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TW201700285A - 金屬箔及其複合式散熱片 - Google Patents

金屬箔及其複合式散熱片 Download PDF

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TW201700285A
TW201700285A TW104120046A TW104120046A TW201700285A TW 201700285 A TW201700285 A TW 201700285A TW 104120046 A TW104120046 A TW 104120046A TW 104120046 A TW104120046 A TW 104120046A TW 201700285 A TW201700285 A TW 201700285A
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foil
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劉偉仁
謝政哲
沈駿
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中原大學
駿沛應用炭素科技股份有限公司
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Abstract

本發明係關於一種高導熱與高輻射熱吸收的金屬箔，其具有220g/m2以上的基重值及大於90%以上的金屬含量。此外，本發明更另外提供一種複合式散熱片，包含一金屬箔，其具有相對之一第一表面及一第二表面，其中該金屬箔具有220g/m2以上的基重值及90%以上的金屬含量，以及至少一氮摻雜石墨烯層，其係設置於該金屬箔之該第一表面及該第二表面中之至少一表面上。

Description

金屬箔及其複合式散熱片
本發明是有關於一種金屬箔及其複合式散熱片，尤指一種包含具極佳散熱效果金屬箔的複合式散熱片。
近年來，由於電子元件之散熱需求大幅提升，使得散熱材料的使用需求也跟著大幅提升。目前常見的散熱材料主要可分為金屬散熱材料及非金屬散熱材料，其中由於金屬散熱材料具有散熱性佳、易取得、方便加工及材料成本低等多項優點，已成為目前最常用的散熱材料，常用的金屬材料包含有銅箔、鋁箔、金箔及銀箔等。然而，由於電子產品的功能日趨複雜，使其內部所配置的電子元件之消耗功率相對變大，造成傳統的金屬散熱材料所具有的散熱效果已不敷使用，因此亟需一種具有高導熱與高輻射熱吸收的新型金屬散熱材料。
本發明之主要目的在於提供一種高導熱與高輻射熱吸收的金屬箔及其複合式散熱片，且可用於工業化連續式生產。金屬箔材料可選自銅、鋁、銅合金及鋁合金中之至少一種材料，本發明不以此為限。於本發明實施例中，金屬箔為一銅箔，並針對該銅箔的基重值大小、銅含量範圍及表面粗糙度結構的調整，來形成具有高導熱與高輻射熱性能之銅箔及其複合式散熱片結構，其中銅箔種類可為壓延銅箔或電解銅箔，利用在製 備複合式散熱片前，改變銅箔本身的基重值、銅含量或是銅箔表面粗糙度結構。此作法可以提升銅箔本身導熱性質，而粗糙度結構部分可以增加銅箔本身對於輻射熱有更高的吸收效果，亦可增加對於包含氮摻雜石墨烯之塗佈層或其他塗佈層之間的接觸面積及接合強度，利用此簡單的方法將銅箔及其複合式散熱片本身的最大導熱性提升至最大效果。
此外，本發明進一步提供一種具有不同基重值及含銅量之金屬箔及其複合式散熱片。金屬箔材料可選自銅、鋁、銅合金及鋁合金中之至少一種材料，本發明不以此為限。於本發明實施例中，金屬箔為一銅箔。可利用雙面膠將該銅箔或複合式散熱片貼在測試治具中之基材上面，藉此使銅箔或複合式散熱片對準熱源，以吸收CPU或是電池散發出的熱量，將其熱量以熱傳導或熱輻射方式導離熱源，避免熱源殘留於電子產品中導致電池效能降低或是電子零件損壞。
根據上述的目的，本發明提供一種金屬箔，其具有220g/m2以上的基重值及大於90%以上的金屬含量。
如前述之金屬箔，其中該金屬箔為一銅箔。
