[发明专利]聚合物衍生的弹性热散布器膜

说明书

提供了一种弹性热散布器膜，其包括：a)石墨膜，该石墨膜由聚合物膜或沥青膜的石墨化制备，其中石墨膜具有彼此平行并且平行于膜平面的石墨晶体，该石墨晶体具有小于0.34nm的石墨烯间间距，并且其中在压缩之后，单独的石墨膜具有至少600W/mK的热导率、不小于4,000S/cm的电导率和大于1.7g/cm³的物理密度；以及b)弹性体或橡胶，该弹性体或橡胶从膜的至少一个表面渗透到石墨膜中；其中弹性体或橡胶是以基于总热散布器膜重量的从按重量计0.001％至30％的量。弹性热散布器膜具有从2％至100％的可完全恢复的拉伸弹性应变和从100W/mK至1,750W/mK的面内热导率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年9月18日提交的美国专利申请第16/574,634号的优先权，该美国专利申请的内容据此出于所有目的通过引用并入。

领域

本公开内容总体上涉及热膜(thermal film)或热散布器(heat spreader)的领域，并且特别地，涉及聚合物衍生的高度弹性热散布器膜以及其生产工艺。

背景

先进的热管理材料(thermal management material)对于当今的微电子系统、光子系统和光伏系统正在变得越来越重要。随着新的且更强大的芯片设计和发光二极管(LED)系统被引入，它们消耗更多的功率并且产生更多的热。这已经使热管理成为在当今的高性能系统中的至关重要的问题。范围从有源电子扫描雷达阵列、网页服务器、用于个人消费者电子设备的大电池组、宽屏幕显示器和固态照明装置的系统都需要可以使热更有效地耗散的高热导率材料。此外，许多微电子装置(例如，智能电话、平板电视(flat-screenTV)、平板电脑和膝上型计算机)被设计和制造成变得逐渐更小、更薄、更轻且更紧密。这进一步增加了热耗散的难度。实际上，热管理挑战现在被广泛地视为对提供装置和系统性能的持续改善的工业能力的关键障碍。

散热器(heat sink)是促进从诸如计算装置中的CPU或电池的热源的表面向诸如环境空气的较冷环境的热耗散的部件。典型地，由热源产生的热必须通过热散布器被传递到散热器或环境空气。散热器被设计成主要通过与空气直接接触的增加的散热器表面积来提高在热源和空气之间的传热效率。这种设计能够实现较快的热耗散速率，并且从而降低装置的操作温度。在微电子装置中，热散布器的高热导率对于将热从热源快速传递到散热器或环境空气是必要的。

目前的热散布器膜(或热膜)通常衍生自聚酰亚胺膜(经由聚酰亚胺膜的碳化和石墨化，PI)或石墨烯片材。基于石墨烯的膜的热散布应用早在2007年由我们的研究组首次开发：Bor Z.Jang,等人“Nano-scaled Graphene Plate Films and Articles”，美国专利申请第11/784,606号(04/09/2007)；现在的美国专利第9,233,850号(01/12/2016)。可折叠的手持装置(例如可折叠的智能电话或可弯曲的智能电话)变得越来越受欢迎。可折叠的智能电话在该电话的使用寿命期间可能被折叠和展开超过10,000次。这些装置中的单独的部件，诸如热散布器，也需要是可折叠的。然而，PI衍生的热膜和基于石墨烯的热膜两者(或任何类型的热膜)尚未被知道能够承受重复的弯曲变形而不显著降低合意的性能，诸如热导率和结构完整性。

本公开内容使得克服上文概述的现有技术热散布器膜的限制。

概述