交换的空间，以避免产生热淤积现象。较详细地说，所述电镀的电流密度为 lA/dm2~5A/dm2,而所述电锻的时间为60min~180min。
[0066] 并阅图3B至图3D，是揭示利用电子显微镜于450倍率下观察枝晶13A、13B、13C 的外观图，其电镀条件为：电镀温度条件：30°C~60°C、电镀时间：2小时、电流：2. 8A/dm2~ 8A/dm2、电镀液为pH 0~2. 5的含铜电镀液，其中含铜电镀液最佳为pH :1. 45、比重：1. 190， 以由此形成强度更佳及散热效果更佳的铜材质枝晶134、138、13(：。又如图18六至图180为利 用不同参数成型的枝晶，整体形态例如有放射状（图18A、图18B)及柱状（图18C、图18D)， 因此要特别说明的是，枝晶并不限于必须要有主枝及分枝的形态，仅为柱状枝晶也是可行 的形态。
[0067] 并阅图4A，优选的是，在所述步骤A中，所述基材1上还镀有一覆盖须晶层100,所 述覆盖须晶层100的材质为锡、镉、锌、锑、铟的任一种或其组合，所述这些金属材质硬度较 低且延展性佳，因此比较容易在释放内应力时在所述基材1上成长有作为所述晶体成核点 11的一须晶，使所述枝晶13有一定的结合强度。并阅图4B至图4D，为利用扫描式电子显 微镜（SEM)于50倍率下观察不同形态的须晶，虽形态各有差异，但皆为利用延展性佳的覆 盖须晶层释放内应力所生成。
[0068] 但要注意的是，并不以此为限，并阅图5,也可对所述基材Ia进行一加工处理（如 钻削、铣削、车削、锻孔、刨削等切削处理），以在所述基材Ia上形成有作为晶体成核点Ila 的毛边。并阅图6,甚至于可以直接利用所述基材Ib上的一边缘作为晶体成核点11b，主要 目的都是在于利用晶体成核点11使电流在该处产生电流集中效应。
[0069] 还包括一步骤C，所述基材1及所述枝晶13上镀上一抗氧化层14,以避免所述基 材1及所述枝晶13氧化。
[0070] 请参阅图8所示，本发明还提供一种提供方向性热传的枝晶构造的用途及其使用 方法，包含下列步骤：
[0071] A.提供所述提供方向性热传的枝晶构造。
[0072] B.接着使所述提供方向性热传的枝晶构造的所述基材1接触一热源A，以将所述 热源A的热由所述基材1往所述枝晶13的主枝131及分枝132方向传递，但并不以此为限， 也可将所述枝晶13设置在热源A处，以将所述热源A的热由所述枝晶13往所述基材1方 向传递。以下将先配合实验说明本发明提供方向性热传的枝晶构造实际使用的情况。
[0073] 并阅图7及图8,分别为实际样品的外观图以及所述实际样品利用热像呈现枝 晶13的热传效果。并在图7中取三个区域，分析温度变化，并阅表1，观察1号区域可知， 枝晶在过于密集时，容易使温度累积，因此1号区域的枝晶末端处为47. 08°C，温度相对 高于其他树枝状结晶的末端温度；2号区域因为最靠近热源，因此热累积使得2号周围的 温度偏高；3号区域为单一枝晶，观察到接近热源处的温度为47. 39°C，而末端温度则降至 32. 〇rC，可初步推断枝晶有助于散热。
[0074] 表1微孔板成长枝晶热像区域温度比较表：
[0075]
[0076]
[0077] 并阅图9,揭示比较各式试片与本发明枝晶构造，在接触同样热源（LED灯）下， 并持续30分钟的温度比较图，其中，试片包含纯铝板、微孔板、镀铜微孔板，而本发明枝晶 构造则为一组在微孔板上成长高度尺寸3mm的树状枝晶及一种在微孔板上成长高度尺寸 IOmm的树状枝晶。
[0078] 观察可知，在30分钟时，温度最低的为3mm枝晶（温度78.4°C )，温度次高的为 IOmm枝晶（温度为79. 6°C);而微孔板镀铜及镀厚铜，散热效果较纯微孔板效果差，分别为 85. 7 及 83. 9°C。
[0079] 并阅表2,揭示计算各式试片及本发明枝晶构造的热阻值及热传系数，铝板与微孔 板热阻值分别为12. 35及12. KTC /W，微孔板镀枝晶分别为3mm及10mm，热阻值为9. 90及 9. 58°C /W，微孔板镀铜以30min与180min时间，热阻值为10. 55及11. 50°C /W。比较热阻 值差异，可得知微孔板成长枝晶热阻值较低，其中以IOmm为最佳。
[0080] 表2各式试片及本发明枝晶构造的热阻值及热传系数：
[0081]
[0082] 以下通过热像仪拍摄观察温度分布，进一步分析铜质枝晶散热情形及有效辐射区 域。
[0083] 先参阅图10,观察可知枝晶表面与环境温度间具有温差，此温差以温度梯度的方 式往外扩散，并阅图11，枝晶的温度为47. 8°C，而枝晶表面温度为46. 7°C，而温度渐渐往 外扩散温度分别为45°C、39°C与37°C三个阶段，三个阶段的距离分别为0. 38mm、0. 63mm与 1.25mm，三阶段距离分别为0.25mm及0.62mm，所移除的热量比为1:1.9:1. 17,图10中超过 0. 63mm后曲线渐趋平缓，图10中热空气的热像并无空气流动造成的摇摆现象，验证实验在 无风状态，也同时说明热量由枝晶表面通过对流方式加热周围空气，往外渐渐降温，达到散 热效果，有高效的加热空气厚度为〇. 62mm。