如前述之金屬箔，其中該金屬箔具有220至884g/m2的基重值。
如前述之金屬箔，其中該金屬箔具有98%以上的金屬含量。
如前述之金屬箔，其中該金屬箔具有相對之一第一表面及一第二表面，且該第一表面及該第二表面中之至少一表面具有0.19μm≦Ra≦0.23μm之粗糙結構
如前述之金屬箔，其中該金屬箔具有相對之一第一表面及一 第二表面，且該第一表面及該第二表面中之至少一表面粗糙霧面結構具有1.3μm≦Rt≦1.84μm之粗糙結構
如前述之金屬箔，其中該金屬箔具有相對之一第一表面及一第二表面，且該第一表面及該第二表面中之至少一表面粗糙霧面結構具有1.02μm≦Rz≦1.07μm之粗糙結構。
如前述之金屬箔，其中該金屬箔具有308至434Å的晶粒大小。
如前述之金屬箔，其中該金屬箔具有25<L*<40之面色度。
本發明另外提供一種複合式散熱片，包含一金屬箔，其具有相對之一第一表面及一第二表面，其中該金屬箔具有220g/m2以上的基重值及90%以上的金屬含量，以及至少一氮摻雜石墨烯層，其係設置於該金屬箔之該第一表面及該第二表面中之至少一表面上。
如前述之複合式散熱片，其中該金屬箔為一銅箔。
如前述之複合式散熱片，其中該金屬箔較佳係具有220至884g/m2的基重值。
如前述之複合式散熱片，其中該金屬箔較佳係具有98%以上的銅含量。
如前述之複合式散熱片，其中該第一表面及該第二表面中之至少一表面較佳係具有0.19μm≦Ra≦0.23μm之粗糙結構。
如前述之複合式散熱片，其中該第一表面及該第二表面中之至少一表面較佳係具有1.3μm≦Rt≦1.84μm之粗糙結構。
如前述之複合式散熱片，其中該第一表面及該第二表面中之 至少一表面較佳係具有1.02μm≦Rz≦1.07μm之粗糙結構。
如前述之複合式散熱片，其中該金屬箔具有308至434Å的晶粒大小。
如前述之複合式散熱片，其中該金屬箔具有25<L*<40之面色度。
100、200‧‧‧複合式散熱片
101‧‧‧銅箔
102‧‧‧氮摻雜石墨烯層
103‧‧‧雙面膠
105‧‧‧銅片
106‧‧‧基材
107‧‧‧加熱芯片
108‧‧‧第一測試點
109‧‧‧第二測試點
110‧‧‧感溫點
111‧‧‧錫箔紙
112‧‧‧第一表面
113‧‧‧第二表面
圖1 係根據本發明對照例、比較例1-7及實施例1-12所述之銅箔結構示意圖。
圖2 係根據本發明實施例13所述之複合式散熱片結構示意圖。
圖3 係根據本發明實施例14所述之複合式散熱片結構示意圖。
圖4係根據本發明對照例、比較例1-7及實施例1-12所述之銅箔之散熱測試裝置示意圖。
圖5係根據本發明實施例13所述之複合式散熱片之散熱測試裝置示意圖。
本發明之銅箔及其複合式散熱片，其製造方法及包含其之應用方面，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故在下文中之說明，僅針對本發明提供不同厚度大小、基重值、銅含量及表面粗糙度的銅箔，並比較其之間對於熱傳導功效之影響，其中銅箔厚度大小為14至100μm，基重值為124到884g/m2，較佳為220到884g/m2。依據公式可知銅箔之銅含量(%)=銅箔基重(g/m2)/銅密度8.96(g/cm3)*銅箔厚度(μm)，其中銅含量較佳 為90%以上，最佳係選用銅含量98%以上之銅箔材料。
本發明所使用之銅箔具有相對之第一表面及第二表面，且第一表面及第二表面中之至少一表面具有0.19μm≦Ra≦0.23μm、1.3μm≦Rt≦1.84μm及/或1.02μm≦Rz≦1.07μm之粗糙結構。粗糙結構為一般銅箔表面原本就具有的粗糙結構(此類銅箔稱為壓延銅箔)或藉由電解步驟或一般習知可於銅箔或金屬中之至少一表面形成粗糙結構之步驟所形成的粗糙結構(此類銅箔稱為電解銅箔)，本發明不以此為限。
