[發明專利]一種石墨烯三維導熱材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210584845.4
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114919251A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 楚盛
• 申請（專利權）人: 東莞市光鈦科技有限公司
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B3/08;B32B7/12;B32B37/12;B32B37/00;B32B38/00;H01L23/373;H05K7/20
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本發明公開了一種石墨烯三維導熱材料及其制備方法和應用，其中的石墨烯三維導熱材料包括多層石墨烯片所述多層石墨烯片中部設有沿厚度方向取向的石墨烯導熱墊片；所述多層石墨烯片間通過合金層連接。

技術領域

本發明涉及導熱材料技術領域，尤其涉及一種石墨烯三維導熱材料及其制備方法和應用。

背景技術

在電子產品領域，隨著電子元器件組裝集成度的日益增加，散熱問題成了制約電子產品性能的瓶頸之一，如果電子設備的溫度過高，將導致運行穩定性和使用壽命的明顯下降。電子元器件發熱量往往集中在非常有限的面積上，容易形成局部熱點，散熱技術中的關鍵難點在于如何將這部分熱量從有限空間內導出，對高性能導熱材料具有迫切的需求。

手機和其他電子設備常用的石墨片，是一種紙狀或膜狀材料，在面內導熱率很高，可達1800W/mK，但在垂直面內的方向，導熱相對較低為10W/mK左右。近幾年來，石墨片也逐漸無法滿足日益增長的導熱需求。盡管單層石墨片導熱率很高，但其厚度太薄為12-17μm，導熱通路不夠大，真實散熱效果仍然有限。近年來各廠商將許多張石墨片/石墨烯片用膠水貼合起來，形成多層結構去增強橫向散熱通路。然而當石墨烯片數量達到5層以上時，縱向的熱阻已經高達1cm²K/W，難以將芯片的熱量傳導到機殼或其他散熱面，多層石墨/石墨烯膜結構帶來了縱向導熱率不足的問題，限制了其應用。如何提高多層石墨/石墨烯膜結構在縱向導熱率，對高導熱產品的性能至關重要。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種石墨烯三維導熱材料，包括多層石墨烯片；所述多層石墨烯片中部設有沿厚度方向取向的石墨烯導熱墊片；所述多層石墨烯片間通過合金層連接。

作為一種優選的技術方案，所述多層石墨烯片是由兩層及兩層以上的石墨烯片組成。

作為一種優選的技術方案，所述金屬合金包含的金屬為鎵、銦、錫、鉍、鋁、銅中的至少兩種。

作為一種優選的技術方案，按質量百分比計，所述金屬合金包含的金屬為65～75％鎵、18～26％銦、6～15％錫。

作為一種優選的技術方案，所述合金層的制備方法，包括以下步驟：將金屬合金加熱熔融成液態金屬，使用無塵布蘸取液態金屬，在石墨烯片表面反復擦涂，即得。

作為一種優選的技術方案，所述合金層和單層石墨烯片的厚度比為(0.8～1.1)：1。

本發明的第二方面提供一種所述的石墨烯三維導熱材料的制備方法，包括以下步驟：將多層石墨烯片中部挖空，填充放入石墨烯導熱墊片后即得。

本發明的第三方面提供一種所述的石墨烯三維導熱材料的應用，應用于對半導體元件的散熱。

作為一種優選的技術方案，所述石墨烯三維導熱材料設于芯片上方。

作為一種優選的技術方案，所述石墨烯導熱墊片的底面積為芯片上表面積的85～95％。

有益效果：本發明在多層石墨烯片的中部設有沿厚度方向取向的石墨烯導熱墊片，使得不僅在平面方向上形成導熱通道，在垂直方向也形成了相互連通的網絡，其中的使用的石墨烯導熱墊片可定向排布形成立體導熱通道，此時，散熱情況變為芯片整體在發熱，中心的熱量主要通過沿厚度方向取向的石墨烯導熱墊片往上傳輸到機殼/散熱器方向，而另一部分非芯片中心位置的熱量，將從多層石墨烯片橫向向周邊發散，從而使得材料整體上具有較高的導熱效率。本發明的石墨烯三維導熱材料制備工藝簡單，可進行高效生產，并且其導熱性能強，有利于熱量在垂直方向和平面的傳遞，并將電子芯片的局部過熱點迅速均勻化。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。