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TWI698287B - 液態金屬散熱膏塗佈方法及使用液態金屬散熱膏的散熱模組 - Google Patents

液態金屬散熱膏塗佈方法及使用液態金屬散熱膏的散熱模組 Download PDF

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TWI698287B
TWI698287B TW108130684A TW108130684A TWI698287B TW I698287 B TWI698287 B TW I698287B TW 108130684 A TW108130684 A TW 108130684A TW 108130684 A TW108130684 A TW 108130684A TW I698287 B TWI698287 B TW I698287B
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王俊傑
王正郁
許泰民
張耀仁
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Abstract

一種用以塗佈液態金屬散熱膏的塗佈方法包含施加液態金屬散熱膏於電子元件的表面上，以及利用刮刀刮動液態金屬散熱膏，以使液態金屬散熱膏塗佈於電子元件的表面上。刮刀的表面經粗糙化處理。

Description

液態金屬散熱膏塗佈方法及使用液態金屬 散熱膏的散熱模組
本發明是關於一種液態金屬散熱膏的塗佈方法及設置有液態金屬散熱膏的散熱模組。
當電子裝置內的處理器或電子元件在高速運轉時，常會產生大量的熱量，使得處理器或電子元件的溫度提高。而過高的溫度將會提高處理器或電子元件的損耗，甚至縮短處理器或電子元件的壽命。因此，散熱對於電子裝置內的處理器或電子元件來說極為重要。
現有的散熱方式，較為常見的是使用散熱膏及散熱件，使散熱膏將處理器或電子元件的熱傳導至散熱件。藉由易散熱的金屬散熱件來提升熱的傳導及發散。然而，傳統稠狀散熱膏的熱導係數低，無法有效的將處理器或電子元件的熱傳導至散熱件上。因此，具高熱導係數的液態金屬散熱膏逐漸取代傳統膏狀散熱膏，應用於電子裝置的散熱模組中。
液態金屬散熱膏雖具有高熱導係數，但是，液態金屬散熱膏的內聚力大於其與處理器或電子元件表面的附著力，使得液態金屬散熱膏難以均勻的塗佈於處理器或電子元件的表面上。此外，若未注意控制液態金屬散熱膏的用量，液態金屬散熱膏很有可能溢出處理器或電子元件的表面，導致周圍的電路短路。
依據本發明之一實施方式，一種用以塗佈液態金屬散熱膏的塗佈方法包含施加液態金屬散熱膏於電子元件的表面上，以及利用刮刀刮動液態金屬散熱膏，以使液態金屬散熱膏塗佈於電子元件的表面上。刮刀的表面經粗糙化處理。
綜上所述，本發明的液態金屬散熱膏塗佈方法是藉由表面經過粗糙化的刮刀刮動施加於電子元件表面的液態金屬散熱膏，以使液態金屬散熱膏塗佈於電子元件表面。刮刀上的粗糙化結構有助於液態金屬散熱膏暫時地附著於刮刀上，因此，可有效地將液態金屬散熱膏均勻塗佈於電子元件的表面上。此外，藉由限制元件的開口限制液態金屬散熱膏的塗佈範圍，可避免過多的液態金屬散熱膏溢出電子元件的表面，導致周圍的電路短路。
以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。
1‧‧‧電路板
10‧‧‧限制元件
10a‧‧‧開口
11‧‧‧下表面
12‧‧‧內側壁
20‧‧‧電子元件
21、51、71‧‧‧表面
21a‧‧‧緩衝區
30‧‧‧液態金屬散熱膏
40‧‧‧點膠機
50‧‧‧刮刀
511‧‧‧粗糙化結構
60、60’‧‧‧液態金屬散熱膏層
70‧‧‧散熱件
100‧‧‧散熱模組
W1、W2‧‧‧寬度
S100~S106‧‧‧步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為繪示本發明一實施方式之用以塗佈液態金屬散熱膏的塗佈方法的流程圖。
第2圖至第4A圖以及第5圖至第6圖為繪示依據第1圖所示之塗佈方法實際操作時之立體示意圖。
第4B圖為繪示第4A圖中之圓圈內的局部放大圖。
第7圖為繪示本發明一實施方式之散熱模組的側視圖。
第8圖為繪示本發明步驟S102另一實施方式之實際操作時的立體示意圖。
第9圖為繪示本發明步驟S106另一實施方式之實際操作時的立體示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請參照第1圖。第1圖為繪示本發明一實施方式之用以塗佈液態金屬散熱膏的塗佈方法的流程圖。本實施方式之 液態金屬散熱膏的塗佈方法之概念，可應用於任何以液態金屬散熱膏為電子元件與散熱件之熱傳導媒介的電子裝置中。如第1圖所示，於本實施方式中，塗佈方法包含步驟S100~S106。以下將配合第2圖至第6圖所示之塗佈方法實際操作時之立體示意圖示例性說明本實施方式之塗佈方法。其中，部分的步驟係為選擇性的設計，細節請容後說明。
