專利名稱：：復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電子產(chǎn)品散熱器件領(lǐng)域，特別是一種適用于集成電路芯片熱量散播的復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器及其制備方法。
背景技術(shù)：
：目前集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)致各種電子器件和產(chǎn)品的體積越來越小，集成器件周圍的熱流密度越來越大，以計算機(jī)CPU為例，其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱流密度已經(jīng)達(dá)到60-100W/cm2，半導(dǎo)體激光器中甚至達(dá)到103W/cm2數(shù)量級。另一方面，電子器件工作的可靠性對溫度卻十分敏感，器件溫度在70-80°C水平上每增加1°C，可靠性就會下降5%。較高的溫度水平已日益成為制約電子器件性能的瓶頸，而高效電子器件的溫度控制目前已經(jīng)成為一個研究熱點。目前常用的散熱器多采用金屬材料，金屬材料具有良好的熱傳導(dǎo)能力，但金屬材料的熱容較小，碳、石墨材料也具有良好的熱傳導(dǎo)特性，同樣存在熱容較小的缺陷。普通風(fēng)冷散熱器選擇的散熱器材質(zhì)一般是鋁和銅，銅的熱導(dǎo)率高，可以迅速將發(fā)熱器件的熱量傳導(dǎo)出來，但銅的熱容很小，如果風(fēng)冷效率不足，銅材的溫度將會升高較快，形成的溫差較小，熱傳導(dǎo)速度將下降，從而達(dá)不到CPU超頻的目的，而且銅的密度較大，比較笨重和貴重；招材的熱導(dǎo)率低于銅，但密度較小，熱容比銅稍大，但純鋁性軟，需加工成鋁合金，散熱性能將大打折扣。金屬材料表面一般是硬質(zhì)表面，而且粗糙，與散熱表面接觸不良，也會造成熱量傳遞的不可控因素。目前也有采用石墨材料作為散熱器的改進(jìn)方案，中國專利200510054362.χ公開了一種“以石墨為基底的散熱座及其石墨的制造方法”，以石墨為基底的散熱座，另一面設(shè)有金屬面，金屬表面連接鰭片組，可以迅速地吸收電子元件所發(fā)出的熱源，可提高電子元件整體的穩(wěn)定性及延長使用壽命。但是并未解決鰭片材料熱容量小的問題，散熱效率并未達(dá)到最優(yōu)。而且雖然通過破碎、浸漬和石墨化的方法使散熱座導(dǎo)熱從二維變?yōu)槿S，但是不可避免的是方向?qū)崧视兴陆?，另外在制備的最后步驟中利用加熱使其石墨化需要的時間約為1個月，增加了生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器及其制備方法，可以充分利用石墨平面方向?qū)崧矢叩奶匦?，而且重量輕、熱阻小、接觸好，生產(chǎn)成本低。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是—種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器，多片采用膨脹石墨復(fù)合材料的長鰭片與多片采用柔性石墨材料的短鰭片在夾持裝置內(nèi)交錯排列；長鰭片和短鰭片的一端對齊，對齊的端面上設(shè)有導(dǎo)熱層。所述的導(dǎo)熱層是柔性石墨材料或金屬材料。所述的導(dǎo)熱層厚度為0.15-0.2mm。所述的導(dǎo)熱層上還設(shè)有帶孔的保護(hù)層。除對齊的端面外長鰭片和短鰭片其他端面上貼有PET單面膠膜封邊。一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器的制備方法，包括以下步驟1)將可膨脹石墨在真空浸漬箱內(nèi)浸漬石蠟，石蠟浸入量為成品總重量的60-90%壓實后制成多片長鰭片；2)采用密度為1.1-1.7g/cm3的柔性石墨板制成導(dǎo)熱層和多片短鰭片；3)多片長鰭片和多片短鰭片交錯排列，一端對齊，采用夾持裝置安裝牢固，除對齊的端面外，其余三個端面采用PET單面膠膜進(jìn)行封邊處理；4)拋光對齊的端面，在該端面上安裝導(dǎo)熱層。