一种超薄柔性碳质均热片制造技术

本发明专利技术涉及一种超薄柔性碳质均热片，包括吸液芯和包覆所述吸液芯的柔性碳质膜，所述柔性碳质膜构成一真空腔体，所述吸液芯吸附相变工质。吸液芯采用柔性多孔碳膜、碳纤维编织网或薄层金属网。本发明专利技术克服传统金属材质均热板厚度大、柔性差、导热能力有限的缺点，可用于柔性电子、航空航天可折叠电子产品的热管理。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄柔性碳质均热片
本专利技术涉及电子设备热管理领域，尤其涉及一种超薄柔性碳质均热片。
技术介绍
随着半导体工业以及电子封装技术的飞速发展，高功率密度高热流密度电子元器件的大规模使用，电子产品工作时产生大量的热量，如果不采取有效的热管理方式，电子器件的性能和寿命会受到严重影响。另一方面，近年来发展起来的可穿戴电子设备、柔性显示器、可折叠手机、以及航空航天可展开装备等产品，对热管理材料提出了更高的要求。除了需要满足高导热率、高热通量的基本要求之外，还需要热管理材料厚度小占用空间少，并且能够适应复杂的装配环境，以满足具有复杂几何形状结构件的散热需求。这对热管理材料提出了柔性甚至是耐折叠的性能要求。现有的主流均热板大多数为单一的金属质平面结构，金属材料刚度相对较大，耐疲劳性能差，即便是通过降低厚度提高柔性，例如专利CN102853700A、CN107764116A，也难以满足需要反复弯曲的可穿戴设备、柔性显示器、可折叠手机等现实应用场景。碳质薄膜具有柔性好、厚度低、导热率高的有点，可以承受大尺度的弯曲甚至折叠变形，并且具有优异的耐疲劳性能。如果将碳质薄膜作为均热板主体材料，替代传统铜板，有望解决传热金属质均热板厚度大、柔性差、导热能力有限、难以适用于大形变的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有金属质均热板厚度大、柔性差、导热能力有限、难以适用于大形变、可折叠场合的缺点，提供一种超薄柔性碳质均热片，实现对柔性电子设备、可折叠手机、航空航天等电子器件及产品的高效均热降温的作用。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：吸液芯和包覆所述吸液芯的柔性碳质膜，所述柔性碳质膜构成一真空腔体，所述吸液芯吸附相变工质。本申请中，柔性碳质膜厚度可以为0.01～0.3mm，采用模切、冲压工艺制备得到，面内导热率为600～2000W/mK，主要包括现有的高导热人工石墨膜、高导热石墨烯膜、碳纳米薄膜等。柔性碳质膜由于在制备、烧结过程引入了气孔结构，其表面在压延密实化工序中极易形成褶皱，这种褶皱可以为工质提供传质空间，因此不需要通过对壳体进行定型以构建一个腔体(如图1中的凹槽)，一方面大大降低了加工难度，另一方面减小了厚度，增强了可弯折性。本申请中，所述吸液芯多孔碳膜孔径为10～500微米，多孔碳膜以冲压、模切等方式获得；碳纤维编织网的厚度为1～30微米，其中碳纤维的直径为1～20微米；薄层金属网的厚度为1～30微米，其中金属纤维的直径为1～20微米。优选的，真空腔体的内表面、吸液芯都经过等梯度离子体亲水化处理，形成梯度润湿表面，利于工质的定向输运。本申请中，所述真空腔体是将一张或一张以上的柔性碳质膜通过活性钎料或者导热胶黏剂的方式实现边缘粘接后封装得到。本专利技术具有以下技术效果：1)均热板采用高导热碳质薄膜材料，其导热率高于传统铜箔，因此用高导热碳质薄膜做成的均热板比传统的金属质均热板有更高的均温能力；2)碳质薄膜比传统铜箔具有更低的密度，对于相同面积的均热板而言，碳质的具有更低的重量，更加适用于便携式电子产品和航天航天领域的热管理；3)碳质薄膜比传统铜箔具更低的厚度，占用物理空间很小，更加适用于微型电子设备、可穿戴设备的热管理；4)碳质薄膜比传统铜箔具有更好的柔性，可以适应大角度的弯曲形变。5)碳质薄膜比传统铜箔具有更低的热膨胀系数，温度变化时其厚度方向尺寸相对稳定，可以显著减少器件结构的内应力，使芯片不受温度变化引起的内应力的破坏。6)柔性碳质膜的表面存在褶皱，这种褶皱可以为工质提供传质空间，因此不需要通过对壳体进行定型以构建一个腔体，一方面大大降低了加工难度，另一方面减小了厚度，增强了可弯折性。