[發明專利]基于石墨烯的半導體優化導熱方法及結構

在審

• 申請號: 201811267780.0
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109195320A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 李文華;宋伯煒;陳明政;金曉雋;范瑩瑩
• 申請（專利權）人: 蘇州全波通信技術股份有限公司
• 主分類號: H05K1/02
• 分類號: H05K1/02;H01L23/373;H01L23/367
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種基于石墨烯的半導體優化導熱方法及結構，通過將單張石墨烯薄片折疊后設置于半導體熱源和金屬散熱器之間且分別與之面接觸從而實現優化散熱。本發明能充分發揮石墨烯高達1500?1700w/mk的熱導率以及熱擴散率高等優點，能夠迅速降低熱點(熱量積聚點)溫度，實現半導體電路的散熱。

技術領域

本發明涉及的是一種半導體散熱領域的技術，具體是一種基于石墨烯的半導體優化導熱方法及結構。

背景技術

現有的功率放大器為實現高效散熱，一般采用接觸式散熱器，并在熱源和散熱器之間填充導熱膠。但導熱膠壽命較短，隨著時間長了會干會變少，從而縫隙重新出現，導致散熱性能下降；導熱性能較強的材質則往往不導電(絕緣)，會影響功放的射頻性能；并且導熱膠本身的熱導率無法滿足各材料之間的熱導性需求。

如圖1所示，為現有導熱膠的結構圖，從上到下分別是功放管和電路板、銅片、導熱膠、金屬散熱器。功放管和電路板焊在銅片上，銅片通過導熱膠和金屬散熱器相連，目的是想讓電路板和功放管的熱，通過銅片，再通過導熱膠，然后到金屬散熱器，最后通過風冷把鋁散熱片的熱排出到空氣中。然而導熱膠的熱導率低、易干涸等缺點，差使得大量的熱主要還是聚集在功放管附近，無法及時散去形成明顯的熱量積聚點。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于石墨烯的半導體優化導熱方法及結構，能充分發揮石墨烯高達1500-1700w/mk的熱導率以及熱擴散率高等優點，能夠迅速降低熱點(熱量積聚點)溫度，實現半導體電路的散熱。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于石墨烯的半導體優化導熱方法，通過將單張石墨烯薄片設置于半導體熱源和金屬散熱器之間且分別與之面接觸從而實現優化散熱。

所述的單張石墨烯薄片的厚度為5μm～300μm，選擇厚度的時候應該考慮到半導體熱源和金屬散熱之間平面因為機械加工導致不平整性性的嚴重情況(縫隙)，縫隙大，需選擇較厚的石墨烯薄片，以增加接觸面積，提高散熱效率。

一般來說隨著厚度增加，石墨烯的熱導率輕微下降，例如20μm厚度的石墨烯導熱為1500～1700W/mk，但是100μm的導熱為1200～1500W/mk，仍遠遠高于傳統導熱膠的熱導率。

所述的石墨烯薄片基于單層石墨加工而成，石墨烯薄片的表面積選擇可以根據需要導熱的半導體熱源的大小，對現成的石墨烯薄片自由裁剪。

所述的單張石墨烯薄片，進一步優選為經折疊后得到至少兩層結構的單張石墨烯。

所述的折疊，包括但不限于：U字形對折、C字形折疊等。

所述的雙層結構中優選設有墊片，該墊片采用但不限于金屬單質、合金、木材或塑料等等，其表面光滑，以保護石墨烯；質量輕為佳，以減輕整體質量；最好選擇成本低，易加工的材料。

所述的雙層結構中也可以設有導熱板以提高熱源的導熱。

所述的熱源，包括但不限于位于電路板板上的半導體芯片、設置于半導體芯片上的導熱板等。

所述的金屬散熱器，包括但不限于鋁、銅等散熱器。

本發明涉及一種實現上述方法的結構，包括：帶有單張石墨烯薄片的金屬散熱器，其中：單張石墨烯薄片分別與金屬散熱器以及設置于半導體上的導熱板面接觸。

所述的單張石墨烯薄片為單層結構、雙層對折結構或多層對折結構。

所述的對折結構的剖面形狀優選為C字形或U字形。

所述的C字形的對折結構，優選其對折開口處位于半導體的邊沿。