本發(fā)明涉及電氣設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種具有優(yōu)異散熱性能的散熱構(gòu)造體及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

含有石墨材料的石墨-金屬復(fù)合體，是金屬矩陣石墨粒子或者石墨纖維作為材料分散的金屬基復(fù)合材料、擠壓成型體、冷鍛等方壓力成型體、模具等，經(jīng)單向壓力成型并經(jīng)燒結(jié)而成的石墨成形體，作為金屬分散的石墨基金屬復(fù)合材料，而為人所知。

另一方面，含有石墨的復(fù)合材料，其熱擴(kuò)散率為1.5-3cm²/sec，與通常廣為利用的鋁、氮化鋁等導(dǎo)熱體的熱擴(kuò)散率0.7-1.0cm²/sec相比要大得多，因此，其卓越的散熱性能廣為人知。

其他方面，含有石墨的復(fù)合材料，例如，使用鋁的擠壓材料石墨的復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為30-40mpa，彈性模量為12gpa，只有鋁、鎂、鈦、銅、鐵等常用金屬的機(jī)械強(qiáng)度的1/10。而且，鋁擠出材料等的散熱片，由于其可大量生產(chǎn)，因此較為便宜。而石墨-金屬復(fù)合材料，與其相比，雖然散熱性能更優(yōu)但是價(jià)格相對(duì)較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一在于，在保持石墨-金屬復(fù)合材料的優(yōu)良特性的同時(shí)，彌補(bǔ)其較弱的機(jī)械特性，從而提供較為廉價(jià)的散熱性能優(yōu)異的散熱構(gòu)造體。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二在于，解決led模塊及包括igbt在內(nèi)的高負(fù)荷半導(dǎo)體集成電路板，由于高溫導(dǎo)致的壽命縮短及故障問題。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案為：提供一種散熱構(gòu)造體，包括貼合的石墨-金屬復(fù)合材料層和金屬散熱片，所述石墨-金屬復(fù)合材料層由石墨-金屬復(fù)合材料壓制成平板狀并切割制得。

在本發(fā)明提供的散熱構(gòu)造體中，將鋁、銅或者鋁/銅合金融化后以高壓浸漬由人造石墨和/或天然石墨粉制成的空隙率為5-40％石墨材料的空隙內(nèi)，得到所述石墨-金屬復(fù)合材料。

在本發(fā)明提供的散熱構(gòu)造體中，使用空隙率為5-25％石墨材料得到所述石墨-金屬復(fù)合材料。

在本發(fā)明提供的散熱構(gòu)造體中，所述石墨-金屬復(fù)合材料層和所述金屬散熱片使用緊固件固定或者電鍍結(jié)合固定；所述金屬散熱片使用鋁、銅或者鋁/銅合金制成。

在本發(fā)明提供的散熱構(gòu)造體中，所述石墨-金屬復(fù)合材料層和所述金屬散熱片之間涂覆有導(dǎo)熱油脂。

本發(fā)明還提供一種led模塊，將led素子設(shè)置在銅箔或鋁箔線路板的電氣絕緣層上，并嵌入石墨-金屬復(fù)合材料制成的平板上，制成led模塊。

在本發(fā)明提供的led模塊中，將鋁、銅或者鋁/銅合金融化后以高壓浸漬由人造石墨和/或天然石墨粉制成的空隙率為5-40％石墨材料的空隙內(nèi)，得到石墨-金屬復(fù)合材料。

本發(fā)明還提供一種led燈，將所述led模塊固定在金屬散熱片上，制成led燈。

在本發(fā)明提供的led燈中，所述led模塊的石墨-金屬復(fù)合材料制成的平板與所述金屬散熱片貼合。

在本發(fā)明提供的led燈中，所述石墨-金屬復(fù)合材料制成的平板與所述金屬散熱片使用緊固件固定或者電鍍結(jié)合固定；所述金屬散熱片使用鋁、銅或者鋁/銅合金制成。

實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：將石墨-金屬復(fù)合材料制成的平板固定于金屬散熱片上得到本發(fā)明的散熱構(gòu)造體，使得該散熱構(gòu)造體保持石墨-金屬復(fù)合材料的優(yōu)良特性，同時(shí)，金屬散熱片的存在也彌補(bǔ)了石墨-金屬復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度低的缺陷，從而得到一種較為廉價(jià)的散熱性能優(yōu)異、機(jī)械強(qiáng)度足夠的散熱構(gòu)造體。該散熱構(gòu)造體可以有效地降低包括led在內(nèi)的半導(dǎo)體器件溫度，可以有效地延長各種電子設(shè)備的壽命，在工業(yè)范圍內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明散熱構(gòu)造體一種較佳應(yīng)用方式的側(cè)視圖；

