[發(fā)明專利]包括塊狀石墨烯材料的熱管理組件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380061372.9
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN104813751B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范煒;劉翔;約翰·馬里納;亞倫·雷普
• 申請（專利權(quán)）人: 莫門蒂夫性能材料股份有限公司
• 主分類號: H05K3/10
• 分類號: H05K3/10;H05K7/20;B32B15/04
• 代理公司: 11332 北京品源專利代理有限公司
• 代理人: 楊生平;鐘錦舜

一種熱管理組件，其包括塊狀石墨烯材料和設(shè)置在塊狀石墨烯材料相對面上的金屬基涂層，其包括與所述石墨烯反應(yīng)以形成碳化物的試劑。金屬基涂層可以用作組件的外層或者可以用以將石墨烯結(jié)合至封裝石墨烯芯部的其它材料。具有反應(yīng)試劑的金屬基涂層提供表現(xiàn)出優(yōu)異熱導(dǎo)率性能和極大改進(jìn)界面熱阻的組件。

相關(guān)申請的交叉引用

本專利申請要求于2012年9月25日遞交的、名稱為“Thermal ManagementAssembly Comprising Thermal Pyrolytic Graphite”的臨時申請No.61/705,362的優(yōu)先權(quán)，通過引用方式將其全部內(nèi)容并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可以用于傳遞熱離開熱源的熱管理組件；具有與熱源接觸的熱管理組件的組件；以及一種制備這樣組件的方法。具體地，本發(fā)明涉及包括塊狀石墨烯材料的熱管理組件。

背景技術(shù)

新的電子裝置都在不斷變得更強(qiáng)大和更緊湊。包括RF/微波電子、二極管激光器、發(fā)光二極管(LED)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、中央處理單元(CPU)等的高功率部件被用于各種各樣的工業(yè)，如電信、汽車、航天、航空電子設(shè)備、醫(yī)學(xué)和材料的加工。這些更小，更強(qiáng)大的裝置產(chǎn)生了對消散由裝置產(chǎn)生的熱的增加的要求。如果操作期間所產(chǎn)生的熱未被充分或者有效消散，那么電子設(shè)備可以由溫度增加而損壞。新功能受限于設(shè)計師以具有成本效益的方式除去熱量的能力。通常，芯片結(jié)溫中每增加10℃就將裝置的壽命減少一半。

常規(guī)的熱管理產(chǎn)品通常由銅(Cu)或者鋁(Al)構(gòu)成。但良好的熱管理和散熱需要半導(dǎo)體晶片直接結(jié)合至散熱器，并且常規(guī)材料與半導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)不匹配。當(dāng)直接結(jié)合以便最佳熱管理時，熱壓力可能影響組件的壽命。利用熱膨脹材料，如鎢銅(WCU)，鉬銅(MoCu)和鋁碳化硅(鋁碳化硅)的低系數(shù)以減少散熱器和半導(dǎo)體模具之間的熱應(yīng)力。為了達(dá)到必要的介電性能，氮化鋁(AlN)和氧化鈹(BeO的)也是作為用于微電子的基板材料的常見的選擇。

已經(jīng)公開了其它的材料和設(shè)計以使用塊狀石墨烯材料從電子裝置管理和移除熱量。美國專利No.5,296,310公開了包括金屬或者基體增強(qiáng)金屬的一對面板之間夾著的高熱導(dǎo)率材料的混合結(jié)構(gòu)裝置。芯部材料可以高度定向熱解石墨(HOPG)、壓縮退火熱解石墨(CAPG)、合成金剛石、使用這些材料的復(fù)合材料或類似物。美國專利No.6,215,661公開了一種封裝在鋁中的L形板的熱裂解石墨。美國專利No.5,958,572公開了一種散熱基板，其包括熱裂解石墨(“TPG”)、類金剛石碳或者具有多個通孔形成于內(nèi)部的其它類似材料制成的插入物，以通過多個通孔優(yōu)化熱流量傳遞。

具有其金屬封裝復(fù)合物的熱裂解石墨(TPG)(例如，從邁圖高新材料公司可得到的)是服務(wù)軍事和航空宇宙工業(yè)十多年的先進(jìn)的熱管理材料。TPG經(jīng)由提供良好排列的石墨烯平面的兩個步驟的過程形成從而提供具有優(yōu)異熱導(dǎo)率(例如，大于1500W/m-K的)的材料。與在被動冷卻中常用的并且所有上述材料之間最導(dǎo)熱的銅相比，TPG可以以銅的1/4的重量提供四倍的冷卻功率。

由于石墨烯層之間的弱的范德華力，因此包括上述材料的塊狀石墨烯材料是一種相對較軟的材料。通常，包括塊狀石墨烯的散熱器通過將塊狀石墨烯經(jīng)由擴(kuò)散結(jié)合過程封裝進(jìn)入金屬殼體例如鋁、銅等而形成。這樣的過程在美國專利No.6,661,317中描述。封裝的塊狀石墨烯復(fù)合材料部件行為類似于固態(tài)金屬，并且可以進(jìn)一步加工、鍍或結(jié)合到其它部件，以滿足不同用戶的需求。典型的制造過程在圖1A至圖1C中示出。塊狀石墨烯-金屬復(fù)合材料100可以通過(A)將塊狀石墨烯芯部112放置在金屬面板110a和110b之間；(B)通過使組件承受擴(kuò)散結(jié)合工藝；以及(C)加工復(fù)合材料以提供所期望形狀的結(jié)構(gòu)而形成。

封裝的塊狀石墨烯復(fù)合材料，例如冷板、散熱器、熱帶等能迅速將熱量引導(dǎo)離開熱源并且極大地提高了電子裝置的效率和使用壽命。多年來，塊狀石墨烯-金屬復(fù)合材料已經(jīng)被成功地實現(xiàn)在可以充分利用其高熱性能、高耐久性以及重量輕的衛(wèi)星、航空電子設(shè)備、以及相控陣?yán)走_(dá)的冷卻系統(tǒng)中。