一种氮化铝陶瓷散热片与其制造方法。本制造方法主要是使用粒径较大的氮化铝粉或氮化铝复合物来制作散热片，藉以制造出高厚度且低收缩率的氮化铝陶瓷散热片。依据本制造方法所制得的散热片的比重系实质介于1.4至2.2之间，其形状可为例如鳍型或平板，平均厚度系实质介于1毫米(mm)至2公分之间。
制备包含有一烧结助剂的一氮化铝复合物，其中该烧结助剂于该氮化铝复合物中的重量比值系实质介于2%至9%之间；
过滤该氮化铝复合物，以分别筛出具有一第一平均粒径的一第一氮化铝复合物、具有一第二平均粒径的一第二氮化铝复合物、及具有一第三平均粒径的一第三氮化铝复合物，其中该第一平均粒径系实质介于30微米至80微米之间，该第一氮化铝复合物于该氮化铝复合物中的重量比值系实质介于50%至75%之间；该第二平均粒径系实质介于10微米至29微米之间，该第二氮化铝复合物于该氮化铝复合物中的重量比值系实质介于10%至30%之间；该第三平均粒径系实质介于3微米至9微米之间，该第三氮化铝复合物于该氮化铝复合物中的重量比值系实质介于10%至20%之间；
将该第一氮化铝复合物、该第二氮化铝复合物、该第三氮化铝复合物、一增塑剂和一黏结剂混合在一起搅拌而获得一混合物，其中该第一氮化铝复合物、该第二氮化铝复合物和该第三氮化铝复合物的总和于该混合物中的重量比值系实质介于73%至90%之间；该增塑剂于该混合物中的重量比值系实质介于3%至12%之间；该黏结剂于该混合物中的重量比值系实质介于5%至15%之间；
使用具一预设网目数(Mesh)的一筛网过筛该混合物，而获得通过该筛网的一颗粒混合物，其中该预设网目数系实质介于20目至120目之间；
将该颗粒混合物压模、射出或挤出成型成一散热片生胚；以及
在一烧结温度持续烧结该散热片生胚经一预设时间，而获得一散热片。
2.如权利要求1所述的氮化铝陶瓷散热片的制造方法，其中该预设时间系实质介于
1.5小时至3小时之间，该烧结温度系实质介于1750℃至1950℃之间。
3.如权利要求1所述的氮化铝陶瓷散热片的制造方法，更包含：
4.如权利要求1所述的氮化铝陶瓷散热片的制造方法，其中该烧结助剂为氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化锂、氧化铝、氧化钛、氧化钕、氧化钐、氧化镝、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锂或氟化钙以及其混合物所组成的一族群，该增塑剂为硅油、己二酸酯、苯二酸酯、石蜡或白腊油，该黏结剂为木质纤维素、乙烯纤维素、聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl Butyral)、聚乙烯、聚丙烯或压克力。
将具有一第一平均粒径的一第一氮化铝粉、具有一第二平均粒径的一第二氮化铝粉、及具有一第三平均粒径的一第三氮化铝粉混合成一氮化铝粉混合物，其中该第一平均粒径系实质介于30微米至80微米之间，该第一氮化铝粉于该氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于50%至75%之间；该第二平均粒径系实质介于10微米至29微米之间，该第二氮化铝粉于该氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于10%至30%之间；该第三平均粒径系实质介于3微米至9微米之间，该第三氮化铝粉于该氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于10%至20%之间；
添加一烧结助剂至该氮化铝粉混合物中而获得一第一混合物，其中该烧结助剂于该第一混合物中的重量比值系实质介于3%至9%之间；
将该第一混合物、一增塑剂和一黏结剂混合在一起搅拌而获得一第二混合物，其中该第一混合物于该第二混合物中的重量比值系实质介于73%至90%之间；该增塑剂于该第二混合物中的重量比值系实质介于3%至12%之间；该黏结剂于该第二混合物中的重量比值系实质介于5%至15%之间；
使用具一预设网目数的一筛网过筛该第二混合物，而获得通过该筛网的一颗粒混合物，其中该预设网目数系实质介于20目至100目之间；
将该颗粒混合物压模、射出或挤出成型成一散热片生胚；以及
在一烧结温度持续烧结该散热片生胚经一预设时间，而获得一散热片。
