一种面内和垂向均高导热的碳系柔性导热带及制作方法技术

一种面内和垂向均高导热的碳系柔性导热带及制作方法。一种用于实现将热量从发热体消散到热沉（如散热器）的柔性传热机构，该机构主体导热材料为碳系导热片材，该碳系导热片材经过叠覆、粘合、热压、多层封装后成型。该传热机构由膜状导热体和连接头构成，其中，膜状导热体用于将热量由热源传递至热沉，连接头用于与热源、热沉进行低热阻机械连接。膜状导热体内部由高导热的碳系导热片、耐热薄膜、阻热辐射包膜和耐腐蚀耐强电的绝缘热缩膜构成。本发明专利技术公开的碳系柔性导热带兼具面内和垂向的高导热、柔性、低热阻、轻量化和低辐射特性。轻量化和低辐射特性。轻量化和低辐射特性。

【技术实现步骤摘要】
一种面内和垂向均高导热的碳系柔性导热带及制作方法


[0001]本专利技术属于热管理领域，具体涉及一种用于将热量从热源转移至热沉的碳系柔性高导热传热机构。

技术介绍

[0002]随着电子系统体积更小巧、功能更强大、更高效，人们对其性能的要求逐步提高，使得电子设备中的发热元器件功耗越来越大，系统内部热流密度越来越高。发热电子元器件或发热设备所产生的热量如若不能有效解决，将直接影响电子系统的可靠性和寿命，甚至可能引发灾难性的热失效。因此，发热电子元器件或发热设备的热量转移显得异常重要。
[0003]尤其是针对热沉(如散热器)与热源之间并不接触，甚至不同平面，那样通过传统的直接贴合散热方式无法解决，必须通过金属导热结构将其进行连接。而通常通过刚性金属导热结构体进行转换连接，其热效率差，重量高，而且受限于主体结构布局和尺寸，常常导致整体系统无法实现紧凑布局和小型化设计要求，有时转换连接刚性体甚至无法进行设计、安装。
[0004]现有的铜制柔性导热带，主要有铜丝编织柔性导热带带、铜箔多层柔性导热带，受制于主材料铜的导热系数仅400w/m
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k,而且接头直接压接，接触热阻大的影响，导致传热效率并不理想。
[0005]现有的平行堆叠石墨烯柔性导热带，虽然石墨烯膜系的面导热率高大于800w/m
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k，但垂向导热率很差，通常不到10 w/m
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k，再加上垂向堆叠胶层（导热率一般不到0.5w/m
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k）的影响，端头热量很难向叠层石墨烯的下层传递，导致各层传递热的能力不同，热通量不足，最终导致整体传热效率大幅下降。
[0006]因此，一种兼具面内和垂向高导热的柔性导热结构就显现出无与伦比的优势，可广泛应用于消费电子、通讯与军工领域。为满足承载更高的功耗、热流密度和满足低的热量传输损失，该碳系柔性传热机构需要满足以下条件：1）导热带带体的具有极高面导热率，面导热率大于800w/m
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k。兼具较高的垂向导热率，垂向导热率大于450 w/m
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k;2）导热带连接头的热量快速传递到各层碳系导热带带体芯层上；3）热量快速高效从导热带带体的一端传至另一端，导热带带体的传热损耗很小，导热带带体几乎不与外界环境进行热量交换（包含自然散热和热辐射）。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：为了解决
技术介绍
中所提出的技术要求，本专利技术提出了一种兼具面内和垂向的高导热、柔性、低热阻、轻量化和低辐射特性的碳系柔性高导热传热机构，用于实现热量柔性且高效传递的传热机构和传热方法。可实现热量的自由、快速转移，不受产品结构和布局限制，即使在狭窄的空间内，也可以简单、紧凑、高效地实现远距离热量传递。
[0008]技术方案：请参考附图1，该图示显示本申请实施例提供的柔性导热带带体的原理结构示意图。本专利技术关于柔性导热带带体的加工制造步骤是：1] 选取高面导热率的碳系导热片1，一面背薄层的热敏胶2；2] 按照热源尺寸和热耗大小，确定导热带带体宽度和厚度；3] 将背胶碳系导热片按照确定的导热带带体宽度进行叠覆并初步粘合，直至厚度达到规定要求厚度；4] 通过热压机，在大于200℃，大于5kg的压力进行热压成型，形成碳系导热带带体芯层；5] 在碳系导热带带体芯层外层（除端头）贴合一层或多层聚合物基耐高温膜3，例如聚酰亚胺薄膜、PET薄膜、丙烯酸薄膜等，推荐但不限于聚合物基耐高温膜，亦可以选择薄金属涂层，厚度范围0.001~0.005mm；6] 在耐高温膜外侧包覆阻热辐射材料4，例如双面镀铝聚酯薄膜/涤纶网，厚度范围0.003~0.01mm；7] 在阻热辐射材料外部套装绝缘耐腐蚀热缩膜5，选用热风枪温度200℃~300℃，使热缩膜紧密贴合封装内部材料，形成导热带带体结构。该绝缘耐腐蚀热缩膜可起到抗腐蚀和抗强电影响；8] 采用激光雕刻将导热带带体端头打上阵列小孔6，孔径在1mm~5mm之间。