[0084] 接着参阅图12,为长度2. 3mm单根枝晶热传情形，并阅图13,可得知0· Omm至 0· 5mm为热源传导至枝晶，在0· 5mm至0· 9mm为枝晶将热散出，在Imm至I. 5mm时，为枝晶 最窄的地方，此区域因散热面积受限，因此温度有所淤积，造成此区域温度无法散去，而到 1. 5mm至2. 5mm，枝晶宽度较大使得淤积的温度可就此散去，整体枝晶温度由46. 4°C降至 37.01：，相差9.41：。
[0085] 接着参阅图14,为长度0. 75mm单根枝晶热传情形，并阅图15,可得知枝晶的温度 为38°C，枝晶热传至0. 2mm至0. 3mm时，因为宽度变小使得温度淤积在36°C，而0. 3mm以后 至枝晶表面的温度为28. 8°C，其中以0· 3mm至0· 75mm温度下降较快，由36°C降至28. 8°C， 而0. 75mm以后温度为恒温。
[0086] 接着参阅图16,揭示两根枝晶间热传情形，并阅图17温度在0. 35mm至0. 5mm为降 温效果最佳区域，温度由51°C降至30°C，而0· 5mm至0· 7mm为恒温，在0· 75mm的枝晶间，热 辐射效果为〇. 2mm，且无热淤积现象产生。由上述可推知，枝晶两侧应需有2. 5mm空间进行 热传效果，如果间距太小会使得热传区域受影响，也无法将热源的热完全排出，会产生热淤 积现象。而单根枝晶传热时，宽度需一致，宽度如果有所缩小时温度会热淤积在此区域，使 得散热效果变差。
[0087] 补充说明本发明实验仪器的红外线热像仪（Thermal Imager Camera)及扫描式电 子显微镜（SEM)的规格，红外线热像仪（Thermal Imager Camera)为利用红外探测器和光 学成像物镜吸收被测物的红外线辐射能量分布，图形反应到红外探测器的光敏元件上，从 中取得红外线热像图，此热像图与物体的热分布场相互对应。本发明的实验使用两台热像 仪分析，分别分析宏观与微观，以了解热传导情形与对流现象。
[0088] 表3为本发明实验热像分析仪器的规格：
[0092] 综合上述实施例的说明，应当可以充分了解本发明的操作、使用及本发明产生的 功效，但以上所述实施例仅为本发明的较佳实施例，应当不能以此限定本发明实施的范围， 即依照本发明申请专利范围及发明说明内容所作简单的等效变化与修饰，皆在本发明涵盖 的范围内。
【主权项】
1. 一种具有枝晶构造的热传单元，包含：一基材，所述基材上间隔设有多个晶体成核 点；多个枝晶，均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。2. 如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，其中，所述枝晶有一主枝及一分枝 连接所述主枝。3. 如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，其中，所述晶体成核点为一须晶 (whisker)、一凸点、一毛边或一边缘的任一种或其组合。4. 如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，其中，所述枝晶在所述基材上的密 度为3根/cm2~15根/cm 2。5. 如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，其中，所述枝晶的长度尺寸为 0.1 mm ~ 15mm〇6. 如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，其中，所述枝晶的长度尺寸为1mm~ 5mm 〇 7?如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，其中，所述间距为0? Imm~5mm。8. 如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，还包括一抗氧化层，用于覆盖所述 基材及所述枝晶。9. 如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，其中，所述枝晶的材料为铜或铜合 金。10. 如权利要求1所述的具有枝晶构造的热传单元，其中，所述枝晶的高度与断面对角 线长度的比值大于2。11. 一种具有枝晶构造的热传单元的用途，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。12. -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。
【专利摘要】一种具有枝晶构造的热传单元、用途及使用方法，用于解决熟知热传元件散热面积不佳的缺陷，枝晶构造包含：一基材及多个枝晶，所述基材上有多个预定的晶体成核点，所述枝晶均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。由此，在使用时，使所述基材接触一热源，使热量由所述基材及该金属层往所述枝晶的所述主枝及所述至少一分枝产生方向性热传，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。
【IPC分类】H05K7/20
【公开号】CN105101742
【申请号】CN201410561912
【发明人】王振兴, 王瑜庆, 吴家毓
【申请人】远东科技大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年10月21日
【公告号】US20150327404