7.如权利要求5所述的散热片的制造方法，其中该预设时间系实质介于1.5小时至3小时之间，该烧结温度系实质介于1750℃至1950℃之间。
8.如权利要求5所述的散热片的制造方法，其中该烧结助剂为氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化锂、氧化铝、氧化钛、氧化钕、氧化钐、氧化镝、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锂或氟化钙以及其混合物所组成的一族群，该增塑剂为硅油、己二酸酯或苯二酸酯，该黏结剂为木质纤维素、乙烯纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯、聚丙烯或压克力。
9.一种如权利要求1或5的散热片的制造方法制得的散热片，其中该散热片的比重系实质介于1.4至2.2之间。
10.如权利要求9所述的散热片，其中该散热片的形状为鳍片型或平板。
11.如权利要求9所述的散热片，其中该散热片的形状为鳍片型，其鳍部的几何形状为角柱体或圆柱体。
12.如权利要求9所述的散热片，其中该散热片的平均厚度系实质介于1毫米(mm)至
氮化铝陶瓷散热片与其制造方法
技术领域
[0001] 本发明是有关于一种氮化铝(AlN)陶瓷散热片与其制造方法。特别是有关于一种高厚度的氮化铝陶瓷散热片与其制造方法。
背景技术
[0002] 随着科技的日新月异，电子与光电产品均朝轻、薄、短、小与高功率的趋势发展。如此的发展将使得电子与光电产品的发热密度随之提高，因而电子与光电产品对于散热的需求也大幅增加。例如：发光二极管(Light Emitting Diode；LED)发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性，而LED结面温度、发光效率及寿命之间的关系。因此，必须加装散热片装置至电子与光电产品，以改善散热的问题。
[0003] 散热片的种类主要有金属散热片和陶瓷散热片两类。金属散热片系以铝或铜为材料，而陶瓷散热片系使用氧化铝、碳化硅(SiC)、氮化铝等材料。应用金属散热片时尚需绝缘层的处理，而陶瓷散热片本身是绝缘体，故不需绝缘层的处理。此外，陶瓷散热片的热膨胀系数匹配性佳，可减少热应力及热变形产生也是其优点之一。
[0004] 由于氮化铝具有独特的物理特性，例如：接近于金属并十倍于氧化铝的高热导性；可与硅和碳化硅相比拟的低热膨胀系数与高电绝缘性；优良的抗热震性；与氧化铝陶瓷材料相当的机械强度；优良的抗腐蚀性，故氮化铝已成为用以制作陶瓷散热片的相当重要的散热材料。然而，习知的氮化铝陶瓷散热片系使用粒径小于2微米的粉末，其比重为3.26，而收缩率大于10%。由于习知的氮化铝陶瓷散热片的收缩率太大，制作厚度较大的散热片时，容易发生翘曲的现象，因而造成良率太低的问题。此外，习知技术通常只能制作出厚度为1毫米(mm)以下的氮化铝陶瓷散热片，已无法满足日趋复杂与多样化的电子与光电产品的散热需求。
[0005] 有鉴于此，目前亟需一种可制造出高厚度且低收缩率的氮化铝陶瓷散热片的方法。
发明内容
[0006] 本发明的一个目的就是提供氮化铝陶瓷散热片的制造方法，藉以制造出高厚度且低收缩率的氮化铝陶瓷散热片。
[0007] 根据本发明的上述目的，提出一种氮化铝陶瓷散热片的制造方法。在此氮化铝陶瓷散热片的制造方法中，首先制备包含有烧结助剂的氮化铝复合物，其中烧结助剂于氮化铝复合物中的重量比值系实质介于2%至9%之间。接着，过滤此氮化铝复合物，以分别筛出具有第一平均粒径的第一氮化铝复合物、具有第二平均粒径的第二氮化铝复合物、及具有第三平均粒径的第三氮化铝复合物，其中第一平均粒径系实质介于30微米至80微米之间，第一氮化铝复合物于氮化铝复合物中的重量比值系实质介于50%至75%之间；第二平均粒径系实质介于10微米至29微米之间，第二氮化铝复合物于该氮化铝复合物中的重量比值系实质介于10%至30%之间；第三平均粒径系实质介于3微米至9微米之间，第三氮化铝复合物于氮化铝复合物中的重量比值系实质介于10%至20%之间。然后，将第一氮化铝复合物、第二氮化铝复合物、第三氮化铝复合物、增塑剂和黏结剂混合在一起搅拌而获得一混合物，其中第一氮化铝复合物、第二氮化铝复合物和第三氮化铝复合物的总和于混合物中的重量比值系实质介于73%至90%之间；增塑剂于混合物中的重量比值系实质介于3%至12%之间；黏结剂于混合物中的重量比值系实质介于5%至15%之间。接着，使用具预设网目数(Mesh)的筛网过筛此混合物，而获得通过此筛网的颗粒混合物，其中预设网目数系实质介于20目(mesh)至120目之间。然后，将颗粒混合物压模、射出或挤出成型成一散热片生胚，再于一烧结温度持续烧结散热片生胚经一预设时间，而获得一散热片。
