使用高导热插件的散热部件制造技术

一种热量管理系统（１０），其提供一种使用高导热率插件（２２）的散热部件。散热部件可以是扩展器（１２）或散热片，且包括平面石墨部件（１６），该石墨部件具有沿部件（Ｘ，Ｙ）的平面的高导热率，和穿过部件（Ｚ）的厚度的较低导热率。穿过部件的厚度形成空腔（２０），且高导热率插件（２２）容纳在空腔（２２）内。插件（２２）可以是各向同性的高导热率材料，比如铜，或各向异性的材料，比如在平板元件的厚度方向上（ｚ）具有高导热率而定向的石墨。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种能够管理来自热源，比如电子器件的热量的散热部件。具体而言，本专利技术涉及一种有效地耗散由电子器件产生的热量的散热部件，其中所述散热部件是通过将各向异性的石墨平板元件与高导热率的芯元件组装在一起构成的。
技术介绍
随着越来越复杂的电子器件的研制，包括那些能增加处理速度和更高的频率，具有更小尺寸和更复杂的功率需求，并且表现出其他技术先进性的电子器件，比如电子、电气部件和系统中的微处理器和集成电路，以及其他器件，比如高功率光学器件，可能会产生相对较高的温度。但是，微处理器、集成电路和其它复杂的电子部件通常仅能在一定的临界温度范围下有效地工作。在使用这些部件的工作过程中产生的多余热量，不仅损害其自身的性能，而且还会降低整个系统的性能和可靠性，甚至导致系统失效。电子系统能工作的环境条件的范围不断扩大，包括温度极限，加剧了多余热量的不利作用。随着对微电子器件散热的需求不断增加，热量管理已经成为电子产品设计中日益重要的因素。电子设备的性能可靠性和寿命反过来关系到设备的部件温度。例如，器件，比如典型的硅半导体的工作温度下降对应着所述器件的可靠性和寿命呈指数增加。因此，为了使部件的寿命和可靠性最大化，将所述器件的工作温度控制在设计者设定的限度范围内具有非常重要的意义。几种类型的散热部件用于促进从电子器件的散热。本专利技术适用于这样几种散热部件，包括通称为散热片(heats preader)的那些，通称为冷却板的那些，通称为散热器(heatsink)的那些及其他。这些散热部件有利于从热源的表面，比如产生热量的电子器件，向较冷的环境，通常是空气散热。在很多典型的应用场合，电子器件的固体表面和空气之间的热传递在所述系统内是效率最低的，且所述固体-空气界面通常具有最大的散热障碍。所述散热部件寻求通过增加直接接触空气或其他传热介质的表面面积，来提高所述电子器件和外界大气之间的热传递效率。这使得更多的热量被散发出去，从而降低了电子器件的工作温度。散热部件的主要用途是帮助器件的温度维持在设计者/制造商设定的最大可用温度之下。通常，由于铜等金属易于吸收热量，并将热量传递到整个结构的能力，所以散热部件由金属制成，特别是铜和铝。在散热器的情况下，铜散热器经常加工有翅片或其他结构，以增加散热器的表面面积，利用强制掠过或通过翅片的空气(比如通过风扇)，影响从电子部件通过铜散热器，然后到空气的散热过程。然而，使用金属散热部件仍然存在限制。一个限制涉及金属的相对各向同性，即，金属结构倾向于将热量相对平均地分布在整个结构上。金属的各向同性意味着传输到金属散热部件上的热量分布在整个结构上，而不是优先导向所需的位置。此外，由于金属的重量，尤其是当散热部件的传热面积明显大于电子器件的面积时，使用铜或铝散热元件可能带来问题。例如纯铜的重量为8.96克/立方厘米(g/cm3)，纯铝的重量为2.70g/cm3(与重量小于约1.8g/cm3的石墨制品相比， )。例如，在很多应用中，需要在例如电路板上排列多个散热器，以便散出电路板上多个部件的热量。如果使用金属散热器，电路板上金属的净重可能增加电路板断裂或其他同样不希望的效果出现的机会，且增加部件自身的重量。在较大的散热部件，比如称为散热片之类的部件情况下，纯铜散热片的重量需要特殊的机械特征和设计来固定散热片。因此，所需要的是一种用于从热源，比如电子器件上有效地散热的散热部件。有利的是，与铜或铝之类的金属相比，所述散热器部件应当是相对地各向异性，且表现出了较高的导热率与重量比。适用于散热器中的一组材料是通常称为石墨的材料，特别是各向异性的石墨，比如如下所述的基于天然石墨和柔性石墨的材料。石墨由碳原子形成的六角形阵列或网络层面构成。