导热结构与电子装置

技术领域

本发明关于一种导热结构，特别关于一种可提升散热效能的导热结构与电子装置。

背景技术

随着科技的发展，针对电子装置的设计与研发，莫不以薄型化及高效能为优先考虑。在要求高速运算与薄型化的情况下，电子装置的电子组件不可避免地将产生较以往更多的热量，因此，“散热”已经是这些组件或装置不可或缺的需求功能。特别是对高功率组件来说，由于工作时产生的热能大幅增加，使得电子产品的温度会急速上升，当电子产品受到过高的温度时，可能会造成组件的永久性损坏，或是使寿命大幅地降低。

现有技术大多是利用设置在组件或装置的散热鳍片、风扇，或是散热件(例如热管)将运作时所产生的废热导引出。其中，散热鳍片或散热片一般具有一定的厚度，而且是利用具有高导热性质的金属材料制成，或是利用掺杂具有高导热性质的无机材料制成。然而，金属材料的导热效果虽然很好，但是密度大，会增加散热鳍片或散热片整体的重量与厚度。而掺杂了无机材料的高分子复合材料的结构强度并不好，可能不适合应用在某些产品上。

因此，如何发展出更适用于高功率组件或装置需求的导热结构，可适用于不同的产品领域以因应薄型化的需求，已经是相关厂持续追求的目标之一。

发明内容

本发明的目的为提供一种导热结构与应用该导热结构的电子装置。本发明的导热结构可将电子装置的热源所产生的热能快速地传导至外界，提升散热效能。

本发明的导热结构可应用于不同的产品领域而达到薄型化的需求。

本发明提出一种导热结构，包括导热金属层以及结构层。结构层设置在导热金属层上；其中，结构层为石墨烯层与陶瓷材料层所形成的堆栈结构；或者结构层为石墨烯混合陶瓷材料层。

在实施例中，导热金属层包括铜、铝、铜合金或铝合金。

在实施例中，陶瓷材料层的材料包括氮化硼、氧化铝、氮化铝、或碳化硅、或其组合。

在实施例中，石墨烯混合陶瓷材料层的材料包括石墨烯与陶瓷材料，陶瓷材料包括氮化硼、氧化铝、氮化铝、或碳化硅、或其组合。

在实施例中，陶瓷材料层设置在石墨烯层与导热金属层之间。

在实施例中，石墨烯层设置在陶瓷材料层与导热金属层之间。

在实施例中，陶瓷材料层远离导热金属层的表面具有多个微结构，这些微结构的形状为柱状、球状、角锥状、梯形状、或不规则形状、或其组合。

在实施例中，陶瓷材料层还包括填充材料及/或多个孔洞。

在实施例中，石墨烯混合陶瓷材料层远离导热金属层的表面具有多个微结构，这些微结构的形状为柱状、球状、角锥状、梯形状、或不规则形状、或其组合。

在实施例中，石墨烯混合陶瓷材料层还包括填充材料。

在实施例中，填充材料为氧化铝、氮化铝、或碳化硅、氮化硼、或其组合。

在实施例中，填充材料的形状为颗粒状、片状、球状、条状、纳米管状、或不规则状、或其组合。

在实施例中，导热结构还包括双面胶层，其设置在导热金属层远离结构层的侧。

在实施例中，双面胶层为导热双面胶。

本发明还提出一种电子装置，包括热源以及前述实施例的导热结构，导热结构与热源连接。

在实施例中，电子装置还包括散热结构，其设置在导热结构远离热源的一侧。

承上所述，在本发明的导热结构中，通过结构层设置在导热金属层上，其中，结构层为石墨烯层与陶瓷材料层所形成的堆栈结构；或者结构层为石墨烯混合陶瓷材料层的结构设计，当导热结构与电子装置的热源连接时，可将热源所产生的热能快速且有效地传导至外界，借此可提升电子装置的散热效能。另外，本发明的导热结构可应用于不同的产品领域而使电子装置可以达到薄型化的需求。此外，在本发明实施例中，相较于传统材料为PI的保护层来说，陶瓷材料层除了可提供保护与绝缘的效果外，还可提升导热效果。