於步驟S100中，放置限制元件10於電子元件20上，使得電子元件20的表面21至少部分由限制元件10的開口10a暴露出。如第2圖所示，電路板1上具有電子元件20。電子元件20具有表面21。限制元件10具有開口10a以及下表面11。將限制元件10放置於電子元件20之上，以使限制元件10的下表面11與電子元件20的表面21抵接。如此，電子元件20的表面21的至少部分以及限制元件10與開口10a相鄰的內側壁12由限制元件10的開口10a暴露出。
進一步地，開口10a的寬度W1小於電子元件20的表面21的寬度W2。因此，實質上，僅部分的電子元件20表面21經由開口10a暴露出，但本發明不應以此為限。在一實施例中，限制元件10更圍繞電子元件20的側緣並抵接電路板1。藉此，以便讓使用者將限制元件10設置在電子元件20上。
於一些實施方式中，電子元件20為中央處理器(Central Processing Unit，CPU)晶片組、圖形處理器(Graphic Processing Unit，GPU)晶片組或高速運轉時，會產生大量熱能的電子元件20，本發明不應以此為限。
接著於步驟S102中，施加液態金屬散熱膏30於電 子元件20的表面21上。在一實施例中，係如第3圖所示，利用點膠機40將適量的液態金屬散熱膏30施加於經由開口10a暴露出的表面21上。由於液態金屬散熱膏30的內聚力大於液態金屬散熱膏30對電子元件20表面21的附著力，因此，液態金屬散熱膏30會於電子元件20的表面21上集中形成一或多個球體或類球體，而不易均勻平整地散布於電子元件20的表面21上。而當施加外力於液態金屬散熱膏30所形成的這些球體時，由於內聚力的緣故，這些球體傾向以完整的型態移動或滾動，而非因外力而改變形狀。
於一些實施方式中，液態金屬散熱膏30包含鎵、銦、錫、鋅、鉛、鉍、鉑、鈀、錳、鎂、銅、銀、金中之至少一者，但本發明不應以此為限。
於一些實施方式中，液態金屬散熱膏30至少包含鎵或鎵的化合物，且鎵或鎵的化合物含量至少為85%以上。
於一些實施方式中，液態金屬散熱膏30的熱導率約為70~75W/mK。其中，W為瓦特(watt)，m為公尺(meter)，K為克耳文(kelvin)或稱克氏溫度。
於一些實施方式中，液態金屬散熱膏30的熔點約為20℃至50℃。
於一些實施方式中，液態金屬散熱膏30的黏度約為0.0019~0.0022泊(Poise，P)。
於步驟S104中，利用表面51經粗糙化處理的刮刀50刮動液態金屬散熱膏30。如第4A圖以及第4B圖所示。利用刮刀50刮動電子元件20表面21上的液態金屬散熱膏30，使液 態金屬散熱膏30均勻分布於電子元件20的表面21上。且，利用刮刀50刮動液態金屬散熱膏30之前，刮刀50的表面51已預先粗糙化，使得刮刀50的表面51處呈凹凸不平整狀的粗糙化結構511。舉例來說，如第4B圖所示，第4B圖為繪示第4A圖中圓圈M內的局部放大圖，粗糙化結構511為鋸齒狀。在另一實施例中，粗糙化結構511為不規則起伏狀。但本發明不應以此為限。在一實施例中，以平均顆粒直徑(微米，micrometer)為標準的話，粗糙化結構511的粗糙度值小於58.5。
於一些實施方式中，僅刮刀50的一表面51具有粗糙化結構511。於此實施方式中，使用者係利用刮刀50具有粗糙化結構511的表面51與電子元件20的表面21接觸，以利用刮刀50的表面51的粗糙化結構511推動液態金屬散熱膏30。於另一些實施方式中，刮刀50的正反兩表面51皆具有粗糙化結構511。如此，使用者可交錯利用刮刀50的正反兩表面51與電子元件20的表面21接觸，以使刮刀50的正反兩表面51的粗糙化結構511來回推動液態金屬散熱膏30。
於一些實施方式中，刮刀50接近刀鋒處的表面51有粗糙化處理，刮刀50遠離刀鋒處的表面51，例如刮刀50的握把，可不經粗糙化，以使刮刀50的握把處仍保有光滑的平面，但本發明不應以此為限。在此並不限制刮刀50的表面51經粗糙化的面積。
利用刮刀50刮動電子元件20表面21上的液態金屬散熱膏30時，使用者或是機台提供一向下的分力，使刮刀50表面51的粗糙化結構511浸入液態金屬散熱膏30內。如此，部 分的液態金屬散熱膏30會陷入粗糙化結構511的凹槽內，而改變液態金屬散熱膏30的形狀。此時，刮刀50移動時就能帶動液態金屬散熱膏30的形狀的改變，而非只是推動液態金屬散熱膏30。藉此，使得液態金屬散熱膏30隨著刮刀50的移動而塗佈於電子元件20的表面21上。
進一步地，刮刀50的移動範圍被限制於限制元件10的開口10a外緣所圍繞的部分，使得液態金屬散熱膏30僅塗佈於經由限制元件10的開口10a暴露出的表面21部分。藉此，被限制元件10覆蓋的表面21部分可作為緩衝區21a(如第5、6圖所示)，以避免過多的液態金屬散熱膏30溢出電子元件20的表面21，造成設置於電子元件20周圍的電路短路。
於一些實施方式中，刮刀50是由矽膠或橡膠材質製成。如此，可避免刮刀50刮動液態金屬散熱膏30時，刮傷電子元件20的表面21。但本發明不應以此為限，任何不易吸收液態金屬散熱膏30，且經粗糙化後不會對電子元件20的表面21造成傷害之材質，均適用為本發明之塗佈方法中的刮刀50。