所述的柔性石墨板，采用0.2-0.3g/cm3的膨脹石墨泡沫板，再將熱固性酚醛樹脂用無水乙醇溶解成熱固性酚醛樹脂無水乙醇為20%的溶液，采用抽真空浸漬的方法，在石墨板中浸漬熱固性酚醛樹脂溶液，浸漬的石墨板干燥后用塑料粉碎機(jī)粉碎，再用攪拌磨粉碎成80目粉末，熱壓成型為1.1-1.7g/cm3密度的石墨板，經(jīng)過175°C士10°C溫度固化得到柔性石墨板。所述的柔性石墨板，是將低密度的石墨板疊加在真空平板壓機(jī)上抽真空后施加壓力壓制成密度為1.1-1.7g/cm3的柔性石墨板。在導(dǎo)熱層上與對齊的端面接觸的另一面上還粘貼有帶孔的保護(hù)層，該孔用于使電子元件的散熱面與導(dǎo)熱層接觸。所述的導(dǎo)熱層也可以是由金屬材料制成。散熱器功能是將聚集電子器件中的熱量傳導(dǎo)到更大的熱導(dǎo)體并通過巨大的散熱面積與空氣進(jìn)行熱交換。散熱器件一般分為兩個部分，即散熱器的底座和鰭片，散熱器的底座是與電子器件接觸并聚集熱量的地方，而鰭片則是熱量傳導(dǎo)的終點，最終將熱量散失到空氣中。散熱器底座需要在短時間內(nèi)能盡可能多的吸收電子器件釋放的熱量，即瞬間吸熱能力，只有具備高熱傳導(dǎo)系數(shù)的材料才能勝任。其次是散熱器本體應(yīng)當(dāng)具備足夠的儲熱能力，即較大的熱容量，通常承擔(dān)這個任務(wù)的是鰭片。因此，散熱器的性能不僅與散熱器的結(jié)構(gòu)相關(guān)，更決定于散熱器的材質(zhì)選擇，散熱器材質(zhì)是指散熱器本體所使用的具體材料。本發(fā)明提供的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器及其制備方法，通過采用膨脹石墨復(fù)合材料作為鰭片材料；膨脹石墨復(fù)合材料和柔性石墨材料組合作為底座材料，薄型柔性石墨板材料或金屬材料，例如純銅、純鋁作為與電子器件散熱器件接觸的導(dǎo)熱層。長鰭片采用的膨脹石墨復(fù)合材料屬于多孔材料，可以吸附有機(jī)介質(zhì)，比如石蠟、硬脂酸等，將相變材料與預(yù)成型的膨脹石墨體結(jié)合，制造成石墨相變復(fù)合材料，石墨相變復(fù)合材料具有較大的相變熱容量，而且具有相變溫度相對恒定的特點，預(yù)成型體膨脹石墨保持原來的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，是熱的良導(dǎo)體；短鰭片采用的柔性石墨材料和導(dǎo)熱層采用的薄型柔性石墨材料是高密度純?nèi)嵝允牧匣蚋邚?qiáng)度柔性石墨復(fù)合材料，柔性石墨板材料在部件的平面方向熱導(dǎo)率高，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到550W/mK，方便將熱量傳遞給散熱器的底座，而且柔性石墨材料隨形性好，可以與電子器件發(fā)熱面緊密接觸，與金屬材料比較具有較大的優(yōu)勢。長鰭片與短鰭片交錯排列，并在夾持裝置的作用下被壓緊，壓緊面的平面方向熱導(dǎo)率高，利于熱量從吸熱快速的短鰭片快速傳遞到相變熱容量高的長鰭片。本發(fā)明充分利用了柔性石墨板材料平面方向熱導(dǎo)率高的優(yōu)點，與膨脹石墨復(fù)合材料高熱容性能配合優(yōu)化了熱量傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，形成良好的三維散熱效果。夾持裝置采用端板與螺栓夾緊固定的方法，螺栓可以穿過散熱器片，端板材質(zhì)選用鋁材，以增強(qiáng)散熱器三維散熱效果，螺栓也可以不穿過散熱器片，直接固定在端板上夾緊散熱器片，從而制造重量輕、熱阻小、接觸好、溫度可控、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低的風(fēng)冷散熱器。本發(fā)明中的產(chǎn)品生產(chǎn)周期在一個工作日以內(nèi)。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的仰視圖。