TWI502161B - 組合發熱元件與散熱件的方法、感壓結合件 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種將發熱元件固定在散熱件上的方法，特別是指一種利用感壓結合層將發熱元件固定在散熱件上之組合發熱元件與散熱件的方法。
一般電子產品常需要設計有電源類設備。電源供應器是其中一種作為提供電源使用，由於其使用特性因而本身就是熱源，遠比其他電子產品更需要有散熱的設計。在電源供應器的設計中，有很多的發熱元件(例如發熱晶體)必須藉由散熱片來降低溫度以維持正常運作。而如圖1所示，傳統發熱元件41與散熱片42的結合必需考量到發熱元件41本身是熱源因素，都是藉由鎖複數個螺絲43方式達成，如果再考慮到發熱元件41與散熱片42彼此間又必須適當絕緣以避免發熱元件41運作時受干擾，則就還需要加入絕緣片44和絕緣墊圈45，如此一來其整個的組裝動作就需要非常繁瑣的步驟且不易以機械自動化方式進行。甚至必須注意該等散熱片42、絕緣片44和絕緣墊圈45因體積、厚度不大而其組裝螺鎖扭力不可過大，以避免因加工不良而導致破裂進而影響品質問題。
此外，電源供應器的內部空間非常有限，鎖螺絲不但會佔據較多空間，亦增加產品設計的困難度。再者，散熱片(鋁材或銅材)因鎖螺絲的需要，必須另外鑽孔而產生金屬細屑，若後段加工時金屬細屑清理不佳，易造成金屬細
屑掉落在電源供應器內部的電子元件上，可能導致電子元件無法正常工作，而影響電源供應器的品質。
因此習知一種熱固型導熱膠片被用來取代螺絲，其做法是將熱固型導熱膠片放置在散熱片上，再將發熱元件放置在熱固型導熱膠片上，然後對發熱元件施加壓力後並需再放入高溫爐利用其高溫(>120℃)環境內持續加熱幾分鐘，使熱固型導熱膠因熱產生黏合作用，而將發熱元件固定在散熱片上。只是此種加熱固化方式很重要是必須再經過高溫爐的高溫加熱固化之手續，勢必增加設備(設置高温爐、能源等)成本及製程時間(溫控加熱會增加自動化作業的困難性)，除了製程成本無法有效降低，亦難以提升生產效率。
因此，本發明之目的，即在提供一種組裝方便，並可提升品質及生產效率之組合發熱元件與散熱件的方法、感壓結合件以及應用該方法的電源供應器。
為達到上述目的，本發明組合發熱元件與散熱件的方法，其中該散熱件具有一貼合面，該方法包括：(A)製備一感壓結合件，該感壓結合件包含一具有相反的一第一結合面及一第二結合面的感壓結合層，一結合在該感壓結合層的該第一結合面的第一離形紙，以及一結合在該感壓結合層的該第二結合面的第二離形紙，且該第一離形紙與該第一結合面之間的一第一結合強度大於該第二離形紙與該第二結合面之間的一第二結合強度；(B)將該第一離形紙與該
第二離形紙朝相反方向撕開，使第二離形紙與該感壓結合層的第二結合面分離，再將該第二結合面固結在該散熱件的該貼合面上；(C)對該第一離形紙施加壓力，使該感壓結合層的第二結合面與該散熱件之間的一第三結合強度大於該第一結合強度；(D)撕開該第一離形紙，使其與該感壓結合層的第一結合面分離，再將該發熱元件貼合在該第一結合面上；及(E)對該發熱元件施加壓力，使其與該感壓結合層的第一結合面固結
較佳地，在步驟(E)中，該發熱元件被持續施加20psi的下壓力至少10秒鐘。
較佳地，該感壓結合層的厚度在0.15mm至0.3mm之間，該第一結合面及該第二結合面具有黏力，且該感壓結合層是由一耐高溫、絕緣、導熱且耐壓的材料製成，以兼顧絕緣強度與導熱性。
