具有枝晶构造的热传单元、用途及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有枝晶构造的热传单元、用途及使用方法，特别是涉及利用金 属离子沉积形成的枝晶作为热传元件，所述枝晶与所利用金属因内应力挤出生成的须晶 (whisker)并不相同。
【背景技术】
[0002] 由于电子装置目前朝向轻量化、薄型化的趋势发展，因此如何让热传元件在体积 更小的条件下，更为迅速、有效地冷却电子装置所产生的热，一直是相关从业者有待克服的 技术问题。
[0003] 目前常见的热传元件，大多利用导热效果好的铜金属或铝金属基板，并在所述铜 金属或铝金属基板上设置有多个散热鳍片，以通过所述散热鳍片作用将冷却电子装置所产 生的热往外传，不过利用散热鳍片及铜金属或铝金属基板本身所能提供的散热面积有限， 难以进一步提升散热效率。
[0004] 另外，有从业者研发，利用原本被视为电镀过程中瑕疵的须晶构造作为热传元 件，主要运用于热管元件中，相关在先案例如有欧洲专利编号EP0999590 "Heat sink for electric and/or electronic devices，'、美国专利编号 US3842474 "Heat transfer between solids and fluids utilizing polycrystalline metal whiskers"及台湾专利 编号201326718 "散热装置的散热结构"等。
[0005] 不过上述须晶是因释放镀层残留的内应力而长出，此机制不仅成长速度相当慢， 而需要较长的制备时间，再者，须晶大多呈杆状且径宽较细，且为单晶型态，无法提供更多 晶界面积，因此能提供的散热面积同样有限，散热效果并不佳。
[0006] 此外，目前电镀中常见的另一种瑕疵为枝晶体，产生原因是由于电镀过程中，金属 离子因为电流集中突起处，此效应影响沉积集中在基材的突起处，长出类似树枝状的晶体， 这种树枝状的晶体由于会严重影响镀件的光滑性及美观性，因此一直被视为需要防止的瑕 疵。
[0007] 例如蔡易达于2008年所著的国立中正大学硕士论文"错合剂于电镀锡-铋无铅焊 料组成控制、黏着性与树枝状结构成长的效应"，其摘要中便提及过去的研究指出以 电镀法所得的Sn-Bi镀层具有黏着性不佳及树枝状结构成长等问题存在。因此，为了有效 抑制树枝状结构的发生，必须加入错合剂或加入界面活性剂予以抑制..."，所以，目前枝晶 体在电镀领域中，仍一直被视为是瑕疵，并未有特殊功效。
【发明内容】
[0008] 因此，为改善熟知的散热元件散热面积有限的缺陷，本发明人致力于研究，提出 一种具有枝晶构造的热传单元，包含：一基材，所述基材上有多个预定的晶体成核点（注： crystal defect);多个枝晶，皆沉积结合在所述基材的晶体成核点上,而所述枝晶彼此间 具有用于热对流的一间距。
[0009] 进一步地,所述枝晶有一主枝及一分枝连接所述主枝。
[0010] 进一步地,所述晶体成核点为一须晶、一凸点、一毛边或一边缘的任一种或其组 合。
[0011] 进一步地，所述枝晶在所述基材上的密度为3根/cm2~15根/cm2。
[0012] 进一步地，所述枝晶的长度尺寸为0.1 mm~15mm。
[0013] 进一步地，所述枝晶的长度尺寸为1mm~5mm。
[0014] 进一步地，所述间距为0· 1謹~5謹。
[0015] 更进一步地，包括一抗氧化层，用于覆盖所述基材及所述枝晶。
[0016] 本发明也涉及一种具有枝晶构造的热传单元的用途，是在一基材上设有至少一枝 晶，使所述基材接触一热源，使热量由所述基材往所述枝晶产生方向性热传，或是将所述枝 晶设置在热源处，以将所述热源的热由所述枝晶往所述基材方向传递。
[0017] 本发明同时涉及一种具有枝晶构造的热传单元的使用方法，先在一基材上设有至 少一枝晶，再进行以下方法：将所述基材设置在一热源上，以将所述热源的热由所述基材往 所述枝晶方向传递，或是将所述枝晶设置在热源处，以将所述热源的热由所述枝晶往所述 基材方向传递。
[0018] 本发明的有益效果在于：
[0019] 1.传统电镀技术一直以来将枝晶视为缺陷，但本发明克服此技术偏见，将该枝晶 应用于热传元件，以提供方向性热传，并通过具有碎形结构的枝晶提供更多的散热面积，以 进一步提升散热效率。
[0020] 2.本发明利用须晶或切削加工提供枝晶生长所需的晶体成核点，使枝晶的生长效 果更佳，并可控制基材上生长枝晶的位置，而具有更高的实用价值。
[0021] 3.本发明利用须晶作为晶体成核点，使枝晶紧密、稳固地结合在基材上，以进一步 增进枝晶的散热效率。
[0022] 4.本发明的多个枝晶彼此间具有一间距，以作为热对流的空间，以避免产生热淤 积现象，确保枝晶的散热效果。
[0023] 5.本发明多个枝晶在长度尺寸为1mm~5mm、枝晶彼此间的间距为0· Imm~5mm 时，散热效果为最佳。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例的生成枝晶的步骤示意图。
