基于高密度石墨烯的散熱器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供基于高密度石墨烯的散熱器，包括支架和高密度石墨烯板材制作的底座，所述支架包裹在所述底座的外側(cè)；在所述底座上設置若干根立柱；在所述立柱上套有多層鋁片，鋁片是粘接在所述立柱上的?？朔私饘俨牧媳砻娲植谂c散熱表面接觸不良的缺點，根據(jù)客戶的要求可以將石墨烯板材上部車削成柱狀或者單粒狀等各種形狀的立柱，立柱之間的空隙為散熱器通風道，在立柱上套有多層鋁片，增加了散熱面積，實現(xiàn)散熱器橫向與縱向兩個方向的散熱，散熱效率是現(xiàn)有散熱器的2-3倍。
【專利說明】基于高密度石墨烯的散熱器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種電子散熱器，特別涉及一種高強度石墨烯散熱材料的散熱器。
【背景技術】
[0002]目前集成電路技術的快速發(fā)展，導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CPU為例，其運行過程中產(chǎn)生的熱流密度已經(jīng)達到60-100W/cm2，半導體激光器中甚至達到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。
[0003]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特性，同樣存在熱容較小的缺陷。普通風冷散熱器選擇的散熱器材質(zhì)一般是鋁和銅，銅的熱導率高，可以迅速將發(fā)熱器件的熱量傳導出來，但銅的熱容很小，如果風冷效率不足，銅材的溫度將會升高較快，形成的溫差較小，熱傳導速度將下降，從而達不到CPU超頻的目的，而且銅的密度較大，比較笨重和貴重；鋁材的熱導率低于銅，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明創(chuàng)造要解決的問題是提供一種基于高密度石墨烯的散熱器，克服了金屬材料表面粗糙與散熱表面接觸不良的缺點，充分利用了石墨烯的平面導熱率高的特點，而且重量輕、熱阻小、表面進行平整加工較容易，硬度強。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術方案是:基于高密度石墨烯的散熱器，包括支架和高密度石墨烯板材制作的底座，所述支架包裹在所述底座的外側(cè)；在所述底座上設置若干根立柱；在所述立柱上套有多層鋁片。
[0006]進一步，所述鋁片是粘接在所述立柱上的。
[0007]—種制作基于高密度石墨烯的散熱器的方法，高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到:
[0008]石墨烯:70-99份；
[0009]石墨纖維:5_25份；
[0010]粘合劑:2-3份；
[0011]上述份數(shù)為重量份數(shù)，以上各原料重量份數(shù)之和是100份；
[0012]高密度石墨烯的底座的制作步驟如下:
[0013]I)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700 kg / cm2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材；
[0014]2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱，制成底座；
[0015]3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟2)中得到的底座，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是I μ m-12 μ m。
[0016]作為上述制備方法的一種優(yōu)選方案，高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到:
[0017]石墨烯:73-90份；
[0018]石墨纖維:7-17.5份；
[0019]粘合劑:2.5份；
[0020]上述份數(shù)為重量份數(shù)，以上各原料重量份數(shù)之和是100份；
[0021]高密度石墨烯的底座的制作步驟如下:
[0022]I)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700 kg / cm 2的條件下熱 壓燒結形成石墨烯板材；
[0023]2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱，制成底座；
[0024]3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟2)中得到的底座，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是3 μ m-?ο μ m。
[0025]作為上述制備方法的一種優(yōu)選方案，高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到:石墨烯:80份；石墨纖維:17.5份；粘合劑:2.5份；
[0026]高密度石墨烯的底座的制作步驟如下:
[0027]I)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700 kg / cm 2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材；
[0028]2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱，制成底座；
[0029]3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟2)中得到的底座，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是6 μ m-8 μ m。
[0030]進一步,所述石墨烯的粒徑在I μ m-15 μ m之間；所述粘合劑是環(huán)氧基粘合劑或丙烯酸基粘合劑。
[0031]進一步，所述環(huán)氧基粘合劑是環(huán)氧基樹脂，所述丙烯酸基粘合劑是丙烯酸基樹脂。
