传热复合材料、相关的装置和方法制造方法及图纸

一种传热复合材料，所述传热复合材料包括多个热解石墨部分和以固结块形态保持所述热解石墨部分的非碳质基体。在一个实施方案中，所述传热复合材料包括大量随机分布在所述非碳质基体中的热解石墨部分。在另一实施方案中，所述传热复合材料包括配置在包括所述非碳质材料的片层之间的热解石墨部分的不同层。在又一实施方案中，所述传热复合材料包括含有至少一种非碳质基体的基板，所述非碳质基体以固结块形态包含至少一种热解石墨部分。将所述基体固定于所述基板，以从所述热源移除热。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及传热复合材料、传热装置和制造方法。
技术介绍
微电子技术的发展已经导致以前所未有的高速度处理信号和数据的电子装置。电 子和/或集成电路(“IC”)装置，例如微处理器、存储装置等变得更小，同时散热需求变得 更大。必须将热从半导体有效地移除，以防止系统变得不稳定或者被损坏。通常使用散热 器(heat spreader)和/或散热片(heat sink)从电子组件表面散热至较冷的环境，通常 是大气。被动式散热片使用高导热材料以将热从生热装置移除至较冷的区域中，如板、鳍 状物(fin)或表面的有效冷却部分。使用传热装置如散热器和/或散热片经由传导从电子装置移除热是在工业界 的持续研究领域。美国专利5，998，733公开了一种电子外壳包装(electronic housing package)，其包括用于从系统散热的石墨-金属基体复合构件，在铝基体中含有70_90体 积％的石墨。美国专利公布20050189647公开一种复合散热器，其包括嵌入至石墨层间的 金刚砂粒，和以固结块(consolidatedmass)形态保持所述石墨和金刚砂粒的铝金属基体。 在该参考文献中，金刚砂粒的使用是为了 “使得作为各向异性材料的石墨用于提供各向同 性热传导而设计的散热器中...”。金刚砂粒具有优良的导热性，在多个方向上超过1300W/m/° K。然而，金刚石非常 昂贵而不得不以粉末形式使用，因此对于在热管理装置的使用不是现实的选择。金刚石由 于其不得不以许多小颗粒或粉末引入复合材料中，因此具有大的界面面积。该大量的金刚 石颗粒还产生热通过更多的界面，其形成热阻隔层并降低最终整体热导率(bulk thermal conductivity)。因此，仍然存在对于具有各向同性的热管理材料的需求。本专利技术涉及主要 由在金属基体中的热解石墨超导介质组成的传热复合材料，构造所述传热复合材料以提供 沿任意方向具有相对均勻的热导率和具有达到金刚石热导率(高达1000W/m/° K)的热导 率的低密度热管理装置。其它被动式散热片使用例如由通过在高真空炉中烃类气体的分解而制造的热解 石墨形成的高热导率的热解石墨材料，从而从生热装置移除热。高性能传导材料例如购自 MomentivePerformance Materials Inc.的热裂解石墨(TPG )是以相对高于性能较低 的材料如铝的成本，提供高热导率、低密度和低热膨胀性的宏观复合材料(macrocomposite material)。TPG 提供高传导路径同时包封材料提供对于强度、刚性和热膨胀系数所需的结 构。然而，包封在结构壳内的TPG 核的使用是昂贵的方法。因此，仍然存在对于热管理材 料如散热片和散热器的需要，所述热管理材料以有效的成本提供优异的除热性能。
技术实现思路
本专利技术提供用于从需要除热的电器件或类似系统散失热能的传热复合材料。在一 个实施方案中，所述传热复合材料包括在以固结块形态保持热解石墨部分的非碳质基体中 的多个热解石墨部分。在一个实施方案中，所述传热复合材料包括大量随机分布于所述非 碳质基体中的热解石墨部分。在另一实施方案中，所述传热复合材料包括配置于包括非碳 质材料的片层之间的热解石墨部分的不同层。在又一实施方案中，所述传热复合材料进一 步包括具有其中固定至少一种基体的非碳质材料基板，其中所述基体含有至少一种热解石 墨部分并且叠盖热源，以将热从所述热源移除。本专利技术进一步涉及传热复合材料的构造方法，其包括以下步骤将多个热解石墨 部分配置于含有非碳质各向同性材料的基体中，形成块体(mass)或大块体(bulk)材料；将 热解石墨在所述非碳质各向同性基体中的块体加热至足够的温度和压力从而将所述热解 石墨部分嵌入所述非碳质基体中。