[0009]上述导热带带体由中心导热碳系柔性导热片、耐高温膜、阻热辐射社彩和绝缘抗腐蚀热缩膜组成。
[0010]请参考附图2，该图示显示本申请实施例提供的柔性导热带连接头的原理结构示意图。
[0011]本专利技术关于柔性导热带端头的技术解决方案步骤是：1] 导热带接头选用导热率高的金属材料，如纯铜、紫铜、6063铝合金、铝基高导材料等；2] 导热带接头分为底盒7和上盖8两部分，底盒向内伸出小型阵列圆柱9，导热带底盒7可以通过贯穿底盒7和上盖8的通孔10与热源紧密接触（接触间隙可以涂抹导热硅脂）；3] 导热带带体端头压入导热带接头底盒7中，将导热带带体端头的小型阵列圆孔6与底盒阵列圆柱9紧配合接触；4] 在不小于10kg的压合力作用下，压合上盖8与底盒7，使上盖内腔的凹孔与底盒阵列圆柱9发生压铆连接；5] 采用激光或搅拌摩擦法焊接底盒7和上盖8的外接缝，进行密封处理，形成导热带连接头整体；6] 在导热带连接头外表面镀覆高导热柔韧性金属，减小接触热阻，例如镀金、镀银。
[0012]上述导热带连接头由连接头底盒（带小型阵列圆柱）、连接头上盖(内面带凹孔)经压合、焊接组成。
[0013]上述碳系柔性高导热传热机构由A端连接头11、导热带带体12与B端连接头13组成，A端连接头、B端连接头分别与热源、热沉相连接。通过该传热机构实现高温区域与低温区域的软连接。
[0014]有益效果：1）碳系导热片的叠合、粘接、压合工艺的使用，使得柔性导热带虽然有一个远超碳系导热片的厚度，但实际属于同一张碳系导热片。因为导热片没有发生物理截断，仅仅只是弯折，故对于整体的柔性导热带芯材来说，其面导热率与碳系导热片的面导热率完全一致，其厚度方向的导热率为碳系导热片的面导热率乘以180
°
叠合的衰减因子，再叠加胶层导热率对厚度的影响。因此，可以实现碳系柔性导热带的面内兼具垂向的高导热率。再综合考虑上端头材料和工艺对导热率的影响，整个导热带机构可以实现的面内导热率大于800w/m
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k，垂向导热率大于450 w/m
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k；2）导热带接头底盒阵列圆柱与导热带端头阵列圆孔紧配合，并与上盖的紧密压接，有效地减小了导热带接头到导热带端头的接触热阻，并且使热量更快贯穿导热带的厚度方向，有利于热量的快速传递；3）导热带带体中间芯层向外包覆三层材料，分别为耐高温膜、阻热辐射材料和绝缘耐腐蚀材料，有助于提高导热带带体的结构刚度和增强其对复杂环境的适应性，并且可以提高热量的传输效率，降低传热过程的热量损失，减小导热带带体段对外部环境的加热作用，有助于增加环境内所有电子元件的使用可靠性和使用寿命。
[0015]本专利技术相比现有技术的优点：1）本专利技术公开的碳系柔性导热带，不仅具备其它碳系面内柔性导热带具有高导热率，而且解决了其他碳系柔性导热带厚度方向导热率极低（一般不大于10w/m
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k）的致命弊端，使得该碳系柔性导热带兼顾面内和厚度方向的极高导热率，有效增加了热通量；2）本专利技术公开的碳系柔性导热带采用贯穿压合焊接的工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将热量从热源转移至热沉的碳系柔性高导热传热机构，该传热机构包括：导热带带体、导热带连接头；导热带带体作为热量的快速传输路径，导热带接头用于带体和热源、热沉的机械连接，并保证最小的接触热阻。2.根据权利要求 1 所述的传热机构，其中，所述导热带带体由多层膜状构件构成。3.根据权利要求2所述的多层膜状构件，其中，中心层为具有高面导热率的碳系导热片由一块或多块碳系导热片经叠覆、粘合、热压形成特定尺寸具有一定厚度的碳系导热带体芯层。4.根据权利要求3所述的碳系导热片主要由片状石墨热解颗粒或片状石墨压缩颗粒或石墨烯组成，优选柔性热解石墨、石墨烯膜、碳化聚酰亚胺膜、石墨膜等。5.根据权利要求2所述的多层膜状构件，其中，多层膜状构件中心层外第一层包覆为聚合物基耐高温膜，优选聚酰亚胺薄膜。6.根据权利要求2所述的多层膜状构件，其中，多层膜状构件中心层外第二层包覆为阻热辐射包膜，优选双面镀铝薄膜/涤纶网。7.根据权利要求2所述的多层膜状构件，其中，多层膜状构件中心层外第三层包覆为耐腐蚀耐强电的绝缘热缩膜，优选PE热缩膜。8.根据权利要求2所述的多层膜状构件，该构件两端端头均匀分布阵列圆孔。9.根据权利要求1所述的传热机构，其中，所述的导热带接头特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：何郧，
申请(专利权)人：何郧，
类型：发明
国别省市：