本發明係使用原本就具有的粗糙結構之壓延銅箔或使用以習知電解方式形成粗糙結構之電解銅箔，或使用具有粗糙結構之其他種類銅箔，本發明不以此為限，然壓延銅箔及電解銅箔皆需在一定基重值和銅含量之條件下，方能達到較佳之散熱效果。當壓延銅箔及電解銅箔表面具有不同粗糙結構時，表現出的Ra、Rt、Rz值也會不同，如果Ra、Rt、Rz值過大會導致壓延銅箔及電解銅箔的基重值和銅含量不足，造成壓延銅箔及電解銅箔散熱表現不佳。其中Ra、Rt、Rz值在粗糙結構中的定義及代表意義分別為Ra：又稱中心線平均粗糙度，係以粗糙度曲線中心線為基準，以粗糙度偏差之絕對值的平均，來表示表面粗糙度的一種方法；Rt：又稱最大粗糙度，係於評估長度內最高峰最低谷的高度差；以及Rz：又稱十點平均粗糙度，係於評估長度內取五個最高峰及五個最低谷間的平均距離。
於本發明中，銅箔還進一步具有不同晶格大小及L*值之面色度，晶粒大小係指銅箔的結晶度，可藉由X-光繞射(X-ray diffraction)法或其他用於測試金屬箔之晶粒大小的晶粒大小測試法進行界定，面色度係指將銅箔表面的顏色特性量化，可有用地引入由國際照明委員會(Commission Internationale de l'Eclairage)所發展之L*a*b*色標系統(CIE 1976)，其目前在工業中被使用作為標準，以精確地說明色值。在此系統中，L*指示明度，及a*及b*係色度座標。在本發明實施例中，面色度係指L*。
本發明另外可於銅箔之第一表面及第二表面中之至少一表面上，以塗佈或其他製備方式形成至少一氮摻雜石墨烯層。而所使用之氮摻雜石墨烯層可藉由於石墨烯中進行氮摻雜步驟而製得，其中石墨烯可由一般習知機械剝離法、電化學法、氧化還原法等步驟所製得，本發明不以此為限。石墨烯可選自單層石墨烯、多層石墨烯、氧化石墨烯、氧化還原石墨烯及石墨烯衍生物中之至少一種，本發明不以此為限。
請參閱圖1及圖4，為本發明對照例、比較例1-7及實施例1-8所述之銅箔的結構示意圖及測試治具示意圖，如圖所示：銅箔101，其具有相對之第一表面112及第二表面113。本發明提供一種溫度差測試法，步驟如下：將銅箔101的第二表面113貼上一層雙面膠103或其他黏性材料，再將銅箔101與雙面膠103貼附於基材106上，放置於測試治具中進行溫度測試，測試治具可視為模擬3C產品中的平板電腦，在測試治具中提供一個1X1cm2大小的加熱芯片107並貼附於銅片105上，視為模擬CPU的運作，下方貼上錫箔紙111視為其他電子零件，此測試治具中含有三個測試溫度的感測點，分別為加熱芯片107上的感溫點110、加熱芯片107正上方之基材106上的第一測試點108、與第一測試點108相距0.5-5cm處的第二測試點109。本溫度差測試法係利用對照例之銅箔101之第一測試點108與第二測試點109的溫度差T1(℃)(作為基準值)及比較例1-7及實施例1-8之銅箔101之第一測試點108與第二測試點109的溫度差T2(℃)間之溫度差T1-T2(℃)進行判斷(在 此，是以第一測試點108與第二測試點109間之水平距離0.5cm作實際測試)，結果如下表1所示。在圖4中，感溫點110的溫度大於第一測試點108的溫度，第一測試點108的溫度大於第二測試點109的溫度，當銅箔101具有良好散熱效果時，代表其可有效將熱導離加熱芯片107，使第一測試點108和第二測試點109的溫度較為接近，此時銅箔101之第一測試點108和第二測試點109的溫度差T2(℃)相對較為小，對照例之銅箔101之第一測試點108與第二測試點109的溫度差T1(℃)則相對較大，使得T1(℃)大於T2(℃)。因此，當T1-T2(℃)為正值時，代表銅箔101具有良好散熱效果，正值越大代表散熱效果越佳。
在表1中，實施例5是比較例4其銅基重增加184.33g/m2後得到的結果，其銅基重為308.33g/m2，銅含量為98.3%，Ra為0.19μm，Rt為1.3μm，Rz為1.07μm，相較於比較例4，實施例5的散熱效果能力上升2.24℃。由此可知，銅基重增加時，銅箔的散熱效果能力提升。另外，比較例5是實施例5其銅基重增加41.67g/m2但銅含量減少20.2%後得到的結果，其銅基重為350g/m2，銅含量為78.1%，Ra為0.19μm，Rt為1.44μm，Rz為1.02μm，相較於實施例5，比較例5的散熱效果能力減少0.428℃。由此可知，除銅基重外，含銅量也會對銅箔101的散熱效果產生影響。因此，由比較例1-7及實施例1-8可清楚說明當銅箔101具有220g/m2以上的基重值及90%以上的銅含量時，銅箔101可得到較佳的散熱效果。在實施例1-8中，銅箔101具有相對之第一表面112及第二表面113且第一表面112及第二表面113中之至少一表面具有0.19μm≦Ra≦為0.23μm、1.3μm≦Rt≦1.84μm及/或1.02μm≦Rz≦1.07μm之粗糙結構。