於一些實施方式中，刮刀50表面51的粗糙化是藉由打磨處理、噴砂處理或化學蝕刻處理，但本發明不應以此為限。
步驟S106中，再次施加液態金屬散熱膏30於電子元件20的表面21。如第5圖所示，液態金屬散熱膏30經刮刀50塗佈後，於電子元件20的表面21上形成液態金屬散熱膏層60’，液態金屬散熱膏層60’的外緣輪廓相同於開口10a內緣的 輪廓。移除限制元件10後，再次利用點膠機40於表面21上的液態金屬散熱膏層60’施加一預定量的液態金屬散熱膏30。由於電子元件20的表面21上已塗佈有液態金屬散熱膏層60’，因此，再次施加液態金屬散熱膏30於電子元件20的表面21上時，因同質分子的親和力較強，再次施加的液態金屬散熱膏30可自然散開於液態金屬散熱膏層60’，而均勻分佈於液態金屬散熱膏層60’上。
於一些實施方式中，第二次液態金屬散熱膏30施加的預定量大於第一次液態金屬散熱膏30施加的預訂量。舉例來說，第二次液態金屬散熱膏30施加的預訂量大約為第一次液態金屬散熱膏30施加的預訂量的12~14倍，但本發明不應以此為限。
於一些實施方式中，步驟S106可重複一或多次，本發明不應以此為限。
於一些實施方式中，在步驟S106之後，接著放置散熱件70於液態金屬散熱膏30與電子元件20上。如第6圖所示，在施加一或多次的液態金屬散熱膏30於電子元件20表面21上的液態金屬散熱膏層60’上之後，即可獲得最終之液態金屬散熱膏層60。接著，可將散熱件70放置於液態金屬散熱膏層60及電子元件20上，使得液態金屬散熱膏層60位於散熱件70以及電子元件20之間。進一步地，液態金屬散熱膏層60內受散熱件70擠壓的液態金屬散熱膏30可部分流至緩衝區21a中，如此可避免液態金屬散熱膏30溢流出電子元件20的表面21，造成電子元件20周圍電子組件的短路。在此並不限制散 熱件70的形式。
如第7圖所示，第7圖為繪示本發明一實施方式之散熱模組100的側視圖。散熱模組100包含散熱件70及液態金屬散熱膏30。液態金屬散熱膏30經第1至6圖所示之塗佈方法塗佈於電子元件20的表面21上。液態金屬散熱膏30位於電子元件20與散熱件70之間，並與電子元件20的表面21以及散熱件70的表面71直接接觸。實質上，散熱件70與電子元件20之間的間隙很小，使得液態金屬散熱膏30藉由毛細作用吸附於散熱件70的表面71與電子元件20的表面21之間。藉由毛細作用的吸附，有助於避免液態金屬散熱膏30流出電子元件20的表面21外緣，造成電子元件20周圍電子組件的電性故障。此外，具高熱導係數的液態金屬散熱膏30可迅速地將電子元件20的熱傳導至散熱件70以進行散熱。藉此，可有效降低電子元件20的溫度，使電子裝置的運作更為順暢。
於一些實施方式中，液態金屬散熱膏30是施加於表面21上的一預定位置，如第3圖以及第5圖所示，但本發明不應以此為限。
於另一些實施方式中，於步驟S102中，液態金屬散熱膏30是施加於電子元件20的表面21上的多個預定位置，如第8圖所示，液態金屬散熱膏30是施加於電子元件20的表面21上四個預定位置，以初步分散液態金屬散熱膏30於表面21，提升整體方法的效率，但本發明不以此為限。
於一些實施方式中，於步驟S106中，液態金屬散熱膏30是施加於表面21上的多個預定位置，如第9圖所示，例 如四個預定位置，但本發明不以此為限。或者說是於多個預定位置將液態金屬散熱膏30施加於液態金屬散熱膏層60’以形成液態金屬散熱膏層60。換言之，預定位置的數量可視實際操作情況而彈性調整，本發明不應以此為限。
在一實施例中，所述的多個預定位置例如是對表面21的各邊取等分點後，再取相對之等分點連線的交點為前述的預定位置。
於一些實施方式中，步驟S106可選擇性地省略。於這些實施方式中，步驟S102中液態金屬散熱膏30的量即為步驟S102與步驟S106中液態金屬散熱膏30施加的總量。
於一些實施方式中，步驟102中的液態金屬散熱膏30可利用其他合適的方式施加於電子元件20的表面21上。舉例而言，液態金屬散熱膏30係先施加於刮刀50具有粗糙化結構511的表面51上，再經由刮刀50的表面51與電子元件20的表面21接觸，使得液態金屬散熱膏30被施加於電子元件20的表面21上。接著，再進一步利用刮刀50塗抹電子元件20的表面21，使得液態金屬散熱膏30塗佈於電子元件20的表面21。但本發明不應以此為限。
由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的液態金屬散熱膏塗佈方法是藉由表面經過粗糙化的刮刀刮動施加於電子元件表面的液態金屬散熱膏，以使液態金屬散熱膏塗佈於電子元件表面。刮刀上的粗糙化結構有助於液態金屬散熱膏暫時地附著於刮刀上，因此，可有效地將液態金屬散熱膏均勻塗佈於電子元件的表面上。此 外，藉由限制元件的開口限制液態金屬散熱膏的塗佈範圍，可避免過多的液態金屬散熱膏溢出電子元件的表面，導致周圍的電路短路。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S100~S106‧‧‧步驟