附图说明图1均热板拆分结构示意图；其中图1包括有：1—上壳板；2—下壳板；3—吸液芯；4—注液管。图2超薄柔性碳质均热板填充介质前照片；图3超薄柔性碳质均热板填充介封装后的照片；图4为人工石墨膜的截面图(a)和表面图(b)。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的描述。本实施例只用于对本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述专利技术的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本专利技术的保护范围。实施例1：S1.裁剪原材料人工石墨膜(杭州高烯科技有限公司，厚度25微米，导热率1300W/mK)，其截面如图4a，表面如图4b，其具有大量褶皱。S2.用定制模具模切多孔石墨膜(厚度10微米)，获得所需外形尺寸且孔径为500微米的多孔石墨膜吸液芯3。S3.将人工石墨膜对中折叠，吸液芯3夹在折叠的人工石墨膜中间，对人工石墨膜边缘施加压力，密封周边，并预留注液管孔位。S4.将注液管4插入注液管孔位，采用高频焊的方法将注液管4与人工石墨膜固接。S5.注入定量工质后抽真空10-60s，再用封口模具或超声焊等方式对注液管4进行封口后切断注液管5。检测气密性，确保不漏气。测得上述步骤1-6封装后的超薄柔性碳质均热片的厚度为60～65微米。实施例2：采用实施例1的人工石墨膜(杭州高烯科技有限公司，厚度25微米，导热率1300W/mK)和多孔石墨膜吸液芯3，区别在于，采用冲压方式对石墨膜进行冲压，获得具有深度为5微米的凹槽的上壳板1和下壳板2，然后将薄层金属网(厚度30微米)吸液芯4固定在壳板的凹槽3内。边缘封边方式、注液管处理方式等其余处理方法以及参数均与实施例1相同，最后得到厚度为80～90微米的均热片(板)。对比样品1：相同大小的商用铜质均温板。将实施例1的超薄柔性碳质均热板以及对比样品1进行折叠和热传导测试。热传导测试时，均温板一端贴附在固定热源，热源温度为65℃，另一端置于大气环境下，测试均温板两端的温差。测试结果如下表所示：结果表明，相同条件下实施例1和2的均温板温差都小于对比样品1，说明实施例1和2的均温效果优于样品1；实施例1温差与弯折角度、弯折次数无关，说明弯折不影响实施例1的导热性能；实施例2温差随着弯折角度、弯折次数的增加而有所增大，说明带有凹槽的石墨膜在弯折过程中结构发生破坏，进而影响实施例2的导热性能；对比样品1温差随着弯折角度、弯折次数的增加而明显增大，说明对比样品1耐弯折性能最差，弯折过程会显著破坏均热板结构，减低导热性能。实施例3：S1.冲裁两块相同大小的高导热石墨烯膜(杭州高烯科技有限公司，厚度25微米，导热率1400W/mK)得到上壳板1和下壳板2。S2.将碳纤维编织网(厚度15微米)吸液芯3固定在上壳板1、下壳板2中间。S3.对上壳板和下壳板内侧、碳纤维编织网吸液芯表面进行等离子体亲水化处理。S4.将吸液芯3夹在上壳板1、下壳板2中间，并施加压力，密封上壳板1和下壳板2的周边，并预留注液管孔位。S5.将注液管4插入注液管孔位，采用高频焊、扩散焊或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄柔性碳质均热片，其特征在于，包括吸液芯和包覆所述吸液芯的柔性碳质膜，所述柔性碳质膜构成一真空腔体，吸液芯位于真空腔体内；所述吸液芯吸附相变工质。/n

【技术特征摘要】
1.一种超薄柔性碳质均热片，其特征在于，包括吸液芯和包覆所述吸液芯的柔性碳质膜，所述柔性碳质膜构成一真空腔体，吸液芯位于真空腔体内；所述吸液芯吸附相变工质。


2.根据权利要求1所述的超薄柔性碳质均热片，其特征在于：柔性碳质膜为人工石墨膜、石墨烯膜或碳纳米管膜中的任意一种材料。


3.根据权利要求1所述的超薄柔性碳质均热片，其特征在于，所述柔性碳质膜表面具有褶皱。

【专利技术属性】
技术研发人员：许震，刘英军，高超，林佳豪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33