[0008] 依据本发明的又一实施例，在一种氮化铝陶瓷散热片的制造方法中，首先将具有第一平均粒径的第一氮化铝粉、具有第二平均粒径的第二氮化铝粉、及具有第三平均粒径的第三氮化铝粉混合成氮化铝粉混合物，其中第一平均粒径系实质介于30微米至80微米之间，第一氮化铝粉于氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于50%至75%之间；第二平均粒径系实质介于10微米至29微米之间，第二氮化铝粉于氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于10%至30%之间；第三平均粒径系实质介于3微米至9微米之间，第三氮化铝粉于该氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于10%至20%之间。然后，添加烧结助剂至氮化铝粉混合物中而获得第一混合物，其中烧结助剂于第一混合物中的重量比值系实质介于2%至9%之间。接着，将第一混合物、增塑剂和黏结剂混合在一起搅拌而获得第二混合物，其中第一混合物于第二混合物中的重量比值系实质介于73%至90%之间；增塑剂于第二混合物中的重量比值系实质介于3%至12%之间；黏结剂于第二混合物中的重量比值系实质介于5%至15%之间。然后，使用具预设网目数的筛网过筛第二混合物，而获得通过筛网的颗粒混合物，其中预设网目数系实质介于20目至100目之间。接着，将颗粒混合物压模、射出或挤出成型成一散热片生胚，再于一烧结温度持续烧结散热片生胚经一预设时间，而获得一散热片。
[0009] 依据本发明的上述实施例所制得的散热片的比重系实质介于1.4至2.2之间，其形状为例如鳍型或平板，平均厚度系实质介于1毫米(mm)至2公分之间。
[0010] 因此，藉由本发明的实施例的氮化铝陶瓷散热片的制造方法，可提供高厚度且低收缩率的氮化铝陶瓷散热片，并具有优良的良率。
附图说明
[0011] 为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
[0012] 图1系绘示依据本发明的一实施例的氮化铝陶瓷散热片制造方法的流程示意图。
[0013] 图2A系绘示依据本发明的一实施例的氮化铝陶瓷散热片的结构示意图。
[0014] 图2B系绘示依据本发明的又一实施例的氮化铝陶瓷散热片的结构示意图。
[0015] 图3系绘示依据本发明的又一实施例的氮化铝陶瓷散热片制造方法的流程示意图。
[0016] 【主要组件符号说明】
[0017] 10：鳍型散热片
[0018] 12：鳍型散热片
[0019] 20：鳍部
[0020] 22：鳍部
[0021] 100：制备包含有烧结助剂的氮化铝复合物
[0022] 110：过滤氮化铝复合物以分别筛出第一、第二、第三氮化铝复合物[0023] 120：混合第一、第二、第三氮化铝复合物、增塑剂和黏结剂成混合物[0024] 130：过筛混合物而获得颗粒混合物
[0025] 140：将颗粒混合物压模、射出或挤出成型成散热片生胚
[0026] 150：持续烧结散热片生胚而获得散热片
[0027] 160：将散热片自然降温或持续降温至常温
[0028] 200：混合第一、第二、第三氮化铝粉成氮化铝粉混合物
[0029] 210：添加烧结助剂至氮化铝粉混合物中而获得第一混合物
[0030] 220：混合第一混合物、增塑剂和黏结剂成第二混合物
[0031] 230：过筛第二混合物而获得颗粒混合物
[0032] 240：将颗粒混合物压模、射出或挤出成型成散热片生胚
[0033] 250：持续烧结散热片生胚而获得散热片
[0034] 260：将散热片自然降温或持续降温至常温
具体实施方式
[0035] 本发明的实施例主要是使用粒径较大的氮化铝粉或氮化铝复合物来制作散热片，藉以制造出高厚度且低收缩率的氮化铝陶瓷散热片。所谓「氮化铝复合物」系将铝粉、氮化铝、及例如氧化钇的烧结助剂均匀混合后，再经例如燃烧合成反应制成。制造氮化铝复合物的方法与装置可参见中国台湾专利前案第I297672号「氮化铝与其复合物的合成方法」，但本发明的实施例并不在此限。至于本发明的实施中所使用的装置，例如：搅伴机、筛网、成型机、烧结炉等，皆为习知装置，故不在此赘述。
