CN209659701U - 基于石墨烯的半导体优化导热结构 - Google Patents

Abstract

一种基于石墨烯的半导体优化导热结构，包括：带有单张石墨烯薄片的金属散热器，其中：单张石墨烯薄片分别与金属散热器以及设置于半导体上的导热板面接触；单张石墨烯薄片为单层结构、双层对折结构或多层对折结构。本实用新型通过将单张石墨烯薄片折叠后设置于半导体热源和金属散热器之间且分别与之面接触从而实现优化散热。本实用新型能充分发挥石墨烯高达1500‑1700w/mk的热导率以及热扩散率高等优点，能够迅速降低热点(热量积聚点)温度，实现半导体电路的散热。

Description

基于石墨烯的半导体优化导热结构

技术领域

本实用新型涉及的是一种半导体散热领域的技术，具体是一种基于石墨烯的半导体优化导热结构。

背景技术

现有的功率放大器为实现高效散热，一般采用接触式散热器，并在热源和散热器之间填充导热胶。但导热胶寿命较短，随着时间长了会干会变少，从而缝隙重新出现，导致散热性能下降；导热性能较强的材质则往往不导电(绝缘)，会影响功放的射频性能；并且导热胶本身的热导率无法满足各材料之间的热导性需求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于石墨烯的半导体优化导热结构，能充分发挥石墨烯高达1500-1700w/mk的热导率以及热扩散率高等优点，能够迅速降低热点(热量积聚点)温度，实现半导体电路的散热。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型涉及一种基于石墨烯的半导体优化导热结构，包括：带有单张石墨烯薄片的金属散热器，其中：单张石墨烯薄片分别与金属散热器以及设置于半导体上的导热板面接触；

所述的单张石墨烯薄片为单层结构、双层对折结构或多层对折结构。

所述的双层对折结构为C字形的对折结构，其对折开口处位于半导体的边沿。

所述的双层对折结构中设有垫片和/或导热板。

所述的垫片的左右两侧设有圆弧形倒角以防止石墨烯断裂。

本实用新型进一步涉及一种基于石墨烯的半导体优化导热结构，包括：分设于两端电路板和功放管、设置于电路板和功放管和金属散热器之间的石墨烯薄片包覆的垫片以及位于垫片下的金属散热器。

所述的石墨烯薄片的中部设有开口且该开口位于电路板和功放管分界处。

所述的垫片的左右两侧设有圆弧形倒角以防止石墨烯断裂。

当采用两块以上垫片时，垫片的上表面为单张石墨烯薄片构成的完整平面。

附图说明

图1为实施例1单层石墨烯代替导热胶(全平面散热)示意图；

图2为实施例2石墨烯直接对折(全平面散热)示意图；

图3为实施例3石墨烯包裹下垫片示意图；

图4为实施例4石墨烯分别包裹左垫片和右垫片示意图；

图中：电路板1、导热板2、单张石墨烯薄片3、金属散热器4、功放管5、垫片6、导热胶7。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为采用石墨烯材料代替金属导热板和金属散热器之间的导热胶。从上到下分别是功放管5和电路板1、导热板2、单张石墨烯薄片3、金属散热器4，其中：功放管5和电路板1焊在金属的导热板2上，导热板2通过单张石墨烯薄片3和金属散热器4相连，目的是想让电路板和功放管的热，通过金属导热板，再通过石墨烯，然后到金属散热器，最后通过风冷把铝散热片的热排出到空气中。

与现有技术相比，该实施例能够利用石墨烯的热传导特性尽快传导功放管的热量并迅速的扩散到整个铜的表面，而进一步的通过金属散热器扩散出去。因此会减少热量积聚点，更有效的降低功放管的温度。然而因为热从石墨烯材料的上表面贯穿到下表面时，石墨烯的热导率只有3～5w/mk，石墨烯的优势并没有充分得到发挥和利用。

实施例2

如图2所示，本实施例通过将单张石墨烯薄片3对折，直接夹在导热板2和金属散热器4之间，让导热板2的下表面和金属散热器4的上表面所接触到的其实是单张石墨烯薄片3的同一面，热不需要“穿透”整片单张石墨烯薄片3，而是在同一平面上扩散，因此这样的改良型设计是便捷的、能够利用石墨烯整面高热导率(1500～1700w/mk)来实现更好的散热的办法。

