一种高导热复合体及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高导热复合体及其制备方法，通过打孔、攻丝工艺将螺丝穿过高导热材料，并与外层基板和盖板形成高导热复合体。螺丝在复合体中形成纵向导热结构，可显著增强水平方向导热好、纵向导热差的材料的纵向导热。同时这种螺丝结构还可以增强高导热材料与外层基板和盖板连接，降低界面热阻。该方法简单、可靠、成本低廉，操作性强，利用这种方法制作的复合体热导率高、密度低、强度高、厚度可控，避免了高导热材料易磨损、掉渣、强度低等缺点，可应用于各类基板、冷板和机箱壳体等散热结构中。冷板和机箱壳体等散热结构中。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热复合体及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料结构设计
，涉及一种高导热复合体及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有专利文献：申请专利CN108925108A，受理，一种石墨烯基复合材料基板内镶嵌铝合金的导热结构及其制造方法。
[0003]随着电子技术的快速发展，电子元器件体积不断缩小，芯片集成度不断增加，热流密度也越来越大。大功率电子元器件会产生大量的热，若不采取有效的热管理措施，将热量传递出去，器件会受到损伤甚至损坏。随着科技的发展，出现了很多高导热材料，包括人造石墨、热解石墨、石墨烯膜、石墨烯复合材料等。这些高导热材料大部分是具有层状结构的碳类材料，其平面热导率可达150-1800W/(m
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K)，并且它们的密度较低，是具有广阔应用前景的导热材料。但这些石墨化的碳类材料本身层间结合力低，易于剥离，掉渣，单独使用时，不能满足很多精密电子设备对环境的要求，强度较低也限制了它在航空领域的应用。将高导热材料与外层基体复合能避免高导热材料本身的缺点，扩大应用范围。这些高导热材料大部分是各向异性的材料，其纵向热导率不到10W/（m
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K），这种高度各向异性的导热性能，限制了热量在三维方向的传导。在高导热材料中添加纵向导热柱能够显著改善此类高导热材料的纵向传热，提升总体散热效果。
[0004]专利技术专利CN108925108A（专利文献1，一种石墨烯基复合材料基板内镶嵌铝合金的导热结构及其制造方法）的方法是在石墨烯基复合材料上打孔，石墨烯基复合材料金属化，铝块镀铜，焊接铝块与石墨烯基复合材料的方法制备纵向导热柱结构。这种工艺较为复杂，工作量大，成本高，不适合大量制备。且石墨烯基复合材料没有金属层包裹，易于磨损、强度较低，不适合在严苛环境中持续工作。

技术实现思路

[0005]为了解决上述高导热材料的缺陷问题及其他各项异性的问题，本专利技术提供了一种高导热复合体的制备方法。在此方法中，螺丝柱体充当了纵向导热柱，将热源的热量迅速向纵向传递，然后通过螺纹与高导热材料连接，将热量传递到整个高导热材料的平面，可以大大提升高导热材料的纵向导热能力，进而提升复合体的整体散热能力。同时螺丝可大幅提升高导热材料的层间结合力，在高导热材料外围的基体材料，也解决了碳类导热材料易磨损、掉渣、强度低等问题，兼具高导热、低密度、优异的力学性能。整体制备工艺简单，不需要高温焊接，避免了碳类材料与金属材料热膨胀系数不匹配的问题，连接更为可靠。
[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、可靠，明显提升散热能力的一种高导热复合体及其纵向导热结构。
[0007]为了达到上述的目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高导热复合体的制备方法，包括以下步骤：
S101，加工：将一块基板加工成一定的平面形状或具有凹槽的立体形状；S102，打孔：在加工后的基板上加工出一定直径、数量若干的孔洞并攻丝，形成螺丝孔；S103，切割：选取一块高导热材料和一块盖板，将它们切割成与基板或基板凹槽一致的形状尺寸；S104，打孔：在高导热材料和盖板上打孔并攻丝，形成螺丝孔，孔的位置和数量与基板上孔的位置和数量相一致；S105，组装：将高导热材料放于基板和盖板之间，确保所有螺丝孔都对准，形成复合体；S106，上丝：在组装好的复合体上拧入螺丝，贯穿盖板、高导热材料和基板；S107，加工：将组装好的复合体的基板和盖板表面凸起的螺丝的头部和/或尾部去除，形成平整平面；S108，压合：将拧好螺丝的复合体进行压合，形成最终的高导热复合体。
[0008]优选的，所述S101步骤和/或S103步骤中基板与盖板材料包括铜、铝、银、镁、陶瓷、塑料以及它们的复合材料，基板、盖板的材料相同或不同，选自上述材料的一种或两种。
