟锡三元合金，但不限定于此。
40.接着将一纳米级高导热粉末20，以平均尺寸10nm～10μm的微粒，溶入该导热基体10中，并使该导热基体10增黏相变化为一金属导热薄片40，其厚度0.3cm～0.5cm；当该金属导热薄片40置于该发热元件20表面，受热相变化延展成为一厚度小于0.3cm的金属导热胶薄层构造。本实施例中，该纳米级高导热粉末，可为圆型或类圆型的微粒构造，以平均尺寸小于10μm的微粒构造为较佳，但不限定于此。且该纳米级高导热粉末包括由金属粉末或非金属粉末所构成的微粒，诸如：金(au)、银(ag)、塑料微珠、玻璃微珠、氧化铝、碳化硅、氮化硼等等材料都可实施。
41.本实施例中，该发热元件20温度大于58℃时，该金属导热薄片40开始产生相变化，延展成该金属导热胶薄层构造，呈膏状体(paste)或胶固体(glue solid)的非液态薄层状结构型态，具有极佳粘着力及填缝性，可均匀结合在该发热元件20表面，且未出现固液分离现象。
42.虽然本实用新型的金属导热薄片40受热后是呈现膏状体(paste)或胶固体(glue solid)，不易有液体泄漏出来，造成短路的问题。但为百分百安全起见，如遇到该发热元件(半导体晶片)20异常而过热，致使该金属导热薄片40有软化疑虑，此时该复合框体50可确保不会造成液体泄漏出来，造成短路的问题，具有双重的安全性保障。
43.本实用新型与现有的“液态金属”导热材料及“传统散热装置”主要的区别技术特征如后：
44.一、本实用新型复合框体50具有刚性及可压缩性(弹性)，因此兼具到定位性及缓冲弹性；使该金属散热件30紧迫该复合框体50下压(f)后，可使该防腐蚀层33紧密贴合接触在该金属导热薄片40及该发热元件20上，达到有效散热的功能。
45.二、本实用新型的金属导热薄片40方便设置在发热元件20上，通过相变化过程，即能在晶片上顺利延展呈薄层状的金属导热胶薄层构造，具有极佳缓冲性及填缝性，这与现有的“液态金属”导热材料完全不同，因此不用担心液体泄漏出来，造成短路的问题，进而具有安全稳定性的功效增进。
46.三、该金属导热薄片40受热后是呈现膏状体(paste)或胶固体(glue solid)，并非是刚性体或固状体，因此其具有弹性，以其设置在发热元件20与该金属散热件30之间，不仅可以使该发热元件20和该金属散热件的界面紧密贴合，显着降低该发热元件20和该金属散热件30之间的接触热阻；且因其具有弹性，可使该发热元件20和该金属散热件30之间，具有一弹性缓冲力，如此一来，该发热元件20不易受到该金属散热件30的压力而造成损害。
47.以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。