較佳地，該第一結合強度是約為該第二結合強度的3倍。
較佳地，在步驟(A)中，該第一離形紙與第二離形紙的寬度大於該感壓結合層的寬度。亦即該感壓結合層具有界定其寬度的一第一側邊與一第二側邊，該第一離形紙具有界定其寬度的一第三側邊與一第四側邊，該第二離形紙具有界定其寬度的一第五側邊與一第六側邊，其中該第三側邊與該第一側邊齊平，該第四側邊位於該第二側邊的外側並與該第二側邊的距離大於或至少等於4mm，該第五側邊與該第二側邊齊平，該第六側邊位於該第一側邊的外側並
與該第一側邊的距離大於或至少等於4mm。
較佳地，該發熱元件是電源供應器之功率因數修正器、整流電路、升壓電路或降壓電路中的功率電晶體或二極體。
再者，本發明應用上述方法的一種電源供應器，包括至少一具有一貼合面的散熱件，一具有相反的一第一結合面及一第二結合面的感壓結合層，且該第二結合面固結在該散熱件的該貼合面上，以及至少一固結在該感壓結合層的該第一結合面上的發熱元件。
較佳地，該電源供應器還包括一功率因數修正器(PFC)、一整流電路、一降壓電路或一升壓電路，且該發熱元件是該功率因數修正器、該整流電路、該降壓電路或該升壓電路中的功率電晶體或二極體。
本發明藉由製備一具有一感壓結合層以及分別結合在感壓結合層相反的第一結合面和第二結合面的第一離形紙與第二離形紙，並使第一離形紙與感壓結合層之間的第一結合力大於第二離形紙與感壓結合層之間的第二結合力，使第二離形紙能被容易地撕離感壓結合層，並於感壓結合層之第二結合面貼在散熱件後，對感壓結合層施力下壓使與散熱件之間的第三結合力大於第一結合力，再將第一離形紙撕離感壓結合層，然後再將發熱元件放在感壓結合層的第一結合面上，並對發熱元件施力下壓使與感壓結合層結合而固定在散熱件上。藉此，不但不需使用螺絲鎖附，可節省電源供應器之內部空間，且散熱件不需為了鎖螺絲
而鑽孔，可避免因鑽孔產生的金屬細屑掉落在其它電子元件上導致電子元件無法正常工作，而且在組合發熱元件與散熱件的過程中只需施加壓力，沒有繁瑣的人工鎖螺絲作業，因此可以導入自動化製程，節省人工作業成本。再者，本實施例只需施加適當壓力，不需再經過高溫爐加熱固化之手續，即可完成發熱元件與散熱件之組合作業，可進一步縮減製程時間及成本，提升生產效率，達到本發明的功效和目的。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參見圖2至圖7所示，是本發明組合發熱元件與散熱件的方法的一較佳實施例，且如圖5所示，散熱件1具有一貼合面10。首先如圖2的步驟S1，製備如圖3所示的一感壓結合件(PSA,Pressure Sensitive Adhesive)2，該感壓結合件2包含具有相反的一第一結合面21及一第二結合面22的感壓結合層20，一結合在感壓結合層20的第一結合面21的第一離形紙23，以及一結合在感壓結合層20的第二結合面22的第二離形紙24，且第一結合面21及第二結合面22具有黏力，又第一離形紙23與第二離形紙24具有不同的離形力，使得第一離形紙23與第一結合面21之間的一第一結合強度大於第二離形紙24與第二結合面22之間的一第二結合強度，其中感壓結合層20為具耐高溫、絕緣、導熱且耐壓
之材質製成，例如高柏(t-global)的Li-2000A或信越(ShinEtsu)所生產的TC-20SAS，且其較佳厚度在0.15mm至0.3mm之間；且第一結合強度是第二結合強度的大約3倍為較佳，例如第一結合強度是30gw/cm，第二結合強度是10gw/cm。