圖2為本發(fā)明散熱構(gòu)造體一種較佳應(yīng)用方式的主視圖；

圖3為本發(fā)明led模塊較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行具體描述。

石墨-金屬復(fù)合材料具有卓越的散熱性能，但是由于其高昂的價(jià)格和較弱的機(jī)械特性，限制了此種優(yōu)質(zhì)材料在電氣設(shè)備中的廣泛使用受到。

本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于，將石墨-金屬復(fù)合材料制成的平板固定于金屬散熱片上得到本發(fā)明的散熱構(gòu)造體，使得該散熱構(gòu)造體保持石墨-金屬復(fù)合材料的優(yōu)良特性，同時(shí)，金屬散熱片的存在也彌補(bǔ)了石墨-金屬復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度低的缺陷，從而得到一種較為廉價(jià)的散熱性能優(yōu)異、機(jī)械強(qiáng)度足夠的構(gòu)造體。

圖1為本發(fā)明散熱構(gòu)造體一種較佳應(yīng)用方式的側(cè)視圖，如圖1所示，該散熱構(gòu)造體包括貼合的石墨-金屬復(fù)合材料層102和金屬散熱片103，石墨-金屬復(fù)合材料層102由石墨-金屬復(fù)合材料壓制成平板狀并切割制得。發(fā)熱體101安裝設(shè)置于石墨-金屬復(fù)合材料層102表面。

石墨-金屬復(fù)合材料的制造，可以由熔融鍛造法加壓含浸方法加工得到。例如，將鋁、銅或者鋁/銅合金融化后以高壓浸漬由人造石墨和/或天然石墨粉制成的空隙率為5-40％石墨材料的空隙內(nèi)，得到石墨-金屬復(fù)合材料。此時(shí)所利用的石墨粉，可以是天然石墨和/或人造石墨，一般市場(chǎng)上銷售的石墨也可使用。本發(fā)明優(yōu)選天然石墨制備石墨-金屬復(fù)合材料，例如，使用焦炭等后序工藝所形成的石墨化的各種粉末，用焦油、瀝青或有機(jī)樹脂等粘結(jié)劑，采用擠壓成型、冷鍛等方壓力成型、磨具成型等工序制造出成形體。此后，根據(jù)需要，可以反復(fù)浸漬瀝青，最后加熱到2500℃以上處理，就可以接近100％的石墨組織。

本發(fā)明所使用的石墨材料，空隙率為5-40％，其95％以上浸漬了金屬材料。如果空隙率達(dá)到40％以上，在石墨-金屬復(fù)合材料的熱膨脹率增加的同時(shí)，熱擴(kuò)散率也會(huì)降低。因此，比較理想的空隙率為5-25％。

由前述得到的石墨-金屬復(fù)合材料，由于加工性能優(yōu)異，可以很容地加工成板狀，特別可以加工成厚度數(shù)毫米以下的板材，作為具有優(yōu)良散熱性的基板，用于附著led及包括igbt(insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管)在內(nèi)的高負(fù)荷半導(dǎo)體等集成電路，快速導(dǎo)出這些發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量。

制備石墨-金屬復(fù)合材料所采用的金屬中，使用鋁及鋁合金的場(chǎng)合，為jis(日本合金標(biāo)準(zhǔn))伸展材料，例如jis鑄造用合金、jis壓鑄用合金等。使用銅及銅合金的場(chǎng)合，可采用jis伸銅系合金。

圖2為本發(fā)明散熱構(gòu)造體一種較佳應(yīng)用方式的主視圖，如圖2所示，由上述得到的散熱構(gòu)造體，在與發(fā)熱體相接的位置，采用熱擴(kuò)散性優(yōu)異的石墨-金屬復(fù)合材料，與散熱表面積大的鋁、銅或者鋁/銅合金材料制成的金屬散熱片103組合得到散熱性優(yōu)良的散熱構(gòu)造體。

石墨-金屬復(fù)合材料層102和金屬散熱片103使用緊固件固定，例如使用螺絲固定；也可以采用對(duì)其接觸面進(jìn)行電鍍，即電鍍結(jié)合固定，例如焊錫結(jié)合固定的方法。石墨-金屬復(fù)合材料層102和金屬散熱片103固定好之后，石墨-金屬復(fù)合材料層102和金屬散熱片103之間涂覆有導(dǎo)熱油脂，例如機(jī)硅潤滑脂有利于導(dǎo)熱。

金屬散熱片103使用鋁、銅或者鋁/銅合金制成?？梢杂蓴D壓成型、磨具鑄造、壓鑄等方法制成，尤其是與壓延板材組合制作而成。金屬散熱片103的散熱面與大氣接觸，或者與散熱風(fēng)扇組合使用。