具體實施例方式如圖1、圖2中，一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器，多片采用膨脹石墨復(fù)合材料的長鰭片1與多片采用柔性石墨材料的短鰭片2在夾持裝置內(nèi)交錯排列；長鰭片1和短鰭片2的一端對齊，對齊的端面上設(shè)有導(dǎo)熱層7。所述的導(dǎo)熱層7是柔性石墨材料或金屬材料。所述的導(dǎo)熱層7厚度為0.15-0.2mm。所述的導(dǎo)熱層7上還設(shè)有帶孔的保護(hù)層4。除對齊的端面外長鰭片1和短鰭片2其他端面上設(shè)有PET單面膠膜封邊。一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器的制備方法，包括以下步驟1)將可膨脹石墨在真空浸漬箱內(nèi)浸漬石蠟，石蠟浸入量為成品總重量的85%士5%，壓實后制成多片長鰭片1；2)采用密度為1.1-1.7g/cm3的柔性石墨板制成導(dǎo)熱層7和多片短鰭片2；3)多片長鰭片1和多片短鰭片2交錯排列，一端對齊，采用夾持裝置安裝牢固，除對齊的端面外，其余三個端面采用PET單面膠膜進(jìn)行封邊處理；4)拋光對齊的端面，在該端面上安裝導(dǎo)熱層7。所述的柔性石墨板，采用0.2-0.3g/cm3的膨脹石墨泡沫板，再將熱固性酚醛樹脂用無水乙醇溶解成熱固性酚醛樹脂無水乙醇為20%的溶液，采用抽真空浸漬的方法，在石墨板中浸漬熱固性酚醛樹脂溶液，浸漬的石墨板干燥后用塑料粉碎機(jī)粉碎，再用攪拌磨粉碎成80目粉末，熱壓成型為1.1-1.7g/cm3密度的石墨板，經(jīng)過175°C士10°C溫度固化得到柔性石墨板。所述的柔性石墨板，是將低密度的石墨板疊加在真空平板壓機(jī)上抽真空后施加壓力壓制成密度為1.1-1.7g/cm3的柔性石墨板。在導(dǎo)熱層7上與對齊的端面接觸的另一面上還粘貼有帶孔的保護(hù)層4，該孔用于使電子元件的散熱面與導(dǎo)熱層7接觸。所述的導(dǎo)熱層7也可以是由金屬材料制成。采用金屬材料例如純銅、純鋁或鋁合^^ο實施例1采用50目鱗片石墨，用濃硫酸、硝酸按照一定比例進(jìn)行氧化插層反應(yīng)，水洗干燥后得到可膨脹石墨，可膨脹石墨在850°C溫度下膨脹，膨脹倍率在200倍，將膨脹石墨壓制成密度為0.2g/cm3板材，板材厚度為3mm。按照浸漬箱的尺寸，板材規(guī)格設(shè)計為500x500mm。選用石蠟作為蓄能相變材料，相變溫度為58°C，相變熱為190KJ/kg，將相變石蠟在容器內(nèi)熔化，利用真空浸漬箱真空抽吸的方式進(jìn)入到裝有低密度膨脹石墨板的真空箱內(nèi)，真空箱內(nèi)保溫65°C，在吸入石蠟之前，裝有石墨板的真空箱真空度保持在-0.095MPa。石墨板浸漬之后，表面用汽油或其他溶劑清洗，晾干后在平板壓機(jī)上壓制密實，厚度控制在2.5mm以下。石蠟浸入量為成品總重量的85%士5%，即石墨蓄能材料相變蓄熱量為160KJ/kg。相變石蠟膨脹石墨復(fù)合材料板面方向?qū)崧蕿?53W/mK。將膨脹石墨復(fù)合材料板采用刃口模沖壓加工成帶有安裝孔6的長鰭片1，外觀尺寸為50x100mm，采用厚度為0.03mmPET單面膠膜進(jìn)行封裝處理。高密度柔性石墨板是將低密度石墨板疊加在真空平板壓機(jī)上抽真空后施加壓力加工的，高密度柔性石墨板厚度為2mm和0.18mm，密度為1.5g/cm3，板面方向?qū)崧蔬_(dá)到550ff/mKo用刃口模將高密度的柔性石墨板加工成帶有安裝孔6的短鰭片2，尺寸為50x50mm，零件除底邊外其它三邊采用0.03mmPET單面膠膜進(jìn)行封邊處理。鋁制端板3按設(shè)計加工，端板3上邊緣高出長鰭片3_5mm，在端板的上邊緣加工風(fēng)扇安裝孔5，便于安裝散熱風(fēng)扇。將5片2mm高密度柔性石墨板和6片2.5mm膨脹石墨復(fù)合材料板以底端對齊進(jìn)行組裝，對組裝好的部件底部進(jìn)行拋光處理，將貼有保護(hù)層4的0.18mm高密度柔性石墨板制成的導(dǎo)熱層7組裝到底部，組裝的方式可以是粘合，為避免粘合劑影響熱量的傳導(dǎo)，也可以是機(jī)械方式固定，例如在導(dǎo)熱層7和復(fù)合的底座上鉆孔，然后用螺釘連接。