[0032]基于高密度石墨烯的散熱器應用在任何手提、便攜、電子設備、云計算服務器及高功率發(fā)熱電子設備。
[0033]本發(fā)明創(chuàng)造具有的優(yōu)點和積極效果是:本發(fā)明采用石墨烯作為散熱器的主要材料，是因為石墨烯的導熱系數(shù)可高達5300W/m.K。將原料石墨烯和石墨纖維通過熱壓燒結形成密度是1.65-2.25g/cm3的石墨烯板材。根據(jù)客戶的要求可以將石墨烯板材上部車削成柱狀或者單粒狀等各種形狀的立柱，立柱之間的空隙為散熱器通風道，在立柱上套有多層鋁片，增加了散熱面積，實現(xiàn)散熱器橫向與縱向兩個方向的散熱，散熱效率是現(xiàn)有散熱器的2-3倍。采用石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種封裝散熱器后不掉粉末。電子元件熱點通過與散熱器底座平面接觸，利用散熱器本身導熱的方向性迅速將熱點傳導 到散熱鰭片上進行散熱，散熱器最佳導熱方向上的導熱系數(shù)可達到1200-1500W/m.K。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0035]圖2是本發(fā)明的主視圖。
[0036]圖中:1、支架 2、立柱 3、鋁片 4、底座【具體實施方式】
[0037]結合以下實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0038]實施例1
[0039]基于高密度石墨烯的散熱器，包括支架I和高密度石墨烯板材制作的底座4，所述支架I包裹在所述底座4的外側(cè)；在所述底座4上設置若干根立柱2 ;在所述立柱2上套有多層鋁片3。所述鋁片3是粘接在所述立柱2上的。高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到:石墨烯:70-99份；石墨纖維:5-25份；粘合劑:2-3份；上述份數(shù)為重量份數(shù)，以上各原料重量份數(shù)之和是100份；
[0040]高密度石墨烯的底座4的制作步驟如下:
[0041]I)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700 kg / cm 2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材；石墨烯的粒徑選擇在I μ m-15 μ m之間；粘合劑是環(huán)氧基粘合劑或丙稀酸基粘合劑，環(huán)氧基粘合劑是環(huán)氧基樹脂，丙稀酸基粘合劑是丙烯酸基樹脂；
[0042]2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱2，制成底座4 ；
[0043]3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟2)中得到的底座4，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是12 μ m。
[0044]實施例2
[0045]基于高密度石墨烯的散熱器，包括支架I和高密度石墨烯板材制作的底座4，所述支架I包裹在所述底座4的外側(cè)；在所述底座4上設置若干根立柱2 ;在所述立柱2上套有多層鋁片3。所述鋁片3是粘接在所述立柱2上的。高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到:石墨烯:73-90份；石墨纖維:7-17.5份；粘合劑:2.5份；上述份數(shù)為重量份數(shù)，以上各原料重量份數(shù)之和是100份；
[0046]高密度石墨烯的底座4的制作步驟如下:
[0047]I)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700 kg / cm 2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材；石墨烯的粒徑選擇在I μ m-15 μ m之間；粘合劑是環(huán)氧基粘合劑或丙稀酸基粘合劑，環(huán)氧基粘合劑是環(huán)氧基樹脂，丙稀酸基粘合劑是丙烯酸基樹脂；
[0048]2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱2，制成底座4 ；
[0049]3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟2)中得到的底座4，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是3 μ m。[0050]實施例3
[0051]基于高密度石墨烯的散熱器，包括支架I和高密度石墨烯板材制作的底座4，所述支架I包裹在所述底座4的外側(cè)；在所述底座4上設置若干根立柱2 ;在所述立柱2上套有多層鋁片3。所述鋁片3是粘接在所述立柱2上的。高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到:石墨烯:80份；石墨纖維:17.5份；粘合劑:2.5份；上述份數(shù)為重量份數(shù)，以上各原料重量份數(shù)之和是100份；
[0052]高密度石墨烯的底座4的制作步驟如下:
[0053]I)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700 kg / cm 2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材；石墨烯的粒徑選擇在I μ m-15 μ m之間；粘合劑是環(huán)氧基粘合劑或丙稀酸基粘合劑，環(huán)氧基粘合劑是環(huán)氧基樹脂，丙稀酸基粘合劑是丙烯酸基樹脂；
[0054]2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱2，制成底座4 ；
[0055]3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟
2)中得到的底座4，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是6 μ m。
[0056]實施例4
