具有微粒及相变化的金属导热薄片构造的制作方法

1.本实用新型涉及一种具有微粒及相变化的金属导热薄片构造，尤指一种具有极佳粘着力且不会有固液分离现象的金属导热胶薄层构造。


背景技术：

2.近年来由于高功率之中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等的半导体元件的发展迅速。而电子装置愈趋于轻薄多工，且由于电子元件密度提高、频率增快，经长时间使用后会导致于局部出现过热现象，通常电子装置的晶片在工作时是主要热源，散热不仅是为了降低晶片自身温度以保证其能在要求的温度范围内正常工作，同时还要兼顾散热时不能造成壳体局部过热，给消费者造成不良使用体验，目前电子装置的散热方式，主要是利用简单的开孔、热传导、热对流等方式，但该些散热方式已无法满足现今高效能晶片所产生的热能，因此会有过热的问题，热能无法均匀散布，导致电子装置内部的散热效率降低，进而导致系统指令降频或过慢死机的现象也时有发生。
3.「液态金属」是一种常温下呈现液状的低熔点合金，其主要成分为镓铟锡合金、铟铋锡合金，或铟铋锌合金等所构成；其性质稳定且具有优异的导热及导电性，因此目前有很多业者以「液态金属」作为导热材料来解决上述问题。惟查，使用液态金属作为散热材料也并非没有缺失；相对于传统商用热介面材料，镓基液态金属具有极低的热阻，良好的流动性。目前已经有研究人员开发了一种以镓、铟、铋、锡为主要成分的合金，其总热阻最低为0.5k
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mm2/w。但是，镓及镓合金表面张力较大(0.5-0.72n/m)，涂布操作较为困难，存在与基材润湿不良的缺点；液态金属良好的流动性使其容易从介面处溢出，存在使电子元器件短路的风险。
4.目前液态金属在达到相变化温度时，其流动性大幅提高，容易溢出污染电子元器件，因此针对半导体涂抹周边需要设计密封结构，并且以加设中框和铺垫密封材料，以达到防漏、吸收液态金属用量公差，加大散热模块设计难度和局限性。液态金属在常温条件下呈现液状，对涂装工艺有一定限制，液态金属只能单一涂抹在中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等半导体晶片表面，而不能涂抹在散热模块平面处且不流动。液态金属与晶片材质浸润性差，在施工过程中多数呈液珠状，施工难度大于传统导热膏，需要严格控制液态金属的用量以防泄漏。
5.相反之，使用传统导热膏的缺点是他的流动性或延展性差，当其涂抹在中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等半导体晶片表面，或涂抹在散热模块平面处，在操作扣合过程时需使用很大的作用力，才能将传统导热膏压挤，此时很容易伤害半导体晶片，因此使用传统导热膏，半导体晶片与散热模块之间始终无法降低导热膏的厚度，使其厚度都在0.4cm以上，然过厚的导热膏其热阻大，影响其导热性，为其缺失。
6.再按，市面上液态金属薄片，在到达相变化温度后，会形成流动性较好的流体，无法高效填补晶片与散热模块之间之间隙，甚至因长时间慢慢流失，导致模块与晶片之间的介面材料缺料，晶片温度逐渐上升，从而引发晶片过热降频保护。
7.是以，本实用新型设计人有鉴于上述问题点，乃针对液态金属导热材料及传统导热膏所造成的缺失，进一步提出解决方案。