在一个实施方案中，所述非碳质材料基体为铝片的层的 形式，并且所述热解石墨部分分布于所述铝片的层之间。在又一实施方案中，本专利技术还涉及传热复合材料的构造方法，其包括以下步骤将 至少一种基体固定于所述基板，并且将所述基体配置于基板内以叠盖热源，从而将热从所 述热源移除。本专利技术的所述传热复合材料以经济有效的方式提供了具有改进的和相对均勻热 导率的低密度、轻质热管理系统。附图说明图1A、1B和1C是用于制造本专利技术的传热装置的复合材料块体的不同实施方案的 透视图。图2是具有分布于非碳质材料层之间的热解石墨部分的本专利技术传热复合材料的 另一实施方案的横截面图。图3A是示于图2中的传热复合材料的另一实施方案的横截面图，其中所述热解石 墨示出周期性图案。图3B是示于图2中的传热复合材料的实施方案的俯视图，示出嵌入至所述非碳质 材料层的热解石墨部分的俯视图。图4是传热复合材料的实施方案的平面俯视图，其示出在传热复合材料基板内的 空穴(empty pocket)或槽的尺寸，其中包括至少一种热解石墨部分的基体以使得叠盖热源 的方式固定于所述复合材料的基板。图5A至5E是传热复合材料的另一实施方案的横截面图。图5A是在基板内具有槽和/或穴的非碳质基板的横截面图。图5B是包括放置于所述基板的槽和/或穴中的热解石墨部分的图5A基板的横截 面图。图5C是本专利技术的一个实施方案的横截面图，其中热解石墨部分包封在图5B的基 板中。图5D是包括具有用于固定本专利技术一个实施方案的预先形成位置的基板的传热复 合材料的横截面图。图5E是包括拥有被动式和主动式传热区域的传热复合材料的本专利技术实施方案的 横截面图。具体实施例方式如在此所使用的，可以将近似的语言用于修饰可以改变而不导致与其相关的基本 功能的变化的任何定量表述。因此，在某些情况下，由一个术语或多个术语如“基本上”修 饰的值，可以不限于限定的精确值。在说明书和权利要求书中的全部范围包括端点在内并 且是可独立组合的。在说明书和权利要求书中的数值不限于限定的值并且可以包括不同于 所述限定值的值。将数值理解为不足够精确以致包括与所述值近似的值，允许由于在现有 技术中已知的测量技术和/或用于确定所述值的仪器的精度而导致的实验误差。如在本说明书和所附的权利要求书中所用的，除非上下文另外清楚地指明，所有 的单数形式包括复数指代物。因此，例如，参照“热解石墨部分”或“热解石墨颗粒”包括一 个或多个这样的部分或颗粒。如在此所使用的，参考PG颗粒，术语“部分”与“颗粒”可相互替换地使用以用作 在所述传热复合材料中的超导介质。如在此所使用的，术语超导介质指的是沿ab方向具有 范围从300至1850W/m-° K(或理论热导率)的导热性质的热解石墨部分。传热复合材料如在此所使用的，可以将术语“热解石墨(pyrolytic graphite)"与“热裂解石墨(thermal pyrolyticgraphite) " ( “TPG”)、“高定向热解 石墨(highly oriented pyrolyticgraphite) ”( “H0PG”)或“压应力热处理热解石墨 (compressionpyrolytic graphite) ”( “CAPG”)相互替换地使用，它们是指具有面内(a_b 方向)热导率范围从对于热解石墨为300W/m-° K至对于TPG、H0PG或CAPG为1800W/m-° K 的石墨材料。如在此所使用的，将词组“叠盖热源”用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传热复合材料，所述传热复合材料包括：在包含非碳质材料的基体中的多个热解石墨部分，所述基体以固结块的形态保持所述多个热解石墨部分，其中所述多个热解石墨部分各自具有面内热导率沿ａｂ方向为３００Ｗ／ｍ－°Ｋ和沿ｃ方向为３．５Ｗ／ｍ－°Ｋ，以及其中所述多个热解石墨部分的ａ－ｂ方向随机分布于所述复合材料中。

【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：哈留克萨伊尔，鲍勃马奇安多，伊万库柏，刘翔，马可沙普肯斯，
申请(专利权)人：迈图高新材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]