金属箔及其复合式散热片 |
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| 申请号 | CN201610023563.1 | 申请日 | 2016-01-14 | 公开(公告)号 | CN106257974B | 公开(公告)日 | 2019-06-11 |
| 申请人 | 中原大学; 骏沛应用炭素科技股份有限公司; | 发明人 | 刘伟仁; 谢政哲; 沈骏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高导热与高 辐射 热吸收的金属箔，其具有220g/m2以上的基重值及大于90％以上的金属含量。此外，本发明另外提供一种复合式 散热 片，包括一金属箔，其具有相对的一第一表面及一第二表面，其中该金属箔具有220g/m2以上的基重值及90％以上的金属含量，以及至少一氮掺杂 石墨 烯层，其设置于该金属箔的该第一表面及该第二表面中的至少一表面上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种金属箔，其特征在于，其具有220g/m2以上的基重值及大于90％以上的金属含量； |
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| 说明书全文 | 金属箔及其复合式散热片技术领域背景技术[0002] 近年来，由于电子元件的散热需求大幅提升，使得散热材料的使用需求也跟着大幅提升。目前常见的散热材料主要可分为金属散热材料及非金属散热材料，其中由于金属散热材料具有散热性佳、易取得、方便加工及材料成本低等多项优点，已成为目前最常用的散热材料，常用的金属材料包括有铜箔、铝箔、金箔及银箔等。然而，由于电子产品的功能日趋复杂，使其内部所配置的电子元件的消耗功率相对变大，造成传统的金属散热材料所具有的散热效果已不敷使用，因此亟需一种具有高导热与高辐射热吸收的新型金属散热材料。 发明内容[0003] 本发明的主要目的在于提供一种高导热与高辐射热吸收的金属箔及其复合式散热片，且可用于工业化连续式生产。金属箔材料可选自铜、铝、铜合金及铝合金中的至少一种材料，本发明不以此为限。于本发明实施例中，金属箔为一铜箔，并针对该铜箔的基重值大小、铜含量范围及表面粗糙度结构的调整，来形成具有高导热与高辐射热性能的铜箔及其复合式散热片结构，其中铜箔种类可为压延铜箔或电解铜箔，利用在制备复合式散热片前，改变铜箔本身的基重值、铜含量或是铜箔表面粗糙度结构。此作法可以提升铜箔本身导热性质，而粗糙度结构部分可以增加铜箔本身对于辐射热有更高的吸收效果，也可增加对于包括氮掺杂石墨烯的涂布层或其他涂布层间的接触面积及接合强度，利用此简单的方法将铜箔及其复合式散热片本身的最大导热性提升至最大效果。 [0004] 此外，本发明进一步提供一种具有不同基重值及含铜量的金属箔及其复合式散热片。金属箔材料可选自铜、铝、铜合金及铝合金中的至少一种材料，本发明不以此为限。于本发明实施例中，金属箔为一铜箔。可利用双面胶将该铜箔或复合式散热片贴在测试治具中的基材上面，以使铜箔或复合式散热片对准热源，以吸收CPU或是电池散发出的热量，将其热量以热传导或热辐射方式导离热源，避免热源残留于电子产品中导致电池效能降低或是电子零件损坏。 [0005] 根据上述的目的，本发明提供一种金属箔，其具有220g/m2以上的基重值及大于90％以上的金属含量。 [0006] 如前述的金属箔，其中该金属箔为一铜箔。 [0007] 如前述的金属箔，其中该金属箔具有220至884g/m2的基重值。 [0008] 如前述的金属箔，其中该金属箔具有98％以上的金属含量。 [0009] 如前述的金属箔，其中该金属箔具有相对的一第一表面及一第二表面，且该第一表面及该第二表面中的至少一表面具有0.19μm≦Ra≦0.23μm的粗糙结构 [0010] 如前述的金属箔，其中该金属箔具有相对的一第一表面及一第二表面，且该第一表面及该第二表面中的至少一表面粗糙雾面结构具有1.3μm≦Rt≦1.84μm的粗糙结构[0011] 如前述的金属箔，其中该金属箔具有相对的一第一表面及一第二表面，且该第一表面及该第二表面中的至少一表面粗糙雾面结构具有1.02μm≦Rz≦1.07μm的粗糙结构。 [0012] 如前述的金属箔，其中该金属箔具有308至 的晶粒大小。 [0013] 如前述的金属箔，其中该金属箔具有25 [0014] 本发明另外提供一种复合式散热片，包括一金属箔，其具有相对的一第一表面及一第二表面，其中该金属箔具有220g/m2以上的基重值及90％以上的金属含量，以及至少一氮掺杂石墨烯层，其设置于该金属箔的该第一表面及该第二表面中的至少一表面上。 [0015] 如前述的复合式散热片，其中该金属箔为一铜箔。 [0016] 如前述的复合式散热片，其中该金属箔较佳具有220至884g/m2的基重值。 [0017] 如前述的复合式散热片，其中该金属箔较佳具有98％以上的铜含量。 [0018] 如前述的复合式散热片，其中该第一表面及该第二表面中的至少一表面[0019] 较佳具有0.19μm≦Ra≦0.23μm的粗糙结构。 [0020] 如前述的复合式散热片，其中该第一表面及该第二表面中的至少一表面[0021] 较佳具有1.3μm≦Rt≦1.84μm的粗糙结构。 [0022] 如前述的复合式散热片，其中该第一表面及该第二表面中的至少一表面[0023] 较佳具有1.02μm≦Rz≦1.07μm的粗糙结构。 [0024] 如前述的复合式散热片，其中该金属箔具有308至 的晶粒大小。 [0025] 如前述的复合式散热片，其中该金属箔具有25 [0026] 图1为根据本发明对照例、比较例1-7及实施例1-12所述的铜箔结构示意图； [0027] 图2为根据本发明实施例13所述的复合式散热片结构示意图； [0028] 图3为根据本发明实施例14所述的复合式散热片结构示意图； [0029] 图4为根据本发明对照例、比较例1-7及实施例1-12所述的铜箔的散热测试装置示意图； [0030] 图5为根据本发明实施例13所述的复合式散热片的散热测试装置示意图。 [0031] 附图标记说明： [0032] 100、200-复合式散热片 [0033] 101-铜箔 [0034] 102-氮掺杂石墨烯层 [0035] 103-双面胶 [0036] 105-铜片 [0037] 106-基材 [0038] 107-加热芯片 [0039] 108-第一测试点 [0040] 109-第二测试点 [0041] 110-感温点 [0042] 111-锡箔纸 [0043] 112-第一表面 [0044] 113-第二表面 具体实施方式[0045] 本发明的铜箔及其复合式散热片，其制造方法及包括其的应用方面，已为相关技术领域具有通常知识者所能明了，故在下文中的说明，仅针对本发明提供不同厚度大小、基重值、铜含量及表面粗糙度的铜箔，并比较其间对于热传导功效的影响，其中铜箔厚度大小为14至100μm，基重值为124到884g/m2，较佳为220到884g/m2。依据公式可知铜箔的铜含量(％)＝铜箔基重(g/m2)/铜密度8.96(g/cm3)*铜箔厚度(μm)，其中铜含量较佳为90％以上，最佳选用铜含量98％以上的铜箔材料。 [0046] 本发明所使用的铜箔具有相对的第一表面及第二表面，且第一表面及第二表面中的至少一表面具有0.19μm≦Ra≦0.23μm、1.3μm≦Rt≦1.84μm及/或1.02μm≦Rz≦1.07μm的粗糙结构。粗糙结构为一般铜箔表面原本就具有的粗糙结构(此类铜箔称为压延铜箔)或由电解步骤或一般公知可于铜箔或金属中的至少一表面形成粗糙结构的步骤所形成的粗糙结构(此类铜箔称为电解铜箔)，本发明不以此为限。 [0047] 本发明使用原本就具有的粗糙结构的压延铜箔或使用已习知电解方式形成粗糙结构的电解铜箔，或使用具有粗糙结构的其他种类铜箔，本发明不以此为限，然压延铜箔及电解铜箔均需在一定基重值和铜含量的条件下，方能达到较佳的散热效果。当压延铜箔及电解铜箔表面具有不同粗糙结构时，表现出的Ra、Rt、Rz值也会不同，如果Ra、Rt、Rz值过大会导致压延铜箔及电解铜箔的基重值和铜含量不足，造成压延铜箔及电解铜箔散热表现不佳。其中Ra、Rt、Rz值在粗糙结构中的定义及代表意义分别为Ra：又称中心线平均粗糙度，以粗糙度曲线中心线为基准，以粗糙度偏差的绝对值的平均，来表示表面粗糙度的一种方法；Rt：又称最大粗糙度，于评估长度内最高峰最低谷的高度差；以及Rz：又称十点平均粗糙度，于评估长度内取五个最高峰及五个最低谷间的平均距离。 [0048] 在本发明中，铜箔还进一步具有不同晶格大小及L*值的面色度，晶粒大小指铜箔的结晶度，可由X-光绕射(X-ray diffraction)法或其他用于测试金属箔的晶粒大小的晶粒大小测试法进行界定，面色度指将铜箔表面的颜色特性量化，可有用地引入由国际照明委员会(Commission Internationale de l'Eclairage)所发展的L*a*b*色标系统(CIE 1976)，其目前在工业中被使用作为标准，以精确地说明色值。在此系统中，L*指示明度，及a*及b*色度座标。在本发明实施例中，面色度指L*。 [0049] 本发明另外可于铜箔的第一表面及第二表面中的至少一表面上，以涂布或其他制备方式形成至少一氮掺杂石墨烯层。而所使用的氮掺杂石墨烯层可由在石墨烯中进行氮掺杂步骤而制得，其中石墨烯可由一般公知的机械剥离法、电化学法、氧化还原法等步骤所制得，本发明不以此为限。石墨烯可选自单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯及石墨烯衍生物中的至少一种，本发明不以此为限。 [0050] 请参阅图1及图4，为本发明对照例、比较例1-7及实施例1-8所述的铜箔的结构示意图及测试治具示意图，如图所示：铜箔101，其具有相对的第一表面112及第二表面113。本发明提供一种温度差测试法，步骤如下：将铜箔101的第二表面113贴上一层双面胶103或其他黏性材料，再将铜箔101与双面胶103贴附于基材106上，放置于测试治具中进行温度测试，测试治具可视为模拟3C产品中的平板电脑，在测试治具中提供一个1X1cm2大小的加热芯片107并贴附于铜片105上，视为模拟CPU的运作，下方贴上锡箔纸111视为其他电子零件，此测试治具中含有三个测试温度的感测点，分别为加热芯片107上的感温点110、加热芯片107正上方的基材106上的第一测试点108、与第一测试点108相距0.5-5cm处的第二测试点 109。本温度差测试法利用对照例的铜箔101的第一测试点108与第二测试点109的温度差T1(℃)(作为基准值)及比较例1-7及实施例1-8的铜箔101的第一测试点108与第二测试点109的温度差T2(℃)间的温度差T1-T2(℃)进行判断(在此，是以第一测试点108与第二测试点 109间的水平距离0.5cm作实际测试)，结果如下表1所示。在图4中，感温点110的温度大于第一测试点108的温度，第一测试点108的温度大于第二测试点109的温度，当铜箔101具有良好散热效果时，代表其可有效将热导离加热芯片107，使第一测试点108和第二测试点109的温度较为接近，此时铜箔101的第一测试点108和第二测试点109的温度差T2(℃)相对较为小，对照例的铜箔101的第一测试点108与第二测试点109的温度差T1(℃)则相对较大，使得T1(℃)大于T2(℃)。因此，当T1-T2(℃)为正值时，代表铜箔101具有良好散热效果，正值越大代表散热效果越佳。 [0051] 在表1中，实施例5是比较例4其铜基重增加184.33g/m2后得到的结果，其铜基重为308.33g/m2，铜含量为98.3％，Ra为0.19μm，Rt为1.3μm，Rz为1.07μm，相较于比较例4，实施例5的散热效果能力上升2.24℃。由此可知，铜基重增加时，铜箔的散热效果能力提升。另外，比较例5是实施例5其铜基重增加41.67g/m2但铜含量减少20.2％后得到的结果，其铜基重为350g/m2，铜含量为78.1％，Ra为0.19μm，Rt为1.44μm，Rz为1.02μm，相较于实施例5，比较例5的散热效果能力减少0.428℃。由此可知，除铜基重外，含铜量也会对铜箔101的散热效果产生影响。因此，由比较例1-7及实施例1-8可清楚说明当铜箔101具有220g/m2以上的基重值及90％以上的铜含量时，铜箔101可得到较佳的散热效果。在实施例1-8中，铜箔101具有相对的第一表面112及第二表面113且第一表面112及第二表面113中的至少一表面具有0.19μm≦Ra≦为0.23μm、1.3μm≦Rt≦1.84μm和/或1.02μm≦Rz≦1.07μm的粗糙结构。 [0052] 表1：对照例、比较例1-7及实施例1-8的铜箔散热效果测试表 [0053] [0054] [0055] 请继续参阅图1及图4，为本发明实施例9-12所述的铜箔的结构示意图及测试治具示意图，如图所示：铜箔101，其具有相对的第一表面112及第二表面113。