請繼續參閱圖1及圖4，為本發明實施例9-12所述之銅箔的結構示意圖及測試治具示意圖，如圖所示：銅箔101，其具有相對之第一表面112及第二表面113。實施例9-12所使用的銅箔101之銅基重皆為313.53g/m2，銅含量皆為99.98%，銅箔膜厚皆為35μm，其中，溫度差測試法與對照例、比較例1-7及實施例1-8相同，同樣係以對照例之銅箔101之溫度差T1(℃)(作為基準值)及實施例9-12之銅箔101之溫度差T2(℃)間之溫度差T1-T2(℃)進行判斷，測試治具示意圖如圖4所示，結果如下表2所示。在表2中，實施例9-12的T1-T2(℃)皆為正值，皆具有較佳散熱效果，其中銅箔101具有308至434Å的晶粒大小及/或25<L*<40之面色度。
請參閱圖2及圖5，為本發明實施例13所述之複合式散熱片的結構示意圖及測試治具示意圖，如圖所示：複合式散熱片100，包含銅箔101，其具有相對之第一表面112及第二表面113，以及氮摻雜石墨烯層102，其係設置於銅箔101之第一表面112上。銅箔101之銅基重為308.33g/m2，銅含量為98.3%，銅箔膜厚為35μm。氮摻雜石墨烯層102的氮含量為3.92wt%，塗佈膜厚為15μm，塗佈方式為單面塗佈。本發明提供一種溫度差測試法，步驟如下：將複合式散熱片100中之銅箔101的第二表面113貼上一層雙面膠103或其他黏性材料，再將散熱片100與雙面膠103貼附於基材106上，放置於測試治具中進行溫度測試，測試治具可視為模擬3C產品中的平板電腦，在測試治具中提供一個1X1cm2大小的加熱芯片107並貼附於銅片105上，視為模擬CPU的運作，下方貼上錫箔紙111視為其他電子零件，此測試治具中含有三個測試溫度的感測點，分別為加熱芯片107上的感溫點110、加熱芯片107正上方之基材106上的第一測試點108、與第一測試點108相距0.5-5cm處的第二測試點109。本溫度差測試法係利用單純銅箔101之第一測試點108與第二測試點109的溫度差T1(℃)及複合式散熱片100之第一測試點108與第二測試點109的溫度差T2(℃)間之溫度差T1-T2(℃)進行判斷(在此，是以第一測試點108與第二測試點109間之水平距離0.5cm作實際測試)，結果如 下表3所示。在圖5中，感溫點110的溫度大於第一測試點108的溫度，第一測試點108的溫度大於第二測試點109的溫度，當複合式散熱片100具有良好散熱效果時，代表其可有效將熱導離加熱芯片107，使第一測試點108和第二測試點109的溫度較為接近，此時複合式散熱片100之第一測試點108和第二測試點109的溫度差T2(℃)相對較為小，單純銅箔101之第一測試點108與第二測試點109的溫度差T1(℃)則相對較大，使得T1(℃)大於T2(℃)。因此，當T1-T2(℃)為正值時，代表複合式散熱片100具有良好散熱效果，正值越大代表散熱效果越佳。
請繼續參閱圖3，為本發明實施例14所述之複合式散熱片的結構示意圖，如圖所示：複合式散熱片200包含銅箔101，其具有相對之第一表面112及第二表面113，以及兩氮摻雜石墨烯層102，其係分別設置於銅箔101之第一表面112及第二表面113上。銅箔101之銅基重為309g/m2，銅含量皆為98.5%，銅箔膜厚皆為35μm。氮摻雜石墨烯層102的氮含量為3.92wt%，塗佈膜厚為65μm，塗佈方式為雙面塗佈。其中，溫度差測試法與實施例13相同，測試治具示意圖如圖5所示，與實施例13的差別在於係將複合式散熱片100改為複合式散熱片200，結果如下表3所示。
在表3中，實施例13及14的T1-T2(℃)皆為正值，顯見不論是單面塗佈或雙面塗佈氮摻雜石墨烯層102之複合式散熱片100或200皆具有較佳散熱效果。在實施例13及14中，銅箔101具有相對之第一表面112及第二表面113且第一表面112及第二表面113中之至少一表面具有Ra為0.19μm、1.3μm≦Rt≦1.44μm及/或1.02μm≦Rz≦1.07μm之粗糙結構。