[0036] 实施例1：使用氮化铝复合物、增塑剂和黏结剂。
[0037] 请参照图1，其绘示依据本发明的一实施例的氮化铝陶瓷散热片制造方法的流程示意图。首先，制备包含有烧结助剂的氮化铝复合物(步骤100)，其中烧结助剂于氮化铝复合物中的重量比值系实质介于2%至9%之间，且可为例如：氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化锂、氧化铝、氧化钛、氧化钕、氧化钐、氧化镝、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锂或氟化钙以及其混合物所组成的一族群。接着，使用例如不同网目数的筛网来过滤此氮化铝复合物(步骤110)，以分别筛出具有第一平均粒径的第一氮化铝复合物、具有第二平均粒径的第二氮化铝复合物、及具有第三平均粒径的第三氮化铝复合物，其中第一平均粒径系实质介于30微米至80微米之间，第一氮化铝复合物于氮化铝复合物中的重量比值系实质介于50%至75%之间；第二平均粒径系实质介于10微米至29微米之间，第二氮化铝复合物于该氮化铝复合物中的重量比值系实质介于10%至30%之间；第三平均粒径系实质介于3微米至9微米之间，第三氮化铝复合物于氮化铝复合物中的重量比值系实质介于10%至20%之间。然后，将第一氮化铝复合物、第二氮化铝复合物、第三氮化铝复合物、增塑剂和黏结剂混合在一起搅拌(步骤120)，而获得一混合物，其中第一氮化铝复合物、第二氮化铝复合物和第三氮化铝复合物的总和于混合物中的重量比值系实质介于73%至90%之间；增塑剂于混合物中的重量比值系实质介于3%至12%之间；黏结剂于混合物中的重量比值系实质介于5%至15%之间。增塑剂(可塑剂)可为例如：硅油、己二酸酯、苯二酸酯、石蜡或白腊油，黏结剂可为例如：木质纤维素、乙烯纤维素、聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl Butyral)、聚乙烯、聚丙烯或压克力。
[0038] 接着，使用具预设网目数的筛网过筛此混合物(步骤130)，而获得通过此筛网的颗粒混合物，其中预设网目数系实质介于20目至120目之间。然后，将颗粒混合物压模、射出或挤出成型成一散热片生胚(步骤140)，再于具一烧结温度的烧结炉中，持续烧结散热片生胚经一段预设时间(步骤150)，而获得一散热片，其中预设时间系实质介于1.5小时至3小时之间，烧结温度系实质介于1750℃至1950℃之间。在进行步骤150前，烧结炉的升温曲线可为例如：先以每分钟升温2～4℃的速率由常温升至1200℃；再以每分钟升温1～3℃的速率由1200℃升至1850℃。然后，进行步骤150，以维持1850℃的温度经1.5小时～3小时。接着，将散热片自然降温或持续降温至常温(步骤160)。依据本实施例所制得的散热片的比重系实质介于1.4至2.2之间，其形状为例如鳍片型或平板，平均厚度系实质介于1毫米(mm)至2公分之间，其中鳍片型散热片的鳍部的几何形状可为角柱体(例如：
长方体)、圆柱体或任意形状的角柱体。请参照图2A，其绘示本发明的一实施例的氮化铝陶瓷散热片的结构示意图，其中鳍片型散热片10的鳍部20的几何形状为长方体。请参照图
2B，其绘示本发明的又一实施例的氮化铝陶瓷散热片的结构示意图，其中鳍片型散热片12的鳍部22的几何形状为圆柱体。
[0039] 以下以应用例1至4来说明本实施例。请参照表一，表一为应用例1至4所使用的材料与制程条件，用以分别进行上述的步骤100至160。
[0040] 表一
[0041]
[0042]
[0043] 表二
[0044]
[0045] 请参照表二，表二为应用例1至4所制成的氮化铝陶瓷散热片与碳化硅散热片的比较例于一蓝光DVD主机中的测试结果，其中散热片的底部系与中央处理器(CPU)相接触，以将CPU所产生的热带走。当散热片底部与CPU相接触的温度愈低时，代表散热片的散热能力愈好；当散热片顶部温度愈低时，代表散热片底部至顶部的温差愈小，散热片的散热系数愈大。由表二可知，应用例1至3所制成的氮化铝陶瓷散热片的散热能力与散热系数均比习知的碳化硅散热片佳。此外，应用例1至4所制成的氮化铝陶瓷散热片的厚度为3.8mm和2.85mm，远大于习知的氮化铝散热片的1mm的厚度。应用例1至3所制成的氮化铝陶瓷散热片的收缩率分别为5.12%、5.15%和5.13%，远低于习知的氮化铝散热片的10%以上的收缩率。应用例1至4所制成的氮化铝陶瓷散热片的比重分别为1.64、1.69、1.71和1.72，远低于习知的氮化铝散热片的3.26的比重。