技术实现要素：

8.缘是，本实用新型的主要目的，在提供一种具有微粒及相变化的金属导热薄片构造，具有散热佳及安全稳定性等多重功效增进。
9.为达上述目的，本实用新型所采用的技术手段包含有：一导热基体，以液态金属合金为基体；一纳米级高导热粉末，以平均尺寸10nm～10μm的微粒，溶入该导热基体中，并使该导热基体增黏相变化为一固态金属导热薄片，其厚度0.3cm～0.5cm；以及该固态金属导热薄片置于一热源表面，受热相变化为液态金属，延展成为一厚度小于0.3cm的金属导热胶薄层构造。
10.依据上揭特征，该热源温度大于58℃时，该固态金属导热薄片产生相变化。
11.依据上揭特征，该纳米级高导热粉末，为圆形或类圆形的微粒构造。
12.依据上揭特征，该纳米级高导热粉末，可包括由金属粉末或非金属粉末所构成的微粒。
13.依据上揭特征，该热源包括为一半导体晶片，且该半导体晶片上对应设有一散热器。
14.依据上揭特征，该散热器与该金属导热胶薄层构造的接触面上，更包括设有一防腐蚀层。
15.借助上揭技术手段，本实用新型可解决现有的「液态金属」导热材料及「传统导热膏」所造成的缺失；以该固态金属导热薄片的构造，达到相变化温度后，形成胶固体或膏体，在有间隙的界面中完全填充，成为良好的界面材料，即能在晶片上顺利延展呈薄层状，可均匀结合在该热源表面，且未出现固液分离现象，其操作过程不会伤害到晶片，且薄层状的导热胶，可降低热阻，具有散热佳及安全稳定性等多重功效增进。
附图说明
16.图1是本实用新型相变化的流程图。
17.图2是本实用新型可行实施例的立体分解图。
18.图3是本实用新型相变化的立体示意图。
19.图4是本实用新型导热胶薄层构造示意图。
20.图5a是本实用新型使用状态参考剖视图，显示固态金属导热薄片30。
21.图5b是本实用新型使用状态参考剖视图，显示导热胶薄层构造30a。
22.图6是图5b中6所圈位置的放大图。
23.附图标记说明：10导热基体；20纳米级高导热粉末；30固态金属导热薄片；30a金属导热胶薄层构造；31氧化；40热源(半导体晶片)；41电路板；42挡墙；50散热器；51防腐蚀层。
具体实施方式
24.以下系借由特定的具体实施例说明本新型的具体实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本新型的其他优点与功效。本新型也可借由其他不同
的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本新型的精神下进行各种修饰与变更。
25.首先，请参阅图1～图6所示，本实用新型「具有微粒及相变化的金属导热薄片构造」的可行实施例，包含有：一导热基体10，以液态金属合金为基体；包括镓、铟、铋、锡、锌等合金，例如：镓铟锡合金、铟铋锡合金，或铟铋锌合金等，但不限定于此。在一可行实施例中，以液态镓基金属合金为基体10，能以高纯镓、高纯铟、高纯锡，三者纯度为99.9999％，将块状金属镓加热至100℃熔化为液态，按品质比称取镓(68.5％)、铟(21.5％)、锡(10％)，将上述比例原料放置于塑胶容器中，将其放在60℃温水中加热搅拌，直至金属铟、锡完全溶解，可制得的液态镓基合金，其熔点约为10℃的镓铟锡三元合金，但不限定于此。
26.一纳米级高导热粉末20，以平均尺寸10nm～10μm的微粒，溶入该导热基体10中，并使该导热基体10增黏相变化为一固态金属导热薄片30，其厚度(t1)0.3cm～0.5cm；以及该固态金属导热薄片30置于一热源40表面，受热相变化延展成为一厚度(t2)小于0.3cm的金属导热胶薄层构造30a。
27.本实施例中，该热源40温度大于58℃时，该固态金属导热薄片30开始产生相变化，延展成该金属导热胶薄层构造30a，呈膏状体(paste)或胶固体(glue solid)的非液态薄层状结构型态，具有极佳粘着力，可均匀结合在该热源40表面，且未出现固液分离现象。此外，也可如图4所示，该固态金属导热薄片30表层经氧化31之后，也能成为表面具有极佳粘着力的金属导热胶薄层构造30a，与相变化的过程相同，可均匀结合在该热源40表面。