特別說明，為了方便將第一離形紙23與第二離形紙24可從感壓結合層20撕離，第一離形紙23與第二離形紙24的寬度會設計成大於感壓結合層20的寬度。例如圖3所示，感壓結合層20具有界定其寬度的一第一側邊201與一第二側邊202，第一離形紙23具有界定其寬度的一第三側邊231與一第四側邊232，第二離形紙24具有界定其寬度的一第五側邊241與一第六側邊242，其中第三側邊231與第一側邊201齊平，第四側邊232位於第二側邊202的外側並與第二側邊202的距離大於或至少等於4mm，且第五側邊241與第二側邊202齊平，第六側邊242位於第一側邊201的外側並與第一側邊201的距離大於或至少等於4mm。本實施例是以第一離形紙23與第二離形紙24分別朝感壓結合層20的相反側邊201、202延伸為例，不過，第一離形紙23與第二離形紙24亦可以朝感壓結合層20的同一側邊201或202延伸，並不以此為限。
接著，進行步驟S2，將第一離形紙23與第二離形紙24朝相反方向撕開，而由於第一離形紙23與第一結合面21之間的一第一結合強度大於第二離形紙24與第二結合面22之間的一第二結合強度，因此在撕離過程，如圖4所示，感
壓結合層20的第一面21會與第一離形紙23黏合，而第二離形紙24則與感壓結合層20的第二結合面22分離。當第二離形紙24被撕離感壓結合層20的第二結合面22後，接著如圖5所示，將感壓結合層20的第二結合面22朝下貼合在散熱件1的貼合面10上。
而為了讓感壓結合層20固定在散熱件1上，會進行步驟S3，如圖5所示，對貼合在感壓結合層20之第一結合面21上的第一離形紙23施以一第一下壓力F1(約4~6KG，例如以滾輪滾過)，讓感壓結合層20的第二結合面22能與散熱件1的貼合面10固結(fixedly combined)，並使感壓結合層20與散熱件1之間的一第三結合強度大於該第一結合強度。
接著，進行步驟S4，如圖6所示，撕開第一離形紙23，使第一離形紙23與感壓結合層20的第一結合面21分離，再如圖7所示，將數個發熱元件31、32貼合在第一結合面21上，本處雖以兩個發熱元件31、32為例但不以此為限，感壓結合層20能擺幾個發熱元件端看感壓結合層20的面積以及發熱元件的大小而定，或以配合實際需求為主。
然後，執行步驟S5，以一第二下壓力F2對發熱元件31、32平均施力下壓，使發熱元件31、32與感壓結合層20的第一結合面21固結。在本實施例中，該第二下壓力F2為20psi，並對發熱元件31、32持續下壓至少10秒鐘。
此外，值得一提的是，該發熱元件31、32及散熱件1是電源供應器中所包含的構件，且本實施例主要利用感壓結
合件2將電源供應器中的發熱元件31、32結合固定在散熱件1上，使發熱元件31、32在運作過程中能透過散熱件1散熱而降溫，且發熱元件31、32主要是電源供應器之功率因數修正器、全橋或半橋或其它型式的整流電路、升壓電路、降壓電路或其他電路中的功率電晶體或二極體。
再者，一般習知的膠片(或膠帶)會摻雜玻璃纖維或聚醯亞胺(Kapton)等乘載基材(carrier)以增加其絕緣強度，但會相對地增加其熱阻值而降低其導熱效能；而本實施例所採製的感壓結合層20的厚度設計已能滿足絕緣要求，故不同於習知而不需再添加乘載基材，因此感壓結合層20本身具有熱阻值較低，相對地可提升其導熱效能等特性。是以，當完成發熱元件31、32與散熱件1之組合作業後，不僅可以達到將「發熱元件與散熱件」緊密結合，且藉助本身同時亦具有一定的絕緣強度及導熱效果，可以直接取代傳統的螺絲鎖附方式。