[0009]优选的，所述S102步骤和/或S104步骤中形成的孔，是通过钻头打孔或激光打孔得到；盖板与高导热材料上的螺丝孔为通孔，基板上的螺丝孔为通孔或盲孔；基板与盖板同一位置处的螺丝孔的类型、螺纹、螺距、直径一致；高导热材料与基板同一位置处的螺丝孔直径为基板同一位置处螺丝孔直径的60％~100％，高导热材料与基板同一位置处的螺丝孔的类型、螺纹、螺距与基板同一位置处螺丝孔的类型、螺纹、螺距一致；基板上不同位置处的螺丝孔规格相同或者不同。
[0010]优选的，所述S103步骤中切割是指刀具切割、激光切割、纱线切割、超声切割、水压切割的一种或者多种方法。
[0011]优选的，所述S106步骤中的螺丝的类型、螺纹、螺距和直径要与基板上对应位置处的螺丝孔的类型、螺纹、螺距和直径相同；螺丝的材料包括银、铜、铝以及它们的合金，各个螺丝的材料相同或不同，选自上述材料的一种或多种。
[0012]优选的，所述S102步骤和/或S104步骤中螺丝孔的位置在热源正下方、复合体中间部位及复合体四周边缘，螺丝孔的直径为0.2-50mm，螺丝孔的密度为1-20个/平方厘米。
[0013]优选的，所述S103步骤中高导热材料包括热解石墨和石墨复合材料、碳纤维复合材料、石墨烯膜和石墨烯复合材料、碳纳米管膜和碳纳米管复合材料、金刚石和金刚石复合材料；其水平方向热导率大于200W/(m
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K)，高导热材料的厚度大于0.1mm。
[0014]优选的，所述S107步骤高导热复合体表面加工的设备包括铣床、砂轮机、抛光机。
[0015]优选的，所述S108步骤的压合方法包括干压、热压和等静压，压强为0.1MPa~200MPa，保压时间0.1-100小时，温度20-1000℃。
[0016]进一步公开了一种高导热复合体，其是由上述方法之一制备得到的。
[0017]本专利技术通过打孔工艺将螺丝穿过高导热材料与基体，形成高导热复合体，同时螺丝也充当了纵向导热柱。主要优点有：1）本专利技术的制造方法简单、可靠，操作性强，可应用于众多具有各向异性的高导热材料中，且无论材料的厚薄都能有较好的效果；2）因为具有层状结构的碳类高导热材料的平面热导率高（>200W/(m
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K)）且密度较低，这在散热材料方面有绝对的优势，但是其纵向热导率低，而通过本专利技术的方法可以制备密
度低，散热性能好的高导热复合体。螺丝导热柱与基体材料相接触，将热量迅速传递到基体材料的平面方向，大大提高了高导热材料的散热能力；3）本方法中基体外壳及螺丝导热柱都能够有效的增强高导热材料的强度，基体外壳还有利于保护高导热材料，使其力学强度更高，层间结合力更好，力学性能优良，适用于航空航天或精密大功率电子器件的散热；4）本方法中螺丝导热柱数量易于控制，且通过螺纹与基体材料连接使接触面积更大，结合更为紧密，接触热阻小，从而有效提升基体材料散热能力。
附图说明
为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍。图1是高导热复合体打孔示意图；图2是高导热复合体组装示意图；图3是高导热复合体纵向导热结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热复合体的制备方法，包括以下步骤：S101，加工：将一块基板加工成一定的平面形状或具有凹槽的立体形状；S102，打孔：在加工后的基板上加工出一定直径、数量若干的孔洞并攻丝，形成螺丝孔；S103，切割：选取一块高导热材料和一块盖板，将它们切割成与基板或基板凹槽一致的形状尺寸；S104，打孔：在高导热材料和盖板上打孔并攻丝，形成螺丝孔，孔的位置和数量与基板上孔的位置和数量相一致；S105，组装：将高导热材料放入基板和盖板中间，确保所有螺丝孔都对准，形成复合体；S106，上丝：在组装好的复合体上拧入螺丝，贯穿盖板、高导热材料和基板；S107，加工：将组装好的复合体的基板和盖板表面凸起的螺丝的头部和/或尾部去除，形成平整表面；S108，压合：将拧好螺丝的复合体进行压合，形成最终的高导热复合体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S101步骤和/或S103步骤中基板与盖板材料包括铜、铝、银、镁、陶瓷、塑料以及它们的复合材料，基板、盖板的材料相同或不同，选自上述材料的一种或两种。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S102步骤和/或S104步骤中形成的孔，是通过钻头打孔或激光打孔得到；盖板与高导热材料上的螺丝孔为通孔，基板上的螺丝孔为通孔或盲孔；基板与盖板同一位置处的螺丝孔的类型、螺纹、螺距、直径一致；高导热材料与基板同一位置处的螺丝孔直径为基板同一位置处螺丝孔直径的60％~100％，高导热材料与基板同一位置处的螺丝孔的类型、螺纹、螺距与基板同一位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华涛，田聪，吴亚金，吴绪磊，钟博，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：