CN101458049A - 复合石墨导热散热片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合石墨导热散热片，包括纯石墨导热散热片形成的中间层，所述中间层的其中一个表面设有背胶层，增强了柔性石墨片材的强度，防止石墨片发生粉尘，影响外观和使用，改善弯曲加工性，并且可以加工三维组件，更方便加工成任意尺寸和形状结构的石墨导热散热材料，扩大了石墨片的使用范围，通过采用具有各向异性的石墨导热散热片，导热散热效率高，占用空间小，重量轻，沿两个方向均匀导热散热，消除热点区域，在屏蔽热源与组件的同时，改进电子类产品的性能。

Description

复合石墨导热散热片

技术领域

本发明涉及一种导热材料，尤其是电子类产品使用的导热散热材料，具体地说为一种复合石墨导热散热片。

背景技术

随着电子类产品的不断升级换代的加速，高集成以及高性能电子设备的日益增长，工作组件体积尺寸越来越小，工作的速度和效率越来越高，发热量越来越大。目前，公知的金属类导热散热组件已经受到其材料与自身导热散热极限的限制，必须采用先进的导热散热工艺和性能优异的导热散热材料来有效地带走热量，保证其电子类产品的有效工作，石墨导热散热材料，因特有的低密度(相对于金属类)和高导热散热系数及低热阻成为现代电子类产品解决导热散热技术的首选材料。

石墨导热散热片因其特有的性能在电子类产品中得到较为广泛的使用。为了更好的进行散热，通常情况下是将石墨导热散热片粘结在需要散热的物体的表面。传统的粘结方法是用胶水将石墨导热散热片粘结，这种粘结方式操作比较复杂，而且需要在粘结时具体的进行作业，这样有可能造成胶水的不均匀带来的粘结不牢固的问题。同时，由于石墨易碎的特性，有时需要在石墨的表面粘结金属片，这同样带来操作复杂、粘结不牢等问题。

对于用胶水粘结的复合石墨导热散热片，因为用胶水粘结的结果是不均匀的，容易脱落，并且耐温低，在高温下容易挥发失去粘结效果。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有的电子类产品普通采用的金属类导热散热管套组件的不足，提供一种减轻散热片的重量，提高散热效果，操作安装方便的复合石墨导热散热片。

为了解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种复合石墨导热散热片，包括纯石墨导热散热片形成的中间层，所述中间层的其中一个表面设有背胶层。

所述背胶层厚度≤0.06mm、180℃剥离度(N/25mm)≥6，耐温范围在-20℃～+180℃之间；

作为进一步的改进：

所述中间层与背胶层相对应的另外一面设有PET薄膜。

PET膜的厚度为0.01mm～0.04mm，耐温范围在-30℃～+250℃之间。

作为进一步的改进：

所述中间层与背胶层相对应的另外一面设有铜箔，一般选用具有较高导热系数的紫铜箔，厚度在0.02mm—0.05mm之间。

作为进一步的改进：

所述中间层与背胶层相对应的另外一面设有铝箔，一般选用高纯度的铝箔，厚度在0.01mm—0.04mm之间。

这些复合结构的目的，在于导热散热电子类产品的发热源的位置、发热源的结构和要求导热散热的方向等因素来确定具体选用哪一种材质的材料与石墨片进行组合，目的是安装与使用方便和导热散热的方向。

这种复合型具有各向异性的石墨导热散热片的优点是：增强了柔性石墨片材的强度，防止石墨片发生粉尘，影响外观和使用，改善弯曲加工性，并且可以加工三维组件，更方便加工成任意尺寸和形状结构的石墨导热散热材料，扩大了石墨片的使用范围，使之具有各向异性的石墨导热散热片更大范围地应用于：笔记本电脑、平板显示器、便携式投影仪、数码摄像机、移动电话以及针对个人的助理设备LCD、PDP、DVD等电子消费领域。

这种具有各向异性的石墨导热散热片与现有的目前电子类产品的金属类导热散热组件相比，所产生的有益效果是：通过采用具有各向异性的石墨导热散热片，导热散热效率高，占用空间小，重量轻，沿两个方向均匀导热散热，消除热点区域，在屏蔽热源与组件的同时，改进电子类产品的性能。

本发明的具有各向异性的石墨导热散热片与铜、铝的重量比较见下表：

 

石墨	铜	铝	其它金属
				密度Q.5-2.05g/cm3	密度8.96g/cm3	密度2.7g/cm3	密度≥7.8g/cm3

结论：石墨片密度一般比铝轻28％，比铜轻78％，比其它金属轻70％。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

附图说明

附图1为本发明实施例1中复合石墨导热散热片的结构示意图；

附图2为本发明实施例2中复合型石墨导热散热片具体应用示意图。

附图3为发明实施例2中安装在CPU上的具有各向异性的复合型石墨导热散热片在实际应用中，进行的温度测试图。

具体实施方式

实施例1，一种复合石墨导热散热片，包括纯石墨导热散热片形成的中间层1，所述中间层1的其中一个表面设有背胶层2，制作复合型石墨导热散热片的石墨，一般应选用高导热率的具有各向异性的石墨片材，石墨厚度在0.067mm—2.0mm之间为宜，一般情况下，石墨厚度大于2.0mm时，不需要再制作成复合型，可直接制造成具有各向异性的石墨导热散热片，石墨密度视对导热系数的高低要求来选择合适的密度，所述中间层与背胶层相对应的另外一面设有PET薄膜3，PET薄膜3的厚度为0.01mm～0.04mm，耐温范围在-30℃～+250℃之间。