另外，為了使用方便，亦可將感壓結合件2製成如圖8所示之帶狀(或捲成捲筒狀)的感壓結合帶2’，其包含呈一直線間隔排列的複數感壓結合層20以及分別結合在其第一結合面21及第二結合面22的第一帶狀離形紙23’及第二帶狀離形紙24’。其中，第一帶狀離形紙23’及第二帶狀離形紙24’的設計與上述第一離形紙23及第二離形紙24是相似的。
綜上所述，本實施例藉由製備一具有一感壓結合層20以及分別結合在感壓結合層20相反的第一結合面21和第二
結合面22的第一離形紙23(23’)與第二離形紙24(24’)，並使第一離形紙23與感壓結合層20之間的第一結合力大於第二離形紙24與感壓結合層20之間的第二結合力，使第二離形紙24能被容易地撕離感壓結合層20，並於感壓結合層20之第二結合面22結合在散熱件1後，對感壓結合層20施力下壓使其固結而與散熱件1之間的第三結合力大於第一結合力，再將第一離形紙23撕離感壓結合層20，然後再將發熱元件31、32放在感壓結合層20的第一結合面21上，並對發熱元件31、32施力下壓使其與感壓結合層20結合而固定在散熱件1上。
藉此，不但不需使用螺絲鎖附，可節省電源供應器之內部空間，且散熱件不需為了鎖螺絲而鑽孔，可避免因鑽孔產生的金屬細屑掉落在其它電子元件上導致電子元件無法正常工作之虞，而且在組合發熱元件與散熱件的過程中只需施加壓力，沒有繁瑣的人工鎖螺絲作業，因此可以導入自動化製程，節省人工作業成本。再者，本實施例只需施加適當壓力，不需再經過高溫爐加熱之手續，即可完成發熱元件與散熱件之組合作業，可進一步縮減製程時間及成本，提升生產效率與品質，確實達成本發明之功效和目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧散熱件
10‧‧‧貼合面
2‧‧‧感壓結合件
20‧‧‧感壓結合層
21‧‧‧第一結合面
22‧‧‧第二結合面
23‧‧‧第一離形紙
23’‧‧‧第一帶狀離形紙
24‧‧‧第二離形紙
24’‧‧‧第二帶狀離形紙
31、32‧‧‧發熱元件
201‧‧‧第一側邊
202‧‧‧第二側邊
231‧‧‧第三側邊
232‧‧‧第四側邊
241‧‧‧第五側邊
242‧‧‧第六側邊
F1‧‧‧第一下壓力
F2‧‧‧第二下壓力
S1~S5‧‧‧步驟
2’‧‧‧感壓結合帶
圖1顯示習知發熱元件與散熱片結合需要使用螺絲、絕緣片及絕緣墊圈等元件來鎖固的示意圖；圖2顯示本發明組合發熱元件與散熱件的方法的一較佳實施例的流程圖；圖3顯示本實施例採用的感壓結合件的立體示意圖；圖4顯示本實施例的感壓結合件的第二離形紙被撕離的態樣；圖5顯示本實施例的感壓結合件以其第二結合面貼在散熱件上，並受力下壓的態樣；圖6顯示本實施例的感壓結合件的第一離形紙被撕離的態樣；圖7顯示本實施例在感壓結合層上放置散熱元件，且散熱元件受力下壓的態樣；及圖8顯示本實施例採用的另一種帶狀的感壓結合帶的立體示意圖。
S1~S5‧‧‧步驟
Claims (11)