这些六角形排列的碳原子层面基本上是平坦的，其取向或次序基本上互相平行且彼此等距。所述基本上平坦、平行等距的碳原子片或层，通常称为石墨层或基面，连接或接合在一起，且在晶粒中成组排列。高度有序排列的石墨包含相当大尺寸的晶粒；所述晶粒互相高度整齐地排列或定向，且具有排列整齐的碳层。换言之，高度有序排列的石墨具有高度的优选晶粒取向。应指出的是，石墨具有各向异性的结构，因此呈现出或具有高度方向性的性能，例如，导热和导电性以及流体扩散性。简单地说，石墨的特征在于碳形成的层状结构，即，结构中包括通过弱范德华力连接在一起的碳原子叠片或叠层。考虑到石墨的结构，通常指出两个轴或方向，即，“c”轴或方向和“a”轴或方向。为简单起见，所述“c”轴或方向可以认为是垂直于碳层的方向。所述“a”轴或方向可以认为是平行于碳层，或垂直于所述“c”方向的方向。石墨适于制造具有高度取向性的柔性石墨片。如上所述，将平行的碳原子层接合在一起的接合力仅是弱范德华力。天然石墨可以经过处理，使重叠的碳层或片之间的间隔适当分开，而在垂直于所述层的方向上，即，在“c”方向上形成明显的膨胀，从而形成膨胀的或扩大的石墨结构，其中基本上保持了所述碳层的层状特征。不在膨胀石墨的粘合或整合薄片之间使用粘结剂，就可以形成已经大大膨胀的石墨薄片，尤其是这样的膨胀，即最终厚度或“c”方向上的尺寸约是“c”方向上原始尺寸的80或更多倍，所述石墨片是例如，网(或幅面料)、纸、条、带、箔、垫、等(通称为“柔性石墨”)。由于在体积膨胀的石墨颗粒之间实现机械互锁或粘合，所以不使用任何粘结材料，通过压缩，认为可以将已经膨胀的石墨颗粒形成整体柔性片，所述石墨颗粒的最终厚度或“c”方向上的尺寸是“c”方向上原始尺寸的约80或更多倍。除了柔性外，如上所述，已经发现与天然的石墨原材料相比，由于非常强的压缩，例如滚压导致膨胀的石墨颗粒和石墨层的取向基本上平行于所述薄片的相对面，所述片状材料具有在导热、导电和流体扩散方面的高度各向异性。因此，生成的片状材料具有良好的柔性、较高的强度和甚高的取向性。简单地说，产生柔性、无粘结剂的各向异性石墨片材料，例如，网、纸片、带、条、箔、垫等的工艺，包含在预定的载荷下且在无粘接剂的情况下挤压或压缩膨胀的石墨颗粒，而形成基本上扁平的，柔性整体石墨片，所述膨胀的石墨颗粒在“c”方向上的尺寸是“c”方向上原始尺寸的约80或更多倍。所述膨胀的石墨颗粒通常是蠕虫形或外观为蠕虫状，一旦挤压，将保持所述压缩状态，与所述薄片的相对主表面对准。通过控制压缩程度，所述片状材料的密度和厚度可以变化。所述片状材料的密度可以在约0.04g/cm3至约2g/cm3的范围内。由于石墨颗粒平行于所述薄片的相对主平面，所以柔性石墨片材料表现出明显的各向异性，随着片状材料的滚压而取向性增加，各向异性的程度也增加。在滚压后的各向异性片状材料中，所述厚度，即垂直于所述相对的平行片表面的方向包含“c”方向，沿长度和宽度变化的方向，即沿着或平行于所述相对的片表面的方向包含“a”方向，所述薄片的导热性、导电性和流体扩散性在“c”方向和“a”方向上有数量级的差别。
技术实现思路
本专利技术提供了一种热量管理系统，该系统包括各向异性的石墨平板元件，其在该平板元件的平面内具有较高的导热率，且穿过平板元件的厚度在垂直于所述平板元件的平面的方向上具有较低的导热率。所述平板元件具有在其中形成的空腔，且芯或插件紧密地容纳在所述空腔内。在该实施例中所述芯由各向同性的芯材料构成，从而使来自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热量管理系统，它包括：各向异性的石墨平板元件，其在该平板元件的平面内具有较高的导热率，且穿过平板元件的厚度在垂直于所述平板元件的平面的方向上具有较低的导热率，所述平板元件具有在其中形成的空腔；紧密地容纳在所述空腔内的芯， 所述芯由各向同性的芯材料构成，从而使来自热源的热量可以经所述芯导入所述平板元件的厚度内，然后穿过所述平板元件的平面导出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DW克拉索夫斯基，GG陈，
申请(专利权)人：先进能源科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]