導(dǎo)熱層7可以快速把熱量傳遞給底座，將橫向快速導(dǎo)熱轉(zhuǎn)換為豎向?qū)?，?dǎo)熱層7可以變形以利于和電子元件緊密接觸，提高導(dǎo)熱效率。在保護(hù)層4上開有便于與電子元件進(jìn)行接觸的孔。保護(hù)層4可以避免導(dǎo)熱層7接觸到電路板引起短路。采用石蠟浸漬的膨脹石墨復(fù)合材料板以及高密度或高強(qiáng)度柔性石墨板間隔組合組裝，利用柔性石墨板高導(dǎo)熱系數(shù)以及石蠟浸漬的石墨復(fù)合材料板相變儲熱特點，與電子器件發(fā)熱部位接觸的薄型柔性石墨板快速將熱量沿平面方向熱傳導(dǎo)給散熱器底座，散熱器的底座結(jié)構(gòu)特點是石墨板垂直排列，石墨板的平面方向垂直接觸在發(fā)熱面上，即熱傳遞的方向正是石墨板熱導(dǎo)系數(shù)高的方向，散熱器熱阻很小，柔性石墨板表面?zhèn)鳠嵋约芭蛎浭珡?fù)合材料本身傳熱效率都很高，這些熱量一方面通過風(fēng)冷對流進(jìn)行散失，一方面通過相變石蠟吸收，并通過散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計，使散熱器本身的溫度控制在相變溫度范圍內(nèi)，電子器件將保持穩(wěn)定的工作溫度。組裝的散熱器底座面積為12.5cm2，鰭片高與鰭片間距比為25倍，按照同樣的方式組裝鋁片散熱器和導(dǎo)熱率為350W/mK的普通膨脹石墨材料散熱器，鋁片底座采用精密磨床打磨。鋁板的導(dǎo)熱率為186W/mK。采用自制的散熱效果裝置測試，測試方法為測試裝置中有一面為銅質(zhì)光滑放熱面，其他面均為絕熱面，熱流采用加熱的純凈水，水流壓頭和流量進(jìn)行控制，將散熱器的底座分別與裝置的放熱面通過裝配螺栓緊密接觸，定流量給裝置通水，測量在規(guī)定的時間內(nèi)(5分鐘)裝置的進(jìn)出口水流溫差，溫差代表散熱器的散熱能力。測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>測試結(jié)果表明，本發(fā)明散熱器散熱效果明顯高于鋁制散熱器和普通的膨脹石墨材料散熱器。采用長春恒越電子科技有限公司生產(chǎn)的HYDP-4導(dǎo)熱率測試儀測試，本實施例的產(chǎn)品測得的熱阻為0.05cm2.V/W，普通膨脹石墨材料散熱器測得的熱阻為0.OScm2·V/W，鋁制的散熱器測的熱阻為0.OScm2·V/W。實施例2膨脹石墨石蠟復(fù)合板制造方法同實施例1。按照實施例1制造0.2g/cm3的膨脹石墨泡沫板，再將熱固性酚醛樹脂用無水乙醇溶解成濃度為20%的溶液，采用抽真空浸漬的方法，在石墨板中浸漬熱固性酚醛樹脂，浸漬的石墨板干燥后用塑料粉碎機(jī)粉碎，再用攪拌磨粉碎成80目粉末，熱壓成型為1.7g/cm3密度厚度為2mm和0.18mm石墨板，用刃口模將高強(qiáng)度柔性石墨板加工成帶有安裝孔的零件，零件尺寸為50x50mm。石墨板經(jīng)過175°C溫度固化得到高強(qiáng)度柔性石墨板。高強(qiáng)度柔性石墨板板面方向?qū)崧蔬_(dá)到500W/mK。平面方向?qū)崧事杂薪档蛽Q來材料強(qiáng)度的提升。鋁制端板3按設(shè)計加工，將5片2mm厚度高強(qiáng)度柔性石墨板和6片2.5mm厚度相變石蠟石墨板進(jìn)行組裝，對組裝好的部件底部進(jìn)行拋光處理，將貼有保護(hù)膜的0.18mm高強(qiáng)度柔性石墨板組裝到底部。按照實施例1方法同樣測試，本發(fā)明散熱器散熱效果優(yōu)于鋁制散熱器和普通的膨脹石墨材料散熱器，測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本實施例的產(chǎn)品測得的熱阻為0.07cm2·V/W。