这种复合型具有各向异性的石墨导热散热片的优点是：增强了柔性石墨片材的强度，防止石墨片发生粉尘，影响外观和使用，改善弯曲加工性，并且可以加工三维组件，更方便加工成任意尺寸和形状结构的石墨导热散热材料，扩大了石墨片的使用范围，使之具有各向异性的石墨导热散热片更大范围地应用于：笔记本电脑、平板显示器、便携式投影仪、数码摄像机、移动电话以及针对个人的助理设备LCD、PDP、DVD等电子消费领域。

实施例2：一种复合石墨导热散热片，包括纯石墨导热散热片形成的中间层1，所述中间层1的其中一个表面设有背胶层2，所述中间层1与背胶层2相对应的另外一面设有紫铜箔或铝箔，一般选用厚度为0.02mm～0.05mm的紫铜箔或厚度为0.01mm～0.04mm铝箔，附图2是复合型石墨导热散热片具体应用示意图，这是将一面粘合的背胶2，中间层1是石墨片，另一面为紫铜箔4的复合型具有各向异性的石墨导热散热片应用于电脑CPU5上的一个实物图例。通过背胶2将石墨片1与铜箔4牢固的粘合在CPU外壳上，CPU所散发的热量通过石墨片的各向异性，即石墨片的平行方向(与CPU外壳平行的方向)，即水平方向向四周迅速传导热量，消除CPU上的“热区”，在c方向即垂直于CPU外壳的方向较慢的传导热量，并通过铜箔均匀的散发部分热量，同时铜箔又可以将热源与其他组件进行电磁屏蔽，促进了CPU热量的迅速传导与散发，使CPU处于可承受的温度范围内，保证CPU稳定工作，延长了CPU的使用寿命。

附图3为安装在CPU上如附图2所示的具有各向异性的复合型石墨导热散热片，在实际应用中，进行的温度测试图，T₁是CPU底部的温度，T₂是CPU顶部的温度，(T₁-T₂)为温度梯度。温度梯度表示在热流方向温度变化的强度，温度梯度越大，说明在热流方向单位长度上的温度差也愈大。

热传导的推动力是温度场内的温度梯度。傅里叶定律描述了热传导速率与各种因素的关系，即单位时间内的导热量Q(导热速率)与导热面积F及温度梯度成正比。在稳定传热情况下傅里叶定律表示为：

$Q=-\mathrm{\λF}\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{dn}}---(1-1)$

式中Q----导热速率，J/h；

F---导热面积，m²；

λ----导热系数，W/(m·K)；

----温度梯度，℃/m。

式(1-1)中的负号表示热流方向与温度梯度方向相反，即热流方向沿着温度降低的方向，而一般温度梯度以温度升高的方向为正。

导热系数λ的物理意义是在单位时间内温度梯度为1K/m通过1m²面积所传导的热量。λ越大，导热性能越好。导热系数是物质导热性能的标志。导热的材料必须是导热系数大的材料。石墨的导热系数值很高，最高可达到1500W/(m·K)。

本发明的具有各向异性的石墨导热散热片与铜、铝的热传导系数的比较见下表：

因此石墨被广泛应用到电子类产品的导热散热领域中。

如下表所示，具有各向异性的石墨导热散热片在实际应用中测量的具体温度数据，在相同使用条件下，使用纯铝散热片和陶瓷散热片进行的对比数据，说明石墨型导热散热片的确具有非常好的导热散热效果，是目前最佳的新型导热散热材料。

下表经过本发明发明人多年的研究、试验，科学总结出的具有各向异性的柔性石墨片材在不同厚度、密度情况下的相对应的导热系数对照表，表中的数据是经过广泛验证，具有极高的可信度。该对照表在权力要求书中属于要求限定的范围中。

Claims (7)

1、一种复合石墨导热散热片，包括纯石墨导热散热片形成的中间层(1)，其特征是：所述中间层(1)的其中一个表面设有背胶层(2)。

2、根据权利要求1所述的复合石墨导热散热片，其特征是：所述中间层(1)与背胶层(2)相对应的另外一面设有PET薄膜(3)。

3、根据权利要求1所述的复合石墨导热散热片，其特征是：所述中间层(1)与背胶层(2)相对应的另外一面设有铜箔或铝箔。

4、根据权利要求1～3其中之一所述的复合石墨导热散热片，其特征是：所述背胶层(2)的厚度≤0.06mm。

5、根据权利要求2所述的复合石墨导热散热片，其特征是：PET膜(3)的厚度为0.01mm～0.04mm。

6、根据权利要求3所述的复合石墨导热散热片，其特征是：所述铜箔为紫铜箔，厚度为0.02mm～0.05mm。

7、根据权利要求3所述的复合石墨导热散热片，其特征是：所述铝箔的厚度为0.01mm～0.04mm。

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