本实施例优点在于通过简单的调整明显改善了散热效果。

实施例3

如图3所示，本实施例将原有的导热板2分成两层，电路板1和功放管5焊接在导热板2上；下面一层导热板2的边缘设计成圆弧型，垫片6完整的包裹于折叠后的双层结构单张石墨烯薄片3，垫片6的下方即为金属散热器4，从而使得石墨烯的同一面接触到导热板2的下表面，和金属散热器4的上表面。热是直接从电路板1和功放管5，扩散到导热板2，然后传到单张石墨烯薄片3的上表面并水平延伸(整面)到金属散热器4的上表面上。

本实施例能够充分利用石墨烯的整面高热导率，同时垫片6圆弧形边缘也能保护它不因为压力而折断。

在实际应用中，垫片6可以用任何材料，包括但不限于金属单质、合金、木材或塑料等等。只需要提供一定的厚度和圆弧形的曲面保证石墨烯不因为折叠而断裂，从而起到设计中的热在石墨烯的同一平面扩散的作用即可。

所述的导热板2为了传导并焊接功放管5，优选采用金属材质以保证导电导热，所以铜是首选，除此以外，采用铝镀铜或者镀镍也是可以备选的方案。

实施例4

如图4所示，对于有些电路板1和功放管5因为设计和性能的缘故、不能直接焊在导热板2上，因此本实施例中通过石墨烯薄片3包覆的垫片6设置于电路板1和功放管5和金属散热器4之间，电路板1和功放管5分设于两端。

具体地，所述的石墨烯薄片3的中部设有开口且该开口位于电路板1和功放管5分界处。

所述的垫片6的左右两侧优选设有圆弧形倒角以防止石墨烯断裂。

当采用两块以上垫片6时，垫片6的上表面由单张石墨烯薄片3铺设连成完整平面。

本实施例中热量直接从电路板1和功放管5通过石墨烯传到金属散热器4上。

所述的垫片6只需要最外侧加工成圆弧形用于提供一定的厚度和圆弧形的曲面保证石墨烯不因为折叠而断裂，从而起到设计中的热在石墨烯的同一平面扩散的作用即可。

以上装置经过实际散热对比，在对同一个热源(功放板)，两者的温差高达14℃。从而确认了该设计方案对石墨烯的使用的实用性。

综上所述，本实用新型通过对新型材料石墨烯的使用，以及对传统结构的改进，能充分发挥石墨烯高达1500-1700w/mk的热导率以及热扩散率高等优点，能够迅速降低热点(热量积聚点)温度，把热及时扩散并传递到大散热片，并最终利用散热片实现对功率放大器中的电路板1和功放管5的散热。同时石墨烯也具有导电好，质量轻，易裁剪，耐磨耐用等优点，具有广阔的应用前景。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。

Claims (8)

1.一种基于石墨烯的半导体优化导热结构，其特征在于，包括：带有单张石墨烯薄片的金属散热器，其中：单张石墨烯薄片分别与金属散热器以及设置于半导体上的导热板面接触；

所述的单张石墨烯薄片为单层结构、双层对折结构或多层对折结构。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的半导体优化导热结构，其特征是，所述的双层对折结构为C字形的对折结构，其对折开口处位于半导体的边沿。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的半导体优化导热结构，其特征是，所述的双层对折结构中设有垫片和/或导热板。

4.根据权利要求3所述的基于石墨烯的半导体优化导热结构，其特征是，所述的垫片的左右两侧设有圆弧形倒角以防止石墨烯断裂。

5.一种基于石墨烯的半导体优化导热结构，其特征在于，包括：分设于两端电路板和功放管、设置于电路板和功放管和金属散热器之间的石墨烯薄片包覆的垫片以及位于垫片下的金属散热器。

6.根据权利要求5所述的基于石墨烯的半导体优化导热结构，其特征是，所述的石墨烯薄片的中部设有开口且该开口位于电路板和功放管分界处。

7.根据权利要求5或6所述的基于石墨烯的半导体优化导热结构，其特征是，所述的垫片的左右两侧设有圆弧形倒角以防止石墨烯断裂。

8.根据权利要求5或6所述的基于石墨烯的半导体优化导热结构，其特征是，当采用两块以上垫片时，垫片的上表面为单张石墨烯薄片构成的完整平面。