本實(shí)施例中，發(fā)熱體101(包括led模塊、igbt或其它的集成線路板)產(chǎn)生的熱量，經(jīng)石墨-金屬復(fù)合材料，得以高效擴(kuò)散，并經(jīng)具有大的表面積的強(qiáng)度高的散熱片風(fēng)扇放熱，構(gòu)成經(jīng)濟(jì)且性能優(yōu)異的構(gòu)造。

圖3為本發(fā)明led模塊較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，將led素子201設(shè)置在銅箔或鋁箔線路板的電氣絕緣層204上，并嵌入石墨-金屬復(fù)合材料制成的平板202上，制成led模塊。由于該led模塊采用cob(chiponboard，板上芯片封裝)方式，優(yōu)點(diǎn)突出。這種led模塊由于溫度降低，照度大大增加，壽命大幅度延長，使得較為經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)led等成為可能。配線模式可以采用銅箔及鋁箔。同時(shí)，絕緣層可以采用耐熱性良好的酰胺、芳綸、酰亞胺等有機(jī)薄膜或者使用陶瓷薄板。

當(dāng)然，也可以直接將led素子201設(shè)置在銅箔或鋁箔線路板的電氣絕緣層204上并嵌入前述實(shí)施例中的散熱構(gòu)造體，或者將上述實(shí)施例中的led模塊固定在金屬散熱片203上，制成led燈。在本實(shí)施例的led燈中，石墨-金屬復(fù)合材料制成的平板202與金屬散熱片203貼合，由于采用金屬散熱片203，彌補(bǔ)了石墨-金屬復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度不足的弱點(diǎn)，使性能與強(qiáng)度并存。而且，與全部由石墨-金屬復(fù)合材料相比，價(jià)格較為低廉。特別是cob的場(chǎng)合，省去了led素子201中熱抵抗較大的藍(lán)寶石材料，散熱及經(jīng)濟(jì)性不言而喻。

實(shí)施例1

將尺寸為150mm×200mm×250mm的石墨塊(東海碳素制)，保持在700℃氬氣氛圍中，另一方面，將jisac3a鋁合金，在700℃進(jìn)行溶解后,注入溶解鍛造模具內(nèi)，加壓到65mpa鑄造成型，得到石墨-金屬復(fù)合材料。

將石墨-金屬復(fù)合材料，從上述鑄造件中取出，測(cè)定其熱擴(kuò)散率為2.5cm²/sec。進(jìn)一步，將2cm厚的板切割成60cm見方的板狀，在其上貼上60μm厚的芳綸樹脂，并在之上以銅箔形成配線模式后，按照cob方式，配置40個(gè)led素子(201)(seoulceracon社sv1400)，完成模塊。在其上，將鋁制散熱片的受熱部分φ90mm，與長50mm、寬15mm的20個(gè)風(fēng)扇，組成的筐體，用螺絲固定，成為40w的led燈。將此燈用電壓115v、電流350ma進(jìn)行通電。

上述led燈點(diǎn)燈24小時(shí)后，照度及各部位的溫度測(cè)定結(jié)果，如表1所示。

比較例1

在實(shí)施例1中，用鋁板代替石墨-金屬復(fù)合材料，同樣制成led燈通電，由于1個(gè)小時(shí)后燈熄滅，故測(cè)定通電后30分鐘的照度及溫度結(jié)果，如表1所示。

比較例2

在實(shí)施例1中，代替cob，用普遍使用的led素子下采用藍(lán)寶石模塊，制成同樣的led燈進(jìn)行通電，24小時(shí)后測(cè)定的照度及各部位溫度結(jié)果，如表1所示。

表1照度及溫度測(cè)定結(jié)果

實(shí)施例2

在實(shí)施例1中，在石墨-金屬復(fù)合材料切成80mm×40mm、厚度為3mm的板上，將發(fā)熱量為110w的igbt用螺絲固定。在受熱部位80mm×40mm上，將由高度為30mm，的30枚風(fēng)扇鋁制的散熱片，與石墨-金屬復(fù)合材料用螺絲固定后通電，測(cè)定復(fù)合材料的溫度為45℃，散熱片風(fēng)扇的溫度為36℃。

比較例3

在實(shí)施例2中，以c1100代替同樣大小的石墨-金屬復(fù)合材料通電，c1100的溫度為78℃，散熱片的溫度為56℃。

本發(fā)明石墨-金屬復(fù)合材料與金屬散熱片組成的散熱構(gòu)造體，可以有效地降低包括led在內(nèi)的半導(dǎo)體器件溫度，可以有效地延長各種電子設(shè)備的壽命，在工業(yè)范圍內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用前景。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。