- 一種組合發熱元件與散熱件的方法，其中該散熱件具有一貼合面，該方法包括：(A)製備一感壓結合件，該感壓結合件包含一具有相反的一第一結合面及一第二結合面的感壓結合層，一結合在該感壓結合層的該第一結合面的第一離形紙，以及一結合在該感壓結合層的該第二結合面的第二離形紙，且該第一離形紙與該第一結合面之間的一第一結合強度大於該第二離形紙與該第二結合面之間的一第二結合強度；(B)將該第一離形紙與該第二離形紙朝相反方向撕開，使第二離形紙與該感壓結合層的第二結合面分離，再將該第二結合面固結在該散熱件的該貼合面上；(C)對該第一離形紙施加壓力，使該感壓結合層的第二結合面與該散熱件之間的一第三結合強度大於該第一結合強度；(D)撕開該第一離形紙，使其與該感壓結合層的第一結合面分離，再將該發熱元件貼合在該第一結合面上；及(E)對該發熱元件施加壓力，使其與該感壓結合層的第一結合面固結。
- 依據申請專利範圍第1項所述的組合發熱元件與散熱件的方法，在步驟(E)中，該發熱元件被持續施加每平方英寸20磅重(Pounds per square inch,psi)的下壓力至少10秒鐘。
- 依據申請專利範圍第1項所述的組合發熱元件與散熱件的方法，其中該感壓結合層的厚度在0.15毫米(mm)至0.3毫 米(mm)之間。
- 依據申請專利範圍第1項所述的組合發熱元件與散熱件的方法，其中該第一結合強度是該第二結合強度的3倍。
- 依據申請專利範圍第1項所述的組合發熱元件與散熱件的方法，在步驟(A)中，該第一離形紙與第二離形紙的寬度大於該感壓結合層的寬度。
- 依據申請專利範圍第5項所述的組合發熱元件與散熱件的方法，其中該感壓結合層具有界定其寬度的一第一側邊與一第二側邊，該第一離形紙具有界定其寬度的一第三側邊與一第四側邊，該第二離形紙具有界定其寬度的一第五側邊與一第六側邊，其中該第三側邊與該第一側邊齊平，該第四側邊位於該第二側邊的外側並與該第二側邊的距離大於或至少等於4毫米(mm)，該第五側邊與該第二側邊齊平，該第六側邊位於該第一側邊的外側並與該第一側邊的距離大於或至少等於4毫米(mm)。
- 依據申請專利範圍第1至5項其中任一項所述的組合發熱元件與散熱件的方法，其中該發熱元件是電源供應器之功率因數修正器、整流電路、升壓電路或降壓電路中的功率電晶體或二極體。
- 依據申請專利範圍第1至5項其中任一項所述的組合發熱元件與散熱件的方法，其中該感壓結合層是一耐高溫、絕緣、導熱且耐壓的材料，而且該第一結合面及該第二結合面具有黏力。
- 一種感壓結合件，包括： 一感壓結合層，具有相反的一第一結合面及一第二結合面；一第一離形紙，結合在該感壓結合層的該第一結合面；及一第二離形紙，結合在該感壓結合層的該第二結合面，且該第一離形紙與該第一面之間的一第一結合強度大於該第二離形紙與該第二面之間的一第二結合強度；其中該第一離形紙與第二離形紙的寬度大於該感壓結合層的寬度，且該感壓結合層具有界定其寬度的一第一側邊與一第二側邊，該第一離形紙具有界定其寬度的一第三側邊與一第四側邊，該第二離形紙具有界定其寬度的一第五側邊與一第六側邊，其中該第三側邊與該第一側邊齊平，該第四側邊位於該第二側邊的外側並與該第二側邊的距離大於或至少等於4毫米(mm)，該第五側邊與該第二側邊齊平，該第六側邊位於該第一側邊的外側並與該第一側邊的距離大於或至少等於4毫米(mm)。
- 依據申請專利範圍第9項所述的感壓結合件，其中該感壓結合層的厚度在0.15毫米(mm)至0.3毫米(mm)之間。
- 依據申請專利範圍第9項所述的感壓結合件，其中該感壓結合層是一耐高溫、絕緣、導熱且耐壓的矽基材料，而且該第一結合面及該第二結合面具有黏力。
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2012
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