附图说明

图1为本发明实施例的导热结构的示意图。

图2A至图2G分别为本发明不同实施例的导热结构的示意图。

图3和图4分别为本发明不同实施例的电子装置的示意图。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明根据本发明的一些实施例的导热结构与电子装置，其中相同的组件将以相同的附图标记加以说明。以下实施例出现的各组件只是用以说明其相对关系，并不代表真实组件的比例或尺寸。

本发明的导热结构应用于电子装置时，可提升电子装置的散热效能。电子装置的热源可为电子装置的电池、控制芯片(例如中央控制单元(CPU))、驱动芯片、内存(例如但不限于SSD固态硬盘)、主板、显示适配器、显示面板、或平面光源，或其他会产生热量的组件、单元、或模块，并不限制。此外，本发明的导热结构可应用于不同的产品领域而达到薄型化的需求。

图1为本发明实施例的导热结构的示意图。如图1所示，本实施例的导热结构1可包括导热金属层11以及结构层S。

导热金属层11包括高导热系数的金属片、金属箔或金属膜，其材料可例如但不限于包括铜、铝、铜合金(铜和其他金属的合金)、或铝合金(铝和其他金属的合金)、或其组合。本实施例的导热金属层11是以铝金属箔为例。

结构层S设置在导热金属层11上。结构层S可为石墨烯层12与陶瓷材料层13所形成的堆栈结构；或者，结构层S可为石墨烯混合陶瓷材料层。本实施例的结构层S是以石墨烯层12与陶瓷材料层13所形成的堆栈结构为例。在本实施例中，石墨烯层12设置在陶瓷材料层13与导热金属层11之间。在此，石墨烯层12包括多个石墨烯微片，由于石墨烯微片具有极高的热传导率(热传导率>5000W/m-K)，因此可使导热结构1具有良好的热传导效果。在一些实施例中，可将石墨烯微片、溶剂(及粘结剂)混合均匀以形成浆料后，通过例如涂布或印刷等工艺，将浆料设置在导热金属层11上，以形成石墨烯层12(例如Graphene Thermal Film,GTF)。上述的溶剂可为例如但不限于丁酮(Methyl Ethyl Ketone,MEK)、水、丙酮(Acetone)、乙酸乙脂(Ethyl Acetate,EAC)、3-甲氧基丙酸甲酯(MMP)、甲苯、酒精、或其组合，或其他的中高极性溶剂。另外，涂布工艺可例如但不限于为喷射涂布(spray coating)或旋转涂布(spin coating)，而印刷工艺可例如但不限于为喷墨打印(inkjet printing)或网版印刷(screen printing)。在一些实施例中，石墨烯微片占总体含量可大于0且小于等于15％(0<石墨烯微片含量≤15％)，例如1.5％、3.2％、5％、7.5％、11％、13％，或其他。

本实施例的陶瓷材料层13设置在石墨烯层12远离导热金属层11的表面。在一些实施例中，可例如以涂布或印刷等方式在石墨烯层12上形成陶瓷材料层13，以形成结构层S。陶瓷材料层13的材料可例如但不限于包括高导热系数的陶瓷材料和胶材，陶瓷材料混合于胶材中。陶瓷材料例如可包括氮化硼(BN)、氧化铝(Al

承上，在本实施例的导热结构1中，通过结构层S设置在导热金属层11上，且结构层S为石墨烯层12与陶瓷材料层13所形成的堆栈结构的结构设计，当本实施例的导热结构1与电子装置的热源连接时，可将热源所产生的热能快速且有效地传导至外界，借此可提升电子装置的散热效能。另外，相较于传统材料为PI的保护层来说，本实施例的陶瓷材料层13除了可提供保护(耐磨)与绝缘的效果外，内含的陶瓷材料还可提升导热效果。此外，本实施例的导热结构1可应用于不同的产品领域而使电子装置可以达到薄型化的需求。

在一些实施例中，导热结构还可包括两个离型层(未示出)，这两个离型层对应设置在导热结构的上、下两侧(例如图1的导热结构1的上侧与下侧)。当要使用导热结构时，只要移除这两个离型层，即可通过双面胶(例如导热双面胶)将导热结构贴合在热源上。导热双面胶除了具有黏性之外，还可协助热能的传导。另外，离型层的材质可例如但不限于为纸类、布类、或聚脂类(例如聚对苯二甲酸乙二酯，PET)、或其组合，并不限制。要提醒的是，导热结构的上、下两侧对应具有离型层的方面，也可应用于本发明以下所有的实施例中。

