[发明专利]夹层散热鳍片

说明书

技术领域

本发明涉及夹层结构，其能够在生产散热片(heat sink) 和其它散热设备时用作散热鳍片(finstock)。散热鳍片指这样的材料 或制品，其能够用作或形成用于散热的鳍片。

背景技术

随着越来越复杂的电子器件的发展，包括能够提高处理速 度并且频率较高、尺寸较小、功率要求较复杂、以及表现出其它技术 先进性的那些器件，如电子和电气元件中的微处理器和集成电路、高 容量和响应度的存储元件如硬盘驱动器、电磁源如在数字投影仪以及 其它器件如高功率光学器件中的灯泡，可能会产生相对极端的温度。 但是，微处理器、集成电路和其它复杂的电子元件通常只能在一定的 阈温度范围内有效地工作。在这些元件的工作过程中产生过度的热量 不仅损害它们自身的性能，而且还会降低整个系统的性能和可靠性， 甚至可能引起系统故障。电子系统预期的工作环境条件范围，包括温 度极限日益拓宽，加剧了过度热量的负面影响。

随着对微电子器件散热需求的增加，热管理成为电子产品 设计中日益重要的因素。电子设备的性能稳定性和预期寿命均与设备 的元件温度成反比。例如，器件如典型的硅半导体的工作温度降低相 当于器件处理速度、可靠性和预期寿命的增加。因此，为了使元件的 寿命和可靠性最大化，由设计人员将器件工作温度控制在极限集合内 极为重要的。

一类重量较轻并适用于从热源如电子元件散热的材料有通 常称为石墨的那些材料，不过特别的是如下所述的基于天然石墨和柔 性石墨的那些石墨。这些材料是各向异性的，并允许将散热器件设计 成优先在选定的方向上传递热量。石墨材料在重量上比诸如铜和铝之 类的金属轻得多，并且当用于自身散热时，即使与金属元件结合使用， 石墨材料也能够提供许多优于铜和铝的优点。

例如，Tzeng在美国专利No.6482520中教导了一种基于石 墨的热管理系统，其包括由石墨制品构成的散热片以具有一个集热表 面和至少一个散热表面。Krassowski和Chen在国际专利申请No. PCT/US02/38061中进一步发展了Tzeng的概念，其中教导在石墨基座 中采用高传导插入物。的确，已有建议使用剥离石墨(即柔性石墨) 的压缩颗粒薄片来作为散热器、热界面、和作为散热片的组成部分用 于耗散热源产生的热量(参见，例如，美国专利No.6245400；6503626； 和6538892)。

石墨由碳原子的六角阵列或网络层面构成。这些六角形排 布的碳原子层面基本是扁平的，并以彼此基本上平行和等距的形式定 向或有序化。基本上扁平的平行等距碳原子片或层通常称为石墨烯 (graphene)层或基面，它们连接或结合在一起，其群组以微晶形式 排列。高度有序的石墨由相当大尺寸的微晶组成：微晶彼此之间高度 对齐或取向并具有很有序的碳层。换句话说，高度有序的石墨具有高 度的优选微晶取向度。应当注意的是石墨具有各向异性结构，因而表 现出或具有许多高度方向性的特性，例如导热性和导电性以及流体扩 散性。

简而言之，石墨的特征在于碳的层状结构，即由通过弱范 德华力结合在一起的碳原子叠层或片层构成的结构。在涉及石墨结构 时，通常注明两个轴或方向，即“c”轴或方向和“a”轴或方向。为 简单起见，“c”轴或方向可视为垂直于碳层的方向。“a”轴或方向 可视为平行于碳层的方向或垂直于“c”方向的方向。适于制造柔性石 墨片的石墨具有非常高的取向度。

如上所述，将碳原子平行层结合在一起的结合力仅仅是弱 范德华力。天然石墨可以处理成使得叠碳层或片层之间的间距被略微 打开，以便在垂直于层的方向上即在“c”方向上提供显著的膨胀，并 因而形成膨胀或扩张的石墨结构，其中基本上保持了碳层的层状特 征。

在膨胀石墨的粘着或整合片材中不使用粘合剂，可以制成 大幅度膨胀的石墨片，具体来说其膨胀成最终厚度或“c”方向尺寸是 初始“c”方向尺寸的大约80倍或更多倍，例如网、纸、条、带、箔、 垫等等(一般称为“柔性石墨”)。不使用任何粘结材料，通过压缩 将已膨胀至最终厚度或“c”尺寸为初始“c”方向尺寸的大约80倍或 更多倍的石墨颗粒制成整体柔性片被认为是可能的，因为在容积膨胀 的石墨颗粒之间可实现机械互锁力或凝聚力。