[0057]基于高密度石墨烯的散熱器，包括支架I和高密度石墨烯板材制作的底座4，所述支架I包裹在所述底座4的外側(cè)；在所述底座4上設置若干根立柱2 ;在所述立柱2上套有多層鋁片3。所述鋁片3是粘接在所述立柱2上的。高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到:石墨烯:80份；石墨纖維:17.5份；粘合劑:2.5份；上述份數(shù)為重量份數(shù)，以上各原料重量份數(shù)之和是100份；
[0058]高密度石墨烯的底座4的制作步驟如下:
[0059]I)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700 kg / cm 2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材；石墨烯的粒徑選擇在I μ m-15 μ m之間；粘合劑是環(huán)氧基粘合劑或丙稀酸基粘合劑，環(huán)氧基粘合劑是環(huán)氧基樹脂，丙稀酸基粘合劑是丙烯酸基樹脂；
[0060]2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱2，制成底座4 ；
[0061]3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟
2)中得到的底座4，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是8 μ m。
[0062]對比試驗:
[0063]組裝的散熱器底座面積為15cm2，按照同樣的方式組裝鋁片散熱器，鋁片底座采用精密磨床打磨。鋁板的導熱率為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)裝置的進出口水流溫差，溫差代表散熱器的散熱能力。測試結果如下:
【權利要求】
1.基于高密度石墨烯的散熱器，其特征在于:包括支架(1)和高密度石墨烯板材制作的底座(4)，所述支架(1)包裹在所述底座(4)的外側(cè)；在所述底座(4)上設置若干根立柱(2);在所述立柱(2)上套有多層鋁片(3)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于高密度石墨烯的散熱器，其特征在于:所述鋁片(3)是粘接在所述立柱(2)上的。
3.制作如權利要求1或2所述的基于高密度石墨烯的散熱器的方法，其特征在于:高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到: 石墨烯:70-99份； 石墨纖維:5-25份； 粘合劑:2-3份； 上述份數(shù)為重量份數(shù)，以上各原料重量份數(shù)之和是100份； 高密度石墨烯的底座(4)的制作步驟如下: 1)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700kg / cm 2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材； 2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱(2)，制成底座(4)； 3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟2)中得到的底座(4)，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是I μ m-12 μ m。`
4.制作如權利要求1或2所述的基于高密度石墨烯的散熱器的方法，其特征在于:高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到: 石墨烯:73-90份； 石墨纖維:7-17.5份； 粘合劑:2.5份； 上述份數(shù)為重量份數(shù)，以上各原料重量份數(shù)之和是100份； 高密度石墨烯的底座(4)的制作步驟如下: 1)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700kg / cm 2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材； 2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱(2)，制成底座(4)； 3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟2)中得到的底座(4)，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是I μ m-10 μ m。
5.制作如權利要求1或2所述的基于高密度石墨烯的散熱器的方法，其特征在于:高密度石墨烯包括如下原料經(jīng)混合制備得到:石墨烯:80份；石墨纖維:17.5份；粘合劑:2.5份； 高密度石墨烯的底座(4)的制作步驟如下: 1)熱壓燒結:混合的石墨烯、石墨纖維和粘合劑在溫度是800-2000°C、壓力是300-700kg / cm 2的條件下熱壓燒結形成石墨烯板材； 2)車削:在石墨烯板材表面車削出多根立柱(2)，制成底座(4)； 3)封裝:使用氣象懸浮法在溫度是500-1200°C的條件下，使用封裝材料封裝步驟2)中得到的底座(4)，其中封裝材料是石墨烯、碳纖維、碳化硅、銅粉、銀粉中的一種或幾種；并且封裝膜的厚度是3 μ m-8 μ m。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于高密度石墨烯的散熱器的方法，其特征在于:所述石墨烯的粒徑在I μ m-15 μ m之間；所述粘合劑是環(huán)氧基粘合劑或丙烯酸基粘合劑。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于高密度石墨烯的散熱器的方法，其特征在于:所述環(huán)氧基粘合劑是環(huán)氧基樹脂，所述丙烯酸基粘合劑是丙烯酸基樹脂。
8.權利要求1或2所述的基于高密度石墨烯的散熱器在任何手提、便攜、電子設備、云計算服務器及高功率發(fā)熱電子設備中的應用 。
【文檔編號】H01L21/48GK103489836SQ201310452402
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權日:2013年9月26日
【發(fā)明者】何千舟 申請人:天津安品有機硅材料有限公司