实施例9-12所使用的铜箔101的铜基重均为313.53g/m2，铜含量均为99.98％，铜箔膜厚均为35μm，其中，温度差测试法与对照例、比较例1-7及实施例1-8相同，同样以对照例的铜箔101的温度差T1(℃)(作为基准值)及实施例9-12的铜箔101的温度差T2(℃)间的温度差T1-T2(℃)进行判断，测试治具示意图如图4所示，结果如下表2所示。在表2中，实施例9-12的T1-T2(℃)均为正值，均具有较佳散热效果，其中铜箔101具有308至 的晶粒大小及/或25 [0056] 表2：实施例9-12的铜箔散热效果测试表 [0057] [0058] 请参阅图2及图5，为本发明实施例13所述的复合式散热片的结构示意图及测试治具示意图，如图所示：复合式散热片100，包括铜箔101，其具有相对的第一表面112及第二表面113，以及氮掺杂石墨烯层102，其设置于铜箔101的第一表面112上。铜箔101的铜基重为308.33g/m2，铜含量为98.3％，铜箔膜厚为35μm。氮掺杂石墨烯层102的氮含量为3.92wt％，涂布膜厚为15μm，涂布方式为单面涂布。本发明提供一种温度差测试法，步骤如下：将复合式散热片100中的铜箔101的第二表面113贴上一层双面胶103或其他黏性材料，再将散热片 100与双面胶103贴附于基材106上，放置于测试治具中进行温度测试，测试治具可视为模拟 3C产品中的平板电脑，在测试治具中提供一个1X1cm2大小的加热芯片107并贴附于铜片105上，视为模拟CPU的运作，下方贴上锡箔纸111视为其他电子零件，此测试治具中含有三个测试温度的感测点，分别为加热芯片107上的感温点110、加热芯片107正上方的基材106上的第一测试点108、与第一测试点108相距0.5-5cm处的第二测试点109。本温度差测试法利用单纯铜箔101的第一测试点108与第二测试点109的温度差T1(℃)及复合式散热片100的第一测试点108与第二测试点109的温度差T2(℃)间的温度差T1-T2(℃)进行判断(在此，是以第一测试点108与第二测试点109间的水平距离0.5cm作实际测试)，结果如下表3所示。在图 5中，感温点110的温度大于第一测试点108的温度，第一测试点108的温度大于第二测试点 109的温度，当复合式散热片100具有良好散热效果时，代表其可有效将热导离加热芯片 107，使第一测试点108和第二测试点109的温度较为接近，此时复合式散热片100的第一测试点108和第二测试点109的温度差T2(℃)相对较为小，单纯铜箔101的第一测试点108与第二测试点109的温度差T1(℃)则相对较大，使得T1(℃)大于T2(℃)。因此，当T1-T2(℃)为正值时，代表复合式散热片100具有良好散热效果，正值越大代表散热效果越佳。 [0059] 请继续参阅图3，为本发明实施例14所述的复合式散热片的结构示意图，如图所示：复合式散热片200包括铜箔101，其具有相对的第一表面112及第二表面113，以及两氮掺杂石墨烯层102，其分别设置于铜箔101的第一表面112及第二表面113上。铜箔101的铜基重为309g/m2，铜含量均为98.5％，铜箔膜厚均为35μm。氮掺杂石墨烯层102的氮含量为3.92wt％，涂布膜厚为65μm，涂布方式为双面涂布。其中，温度差测试法与实施例13相同，测试治具示意图如图5所示，与实施例13的差别在于将复合式散热片100改为复合式散热片 200，结果如下表3所示。 [0060] 在表3中，实施例13及14的T1-T2(℃)均为正值，显见不论是单面涂布或双面涂布氮掺杂石墨烯层102的复合式散热片100或200均具有较佳散热效果。在实施例13及14中，铜箔101具有相对的第一表面112及第二表面113且第一表面112及第二表面113中的至少一表面具有Ra为0.19μm、1.3μm≦Rt≦1.44μm及/或1.02μm≦Rz≦1.07μm的粗糙结构。 [0061] 表3：实施例13及14的复合式散热片散热效果测试表 [0062] [0063] |
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