Claims (9)

  1. 一種塗佈方法，用以塗佈一液態金屬散熱膏於一電子元件，該塗佈方法包含：提供該液態金屬散熱膏於一電子元件的一表面上；以及利用一刮刀的一表面刮動該液態金屬散熱膏，以使該液態金屬散熱膏塗佈於該電子元件的該表面上，其中該刮刀的該表面經粗糙化處理。
  2. 如請求項1所述之塗佈方法，進一步包含：在利用該刮刀刮動該液態金屬散熱膏之後，再次施加該液態金屬散熱膏於該電子元件的該表面上。
  3. 如請求項1所述之塗佈方法，更包含放置一限制元件於該電子元件上，使該限制元件的一下表面與該電子元件的該表面抵接，且該電子元件的該表面至少部分由該限制元件的一開口暴露出。
  4. 如請求項3所述之塗佈方法，其中施加該液態金屬散熱膏於該電子元件的該表面上的步驟包含：施加一預定量之該液態金屬散熱膏於該限制元件範圍。
  5. 如請求項4所述之塗佈方法，其中於利用一刮刀刮動該液態金屬散熱膏的步驟之後，施加另一預訂量的該液態金屬散熱膏於該限制元件範圍。
  6. 如請求項1所述之塗佈方法，其中該刮刀的該表面粗糙化係藉由一打磨處理、一噴砂處理或一化學蝕刻處理。
  7. 如請求項1所述之塗佈方法，其中該液態金屬散熱膏至少包括鎵或鎵的化合物，其中鎵或鎵的化合物含量至少85%以上。
  8. 一種塗佈方法，用以塗佈一液態金屬散熱膏，該塗佈方法包含：施加該液態金屬散熱膏於一刮刀的一表面上；以及利用該刮刀的該表面塗抹一電子元件的一表面，其中該刮刀的該表面經粗糙化處理。
  9. 如請求項8所述之塗佈方法，更包含在利用該刮刀的該表面塗抹該電子元件的該表面之前，放置一限制元件於該電子元件上，使該限制元件的一下表面與該電子元件的該表面抵接，且該電子元件的該表面至少部分由該限制元件的一開口暴露出。
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