28.本实施例中，该热源40包括为一半导体晶片，且该半导体晶片40上对应设有一散热器50。
29.本实施例中，该纳米级高导热粉末20，可为圆形或类圆形的微粒构造，以平均尺寸小于10μm的微粒构造为较佳，但不限定于此。且该纳米级高导热粉末20包括由金属粉末或非金属粉末所构成的微粒，诸如：金(au)、银(ag)、塑料微珠、玻璃微珠、氧化铝、碳化硅、氮化硼等等材料都可实施。
30.本实施例中，该散热器50与该复合导热胶结构层30的接触面上，更包括设有一防腐蚀层51。该防腐蚀层51包括由镍金属所构成，但不限定于此。镍金属具有极佳的抗腐蚀性，且可以用电镀或涂布的技术，使其附着在该散热器50上。如此一来，可使该散热器50不易受到该金属导热胶薄层构造30a材料的侵蚀，可确保其使用寿命及可靠度。该半导体晶片40及该散热器50为现有技术(prior art)，非本实用新型的专利标的，容不赘述。
31.本实施例中，该半导体晶片40设在电路板41上，且电路板41上设有围绕该半导体晶片40的挡墙42。虽然本实用新型的金属导热胶薄层构造30a是呈现膏状体(paste)或胶固体(glue solid)，不易有液体泄漏出来，造成短路的问题。但为百分百安全起见，如遇到该半导体晶片40异常而过热，致使该金属导热胶薄层构造30a有软化疑虑，此时该挡墙42可确保不会造成液体泄漏出来，造成短路的问题，具有双重的安全性保障。
32.本实用新型与现有的「液态金属」导热材料及「传统导热膏」主要的区别技术特征如后：
33.一、本实用新型在液态金属中添加金属或无机非金属粉末，经过剧烈搅拌先形成一固态金属导热薄片30，能降低液态金属流动性，方便并显着改善其在各种基底上的润湿性；此为现有的「液态金属」导热材料的所无法达到，现有的「液态金属」在达到相变化温度
时，其流动性大幅提高，容易溢出污染电子元器件，而本实用新型则可有效改善此一问题点。因该金属导热胶薄层构造30a常温下是呈现膏状体或胶固体，这与现有的「液态金属」导热材料完全不同，因此不用担心液体泄漏出来，造成短路的问题，进而具有安全稳定性的功效增进。
34.二、本实用新型的固态金属导热薄片30方便设置在热源40上，通过相变化或氧化过程，即能在晶片上顺利延展呈薄层状的金属导热胶薄层构造30a，具有极佳粘着力以及填缝性，且如图6所示，该金属导热胶薄层构造30a的厚度(t2)可小于0.3cm，由于该金属导热胶薄层构造30a的厚度越薄越好，因此本实用新型的固态金属导热薄片30，解决传统导热膏流动性或延展性差，导致导热膏过厚的缺点，具有其操作过程不会伤害到晶片，且薄层状的金属导热胶薄层构造30a，可降低热阻，具有散热佳及安全稳定性等多重功效增进。
35.三、该金属导热胶薄层构造30a是呈现膏状体(paste)或胶固体(glue solid)，并非是刚性体或固状体，因此其具有弹性，以其设置在该半导体晶片40与散热器50之间，不仅可以使该半导体晶片40和散热器50的介面紧密贴合，显着降低半导体晶片40和散热器50之间的接触热阻；且因其具有弹性，可使该半导体晶片40与散热器50之间，具有一弹性缓冲力，如此一来，该半导体晶片40不易受到该散热器50的压力而造成损害。
36.借助上揭技术手段，本实用新型金属导热胶薄层构造30a，可同时解决现有的「液态金属」导热材料及「传统导热膏」所造成的缺失，借助上揭技术手段，本实用新型可解决现有的「液态金属」导热材料及「传统导热膏」所造成的缺失；以该固态金属导热薄片30的构造，达到相变化温度后，形成胶固体或膏体，在有间隙的界面中完全填充，成为良好的界面材料，即能在晶片40上顺利延展呈薄层状，可均匀结合在该热源40表面，且未出现固液分离现象，其操作过程不会伤害到晶片，且薄层状的导热胶，可降低热阻，具有散热佳及安全稳定性等多重功效增进。
37.以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。