[发明专利]一种复合结构导热板及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合结构导热板及其制备方法和应用。其中复合结构导热板包括m个金属层和n个石墨层；m个所述金属层和n个所述石墨层交替排列，并采用真空扩散连接工艺进行组装。上述复合结构导热板采用韧性金属箔与柔性高导热石墨膜多层复合结构，借助金属箔和石墨膜的特性，可以柔性地实现各种复杂异形结构，并综合来解决纯高导热石墨类材料的各类问题。

技术领域

本发明涉及材料热能控制技术领域，特别是涉及一种复合结构导热板及其制备方法和应用。

背景技术

伴随着电子芯片行业的发展，芯片的功率密度持续增加，功耗越来越大，产热量越来越高，已经严重影响芯片的工作稳定性，进而对散热技术的要求越来越高。

散热技术中涉及原材料，基础设计，制造工艺等。在目前已知的结构材料中，铜(～380W/(m.K))和铝(150～200W/(m.K))的热导率高，常作为散热结构材料，甚至某些特殊场合，例如高温抗腐蚀要求高的场合，钢(30～50W/(m.K))和钛(～15W/(m.K))热导率非常低的材料，也被用作散热结构材料；需要材料具备低膨胀的场合，金刚石/铜(400～700W/(m.K))、钼铜(150～200W/(m.K))、碳化硅/铝(160～210W/(m.K))等复合材料，也被用作散热结构材料。

近年来，固态高导热石墨类材料受到更多关注，特别是退火态热解石墨，该材料的热导率具备方向性，平面方向热导率达到1200-1800W/(m.K)，厚度方向热导率仅为8-15W/(m.K)，借助于该材料平面方向的高热导，可以快速的实现热量的扩散和传导，是一种把点热源快速向四周分散的良好解决途径。但是，退火态热解石墨制备需要通过高温气相沉积和超高温石墨化，工艺非常复杂，具有周期长，大尺寸制备难度大等特点。另外该材料的原材料尺寸不规则，本身强度低，加工困难，易折断，价格昂贵等特点，限制了该材料的推广应用。此外，退火态热解石墨也难以满足三维形状设计需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中退火态热解石墨制备工艺复杂价格昂贵且无法满足三维设计需求的技术缺陷，而提供一种复合结构导热板，采用韧性金属箔与柔性高导热石墨膜多层复合结构，借助金属箔和石墨膜的特性，可以柔性地实现各种复杂异形结构，并综合来解决纯高导热石墨类材料的各类问题。

本发明的另一方面，是提供上述复合结构导热板的制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种复合结构导热板，包括m个金属层和n个石墨层；

m个所述金属层和n个所述石墨层交替排列，并采用真空扩散连接工艺进行组装。真空扩散连接工艺可以有效填充材料之间的空隙，提高金属层与石墨层之间的连接强度，降低金属层与石墨层之间的接触热阻。采用真空扩散连接工艺组装后，金属层与石墨层之间的连接强度可以达到17MPa，满足一般使用要求。

在上述技术方案中，所述金属层的厚度为0.005-0.1mm；

所述石墨层的厚度为0.01-0.15mm。石墨膜的平面热导率跟石墨膜的厚度存在一定关系，一般来讲石墨膜越厚，其热导率越低。

在上述技术方案中，所述石墨层为天然合成的石墨膜、高分子有机物膜制备石墨膜或石墨烯组装石墨膜。

其中，天然合成的石墨膜热导率偏低，平面热导率一般不高于800W/(m.K)；高分子有机物膜制备石墨膜热导率适中，平面热导率1200～1700W/(m.K)；石墨烯组装石墨膜平面热导率最高可达1900W/(m.K)以上。

在上述技术方案中，所述金属层为金属箔；所述金属箔为铜箔、金箔或钛合金箔；

所述铜箔优选为无氧铜。

在上述技术方案中，m＝n+1，此时外层为金属箔，石墨膜完全被金属箔封闭，保证结构的高可靠性。