101‧‧‧銅箔
112‧‧‧第一表面
113‧‧‧第二表面

Claims (18)

  1. 一種金屬箔，其具有220g/m2以上的基重值及大於90%以上的金屬含量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬箔，其中該金屬箔為一銅箔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬箔，其中該金屬箔具有220至884g/m2的基重值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之金屬箔，其中該金屬箔具有98%以上的金屬含量。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬箔，其中該金屬箔具有相對之一第一表面及一第二表面，且該第一表面及該第二表面中之至少一表面具有0.19μm≦Ra≦0.23μm之粗糙結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之金屬箔，其中該金屬箔具有相對之一第一表面及一第二表面，且該第一表面及該第二表面中之至少一表面粗糙霧面結構具有1.3μm≦Rt≦1.84μm之粗糙結構。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之金屬箔，其中該金屬箔具有相對之一第一表面及一第二表面，且該第一表面及該第二表面中之至少一表面粗糙霧面結構具有1.02μm≦Rz≦1.07μm之粗糙結構。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之金屬箔，其中該金屬箔具有308至434Å的晶粒大小。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之金屬箔，其中該金屬箔具有25<L*<40之面色度。
  10. 一種複合式散熱片，包含： 一金屬箔，其具有相對之一第一表面及一第二表面，其中該金屬箔具有220g/m2以上的基重值及90%以上的金屬含量；以及至少一氮摻雜石墨烯層，其係設置於該金屬箔之該第一表面及該第二表面中之至少一表面上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之複合式散熱片，其中該金屬箔為一銅箔。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之複合式散熱片，其中該金屬箔具有220至884g/m2的基重值。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之複合式散熱片，其中該金屬箔具有98%以上的金屬含量。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之複合式散熱片，其中該第一表面及該第二表面中之至少一表面具有0.19μm≦Ra≦0.23μm之粗糙結構。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之複合式散熱片，其中該第一表面及該第二表面中之至少一表面具有1.3μm≦Rt≦1.84μm之粗糙結構。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之複合式散熱片，其中該第一表面及該第二表面中之至少一表面具有1.02μm≦Rz≦1.07μm之粗糙結構。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之複合式散熱片，其中該金屬箔具有308至434Å的晶粒大小。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之複合式散熱片，其中該金屬箔具有25<L*<40之面色度。
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