请参照图2A至图2G所示，其分别为本发明不同实施例的导热结构的示意图。

如图2A所示，本实施例的导热结构1a与前述实施例的导热结构1的组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，本实施例的导热结构1a还包括双面胶层14，双面胶层14例如为导热双面胶，其可设置在导热金属层11远离结构层S的一侧。本实施例的双面胶层14设置在导热金属层11远离石墨烯层12的下表面。利用双面胶层14设置在导热金属层11与热源之间，使导热结构1a可贴附在热源上，可将热源所产生的热能快速地通过导热结构1a的导引并散逸至外界。当然，还可在陶瓷材料层13远离热源的一侧设置散热结构(图未示出)，以加速热能的散逸。

上述的导热双面胶可包括胶材及导热材料，导热材料混合于胶材中。导热双面胶除了具有黏性之外，还可通过导热材料协助热能的传导。导热材料例如可包括石墨烯、还原氧化石墨烯、或陶瓷材料、或其组合。陶瓷材料例如但不限于为氮化硼、氧化铝、氮化铝、或碳化硅等具有高导热系数的陶瓷材料、或其组合，并不限制。此外，胶材可例如但不限于为压感胶(pressure sensitive adhesive,PSA)，其材料可例如包括橡胶系、压克力系、或硅利康系，或其组合；而化学构成可为橡胶类、丙烯酸类、或有机硅类、或其组合，本发明不限定。再说明的是，利用双面胶层14使导热结构(的导热金属层)与热源连接的特征也可应用于以下所有实施例中。

另外，如图2B所示，本实施例的导热结构1b与前述实施例的导热结构1的组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，本实施例的导热结构1b的陶瓷材料层13b远离导热金属层11的表面具有多个微结构131，这些微结构131的形状可例如为柱状、球状、角锥状、梯形状、或不规则形状、或其组合，并不限制。在一些实施例中，可利用例如网印、凹凸板印刷、或其他方式在陶瓷材料层13b的表面制作出微结构131以增加散热面积，借此提升散热效果。陶瓷材料层13b的表面具有多个微结构131的特征也可应用于以下图2C至图2E的实施例中。

另外，如图2C所示，本实施例的导热结构1c与前述实施例的导热结构1的组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，本实施例的导热结构1c的陶瓷材料层13c还可包括填充材料132，填充材料132可例如为陶瓷材料，其形状可为颗粒状、片状、球状、条状、纳米管状、或不规则状、或其组合，并不限制。另外，填充材料132的尺寸可介于0.5μm～10μm之间。在一些实施例中，填充材料132可例如为氧化铝、氮化铝、或碳化硅、氮化硼、或其组合，借此增加陶瓷材料层13c的散热效果。前述纳米管状的填充材料132可例如为氮化硼纳米管。

另外，如图2D所示，本实施例的导热结构1d与前述实施例的导热结构1的组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，本实施例的导热结构1d的陶瓷材料层13d还可包括多个孔洞133。在一些实施例中，可在制作陶瓷材料层13d的工艺中填加造孔剂，使陶瓷材料层13d可形成多个孔洞133以增加比表面积，提升热辐射的散热效果。在一些实施例中，该造孔剂例如为陶瓷造孔剂。

另外，如图2E所示，本实施例的导热结构1e与前述实施例的导热结构1的组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，本实施例的导热结构1e的陶瓷材料层13e包括有填充材料132及多个孔洞133。

另外，如图2F所示，本实施例的导热结构1f与前述实施例的导热结构1的组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，本实施例的导热结构1f的陶瓷材料层13是设置在石墨烯层12与导热金属层11之间。此外，前述陶瓷材料层填加填充材料的特征也可应用本实施例中。

另外，如图2G所示，本实施例的导热结构1g与前述实施例的导热结构1的组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，本实施例的结构层S为石墨烯混合陶瓷材料层15。其中，石墨烯混合陶瓷材料层15的材料包括石墨烯与陶瓷材料，陶瓷材料可例如但不限于为氮化硼、氧化铝、氮化铝、或碳化硅等具有高导热系数的陶瓷材料、或其组合。在一些实施例中，石墨烯与陶瓷材料的混合比例可例如为1：9、3：7、或5：5、或其他比例，并不限制。在一些实施例中，石墨烯混合陶瓷材料层15还可包括前述的填充材料。此外，前述微结构的特征也可应用于本实施例的石墨烯混合陶瓷材料层15中。