[0046] 实施例2：使用氮化铝粉混合物、烧结助剂、增塑剂和黏结剂。
[0047] 请参照图3，其绘示依据本发明的又一实施例的氮化铝陶瓷散热片制造方法的流程示意图。在本实施例，首先将具有第一平均粒径的第一氮化铝粉、具有第二平均粒径的第二氮化铝粉、及具有第三平均粒径的第三氮化铝粉混合成氮化铝粉混合物(步骤200)，其中第一平均粒径系实质介于30微米至80微米之间，第一氮化铝粉于氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于50%至75%之间；第二平均粒径系实质介于10微米至29微米之间，第二氮化铝粉于氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于10%至30%之间；第三平均粒径系实质介于3微米至9微米之间，第三氮化铝粉于该氮化铝粉混合物中的重量比值系实质介于10%至20%之间。然后，添加烧结助剂至氮化铝粉混合物中而获得第一混合物(步骤210)，其中烧结助剂于第一混合物中的重量比值系实质介于3%至9%之间。接着，将第一混合物、增塑剂和黏结剂混合在一起搅拌而获得第二混合物(步骤220)，其中第一混合物于第二混合物中的重量比值系实质介于73%至90%之间；增塑剂于第二混合物中的重量比值系实质介于3%至12%之间；黏结剂于第二混合物中的重量比值系实质介于5%至15%之间。增塑剂可为例如：硅油、己二酸酯、苯二酸酯、石蜡或白腊油，黏结剂可为例如：木质纤维素、乙烯纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯、聚丙烯或压克力。
[0048] 然后，使用具预设网目数的筛网过筛第二混合物(步骤230)，而获得通过筛网的颗粒混合物，其中预设网目数系实质介于20目至100目之间。接着，将颗粒混合物压模、射出或挤出成型成一散热片生胚(步骤240)，再于一烧结温度持续烧结散热片生胚经一预设时间(步骤250)，而获得一散热片，其中预设时间系实质介于1.5小时至3小时之间，烧结温度系实质介于1750℃至1950℃之间。在进行步骤250前，烧结炉的升温曲线可为例如：先以每分钟升温2～4℃的速率由常温升至1200℃；再以每分钟升温1～3℃的速率由1200℃升至1850℃。然后，进行步骤250，以维持1850℃的温度经1.5小时～3小时。接着，将散热片自然降温或持续降温至常温(步骤260)。依据本实施例所制得的散热片的比重系实质介于1.4至2.2之间，其形状为例如鳍片型(如图2A和图2B所示)或平板，平均厚度系实质介于1毫米(mm)至2公分之间。应用例5、6所制成的氮化铝陶瓷散热片的比重分别为1.64和1.67，远低于习知的氮化铝散热片的3.26的比重。
[0049] 以下以应用例5至7来说明本实施例。请参照表三，表三为应用例5至7所使用的材料与制程条件，用以分别进行上述的步骤200至260。
[0050] 表三
[0051]
[0052]
[0053] 表四
[0054]
[0055] 请参照表四，表四为应用例5、6所制成的氮化铝陶瓷散热片与碳化硅散热片的比较例于一蓝光DVD主机中的测试结果。由表四可知，应用例5所制成的氮化铝陶瓷散热片的散热能力与散热系数均比习知的碳化硅散热片佳。此外，应用例5、6所制成的氮化铝陶瓷散热片的厚度为3.8mm，远大于习知的氮化铝散热片的1mm的厚度。应用例5、6所制成的氮化铝陶瓷散热片的收缩率分别为5.15%和5.13%，远低于习知的氮化铝散热片的10%以上的收缩率。应用例5、6所制成的氮化铝陶瓷散热片的比重分别为1.64和1.67，远低于习知的氮化铝散热片的3.26的比重。
[0056] 由上述实施方式可知，本发明的优点就是可提供高厚度且低收缩率的氮化铝陶瓷散热片，并具有优良的良率。
[0057] 虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