[0025] 图2为本发明实施例的生成枝晶的流程示意图。
[0026] 图3A为本发明实施例利用扫描式电子显微镜于不同倍率观察枝晶的外观图。
[0027] 图3B为本发明另一实施例利用光学显微镜于450倍率观察枝晶的显微外观图之 〇
[0028] 图3C为本发明另一实施例利用光学显微镜于450倍率观察枝晶的显微外观图之 --〇
[0029] 图3D为本发明另一实施例利用光学显微镜于450倍率观察枝晶的显微外观图之 __ O
[0030] 图4A为本发明实施例须晶的电脑造影外观图之一。
[0031] 图4B为本发明实施例须晶的电子显微镜外观图之二。
[0032] 图4C为本发明实施例须晶的电子显微镜外观图之三。
[0033] 图4D为本发明实施例须晶的电子显微镜外观图之四。
[0034] 图5为本发明实施例利用钻孔产生毛边的平面示意图。
[0035] 图6为本发明实施例利用基材边缘成长枝晶的平面示意图。
[0036] 图7为本发明实施例实际样品的外观示意图。
[0037] 图8为本发明实施例图7的热像示意图。
[0038] 图9为本发明实施例与各式试片，在接触同样热源（LED灯）下，并持续30分钟的 比较图。
[0039] 图10为本发明实施例枝晶表面热空气情形的热像TJK意图。
[0040] 图11为本发明实施例枝晶表面的温度曲线示意图。
[0041] 图12为本发明实施例3mm单根枝晶热传情形的热像示意图。
[0042] 图13为本发明实施例3mm单根枝晶热传情形的温度曲线示意图。
[0043] 图14为本发明实施例(λ 75mm单根枝晶热传情形的热像示意图。
[0044] 图15为本发明实施例0. 75mm单根枝晶热传情形的温度曲线示意图。
[0045] 图16为本发明实施例两根枝晶之间热空气情形的热像示意图。
[0046] 图17为本发明实施例两根枝晶之间热传情形的温度曲线示意图。
[0047] 图18A、图18B、图18C、图18D为利用不同沉积参数成型的不同枝晶形态。
[0048] 其中，
[0049] (I) (la) (Ib) 基材
[0050] (100) 覆盖须晶层
[0051] (11) (Ila) (Ilb) 晶体成核点
[0052] (12) 金属层
[0053] (13) (13A) (13B) (13C) 枝晶
[0054] (131) 主枝
[0055] (132) 分枝
[0056] (14) 抗氧化层
[0057] (A) 热源
[0058] (D) 间距
【具体实施方式】
[0059] 综合上述技术特征，本发明提供方向性热传的枝晶构造、用途及使用方法的主要 功效将在下述实施例中清楚呈现。
[0060] 先参阅图1和图2,是揭示本发明实施例的方向性热传的枝晶构造及其制备步骤 流程图及制备流程图。
[0061] A.提供一基材1,所述基材1上有多个晶体成核点11 (crystal defect)。在此要 先说明的是，晶体成核点11 (crystal defect)在本发明中的定义不仅涵盖一般点缺陷、线 缺陷等晶体结构规律性被破坏的形态，也涵盖须晶（whisker)形态。较佳的是，所述基材1 为导电性及导热性高的金属，例如铜或铝，并对所述基材进行前处理，所述前处理包含一用 于去除油脂的脱脂程序及一敏化程序，所述敏化程序将所述基材浸泡于一酸性溶液中，以 增进电镀时所述金属离子的附着效果。
[0062] 但要特别说明的是，所述基材1并不限于导电材质，也可为塑胶或陶瓷等不导电 的材质，在基材1为塑胶或陶瓷时，须先经过化学腐蚀、表面活性化等程序，但此处为熟知 技术，因此并不予以赘述。
[0063] 最好是，先在所述基材1上的一预定位置上设置导电性较差的一遮件，使所述预 定位置不成长后述的枝晶13。例如，在该基材1周围设置不锈钢片。
[0064] B.将所述基材1作为电镀的电极，以利用沉积法将多个金属离子沉积在所述基材 1以形成一金属层12,所述金属离子将因电流集中效应而在所述晶体成核点11上成长一枝 晶13。但要特别说明的是，所述金属层12并非必须完整覆盖在基材1上，可以利用电流集 中效应原理而单独成长枝晶13即可。所述沉积法例如有电镀法、物理气相沉积（PVD)、化学 气相沉积等（CVD)等皆为可行的手段，在本实施例中以电镀法作为示例。
[0065] 并阅图3A，是揭示利用扫描式电子显微镜（SEM)于不同倍率观察枝晶13的外观 图，所述枝晶13包含一主枝131及连接所述主枝131的至少一分枝132。优选是，所述枝 晶13在所述基材1上的密度为3根/cm2~15根/cm2、所述枝晶13的长度尺寸为0.1 mm~ 15mm。最好是，所述枝晶13的长度尺寸为1mm~5mm，且所述枝晶13彼此间具有一间距D， 所述间距D优选至少为0.1 mm~5_，其中，枝晶的高度与断面对角线长度的比值大于2,以 提供足够作为热