另外，图3和图4分别为本发明不同实施例的电子装置的示意图。如图3所示，本发明还提出一种电子装置2，电子装置2可包括热源21以及导热结构22，导热结构22与热源21连接。在一些实施例中，导热结构22可通过双面胶层23(例如导热双面胶)与热源21连接。在此，导热结构22可为上述的导热结构1、1a至1g的其中之一，或其变化方面，具体技术内容已于上述中详述，在此不再多作说明。可以理解的是，导热结构22本身如果具有上述的双面胶层14时，则不需设置双面胶层23。

电子装置2或2a可例如但不限于为平面显示器或平面光源，例如但不限于为手机、笔记本电脑、平板计算机、电视、显示器、背光模块、或照明模块，或其他平面型的电子装置。而热源可为电子装置的电池、控制芯片(例如中央控制单元(CPU))、驱动芯片、内存(例如但不限于SSD固态硬盘)、主板、显示适配器、显示面板、或平面光源，或其他会产生热量的组件或单元，并不限制。在一些实施例中，当电子装置2为平面显示器，例如但不限于发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)时，则热源21可为显示面板而具有显示面，导热结构22可直接或间接(例如通过导热双面胶)贴附于显示面相反的表面，借此协助导热与散热，提升平面显示器的散热效能。在另一些实施例中，当电子装置2为平面光源，例如但不限于背光模块、LED照明(LED lighting)模块、或OLED照明(OLEDlighting)模块时，则热源21可为发光单元而具有光射出面，导热结构22可直接或间接(例如再通过胶材)贴附于光射出面相对的表面，借此协助导热与散热，提升平面光源的散热效能。

另外，如图4所示，本实施例的电子装置2a还可包括散热结构24，散热结构24设置在导热结构22远离热源21的一侧。因此，在电子装置2a中，散热结构24可通过导热结构22与热源21连接，使热源21所产生的热能可通过导热结构22的协助快速地传导至散热结构24，进而利用散热结构24将电子装置2a所产生的热能散逸至外界，提升散热效果。在一些实施例中，散热结构24例如可为散热膜，例如但不限于为石墨烯导热膜(GTF)；或者散热结构24也可以是传统的散热装置或结构，例如包括风扇、鳍片、散热膏、散热片、散热器或其他形式的散热组件、散热单元或散热装置、或其组合，本发明并不限制。在一些实施例中，散热结构24与导热结构22之间可通过例如导热双面胶连接。

此外，在对照组1为铝金属片层，对照组2为铝金属片层加上石墨烯层，以及本发明的导热结构1、导热结构1f和导热结构1g的对比实验中，在相同热源的情况下，导热结构1远离热源的表面的温度可低于对照组1约12.5℃；导热结构1f远离热源的表面的温度可低于对照组1约13.21℃；导热结构1g远离热源的表面的温度最高可低于对照组1约10.32℃；导热结构1远离热源的表面的温度可低于对照组2约5.06℃；导热结构1f远离热源的表面的温度可低于对照组2约5.77℃；导热结构1g远离热源的表面的温度最高可低于对照组2约2.88℃，证明本发明通过结构层S设置在导热金属层11上，其中，结构层S为石墨烯层12与陶瓷材料层13所形成的堆栈结构；或者，结构层S为石墨烯混合陶瓷材料层结构15的结构设计，确实可有效将热源所产生的热能快速地传导至外界，提升散热效能。

综上所述，在本发明的导热结构中，通过结构层设置在导热金属层上，其中，结构层为石墨烯层与陶瓷材料层所形成的堆栈结构；或者结构层为石墨烯混合陶瓷材料层的结构设计，当导热结构与电子装置的热源连接时，可将热源所产生的热能快速且有效地传导至外界，借此可提升电子装置的散热效能。另外，本发明的导热结构可应用于不同的产品领域而使电子装置可以达到薄型化的需求。此外，在本发明实施例中，相较于传统材料为PI的保护层来说，陶瓷材料层除了可提供保护与绝缘的效果外，还可提升导热效果。

以上所述仅为举例性，而非为限制性的。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附的权利要求书的范围中。