權(quán)利要求一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器，其特征在于多片采用膨脹石墨復(fù)合材料的長鰭片(1)與多片采用柔性石墨材料的短鰭片(2)在夾持裝置內(nèi)交錯排列；長鰭片(1)和短鰭片(2)的一端對齊，對齊的端面上設(shè)有導(dǎo)熱層(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器，其特征在于所述的導(dǎo)熱層(7)是柔性石墨材料或金屬材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器，其特征在于所述的導(dǎo)熱層(7)厚度為0.15-0.2mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器，其特征在于所述的導(dǎo)熱層(7)上還設(shè)有帶孔的保護(hù)層(4)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器，其特征在于除對齊的端面外長鰭片(1)和短鰭片(2)其他端面上貼有PET單面膠膜封邊。6.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將可膨脹石墨在真空浸漬箱內(nèi)浸漬石蠟，石蠟浸入量為成品總重量的6090%，壓實后制成多片長鰭片(1)；2)采用密度為1.1-1.7g/cm3的柔性石墨板制成導(dǎo)熱層(7)和多片短鰭片(2)；3)多片長鰭片(1)和多片短鰭片(2)交錯排列，一端對齊，采用夾持裝置安裝牢固，除對齊的端面外，其余三個端面采用PET單面膠膜進(jìn)行封邊處理；4)拋光對齊的端面，在該端面上安裝導(dǎo)熱層(7)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器的制備方法，其特征在于所述的柔性石墨板，采用0.2-0.3g/cm3的膨脹石墨泡沫板，再將熱固性酚醛樹脂用無水乙醇溶解成熱固性酚醛樹脂無水乙醇為20%的溶液，采用抽真空浸漬的方法，在石墨板中浸漬熱固性酚醛樹脂溶液，浸漬的石墨板干燥后用塑料粉碎機(jī)粉碎，再用攪拌磨粉碎成80目粉末，熱壓成型為11-1.7g/cm3密度的石墨板，經(jīng)過175°C士10°C溫度固化得到柔性石墨板。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器的制備方法，其特征在于所述的柔性石墨板，是將低密度的石墨板疊加在真空平板壓機(jī)上抽真空后施加壓力壓制成密度為1.1-1.7g/cm3的柔性石墨板。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器的制備方法，其特征在于在導(dǎo)熱層(7)上與對齊的端面接觸的另一面上還粘貼有帶孔的保護(hù)層(4)，該孔用于使電子元件的散熱面與導(dǎo)熱層(7)接觸。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器的制備方法，其特征在于所述的導(dǎo)熱層(7)也可以是由金屬材料制成。全文摘要一種復(fù)合結(jié)構(gòu)石墨散熱器，涉及一種電子產(chǎn)品散熱器件領(lǐng)域，多片采用膨脹石墨復(fù)合材料的長鰭片與多片采用柔性石墨材料的短鰭片在夾持裝置內(nèi)交錯排列；長鰭片和短鰭片的一端對齊，對齊的端面上設(shè)有導(dǎo)熱層。所述的導(dǎo)熱層是柔性石墨材料或金屬材料。所述的導(dǎo)熱層厚度為0.15-0.2mm。本發(fā)明充分利用了柔性石墨板材料平面方向熱導(dǎo)率高的優(yōu)點，與膨脹石墨復(fù)合材料高熱容性能配合優(yōu)化了熱量傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，形成良好的三維散熱效果，重量輕、熱阻小、接觸好、溫度可控、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低。本發(fā)明還涉及了其制備方法。文檔編號F28F3/02GK101825412SQ20101016008公開日2010年9月8日申請日期2010年4月29日優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日發(fā)明者傅云峰,李云峰,王鳳軍申請人:中科恒達(dá)石墨股份有限公司