形成散热件的方法技术

本发明专利技术涉及用于将热解石墨ＴＰＧ元件（１００）至少结合到第一金属材料（２００）上用以形成散热件的方法。该散热件在Ｘ－Ｙ平面内具有改善的热传导性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容主要涉及将热解石墨(TPG)结合到金属材料上作为用于各种用途的 散热件的方法，并且更具体地涉及将TPG元件结合到至少一种金属材料上而形成用作散热 件的金属热传导结构。
技术介绍
现代的嵌入式计算机系统在容积有限的环境中包含热功率很高的用电构件。容积 通常不会随着构件的功率耗散增大而变化，从而就对构件温度管理提出了重大的挑战。在 过去，已经使用了多种直接冷却技术来管理升高的温度，这些技术例如有包括高热传导性 材料(如铝和/或铜)的主动散热件或被动散热件。然而，只有相对较大量的表面区域存 在于空气流中，这些材料才是足够的，从而需要占据大量总体可用容积的物理上较大的散 热件结构。当散热件的物理尺寸增大时，材料快速传递热量到散热件末端从而使热量暴露 在空气流中的能力就下降。已经发现的是，热解石墨(TPG)相比于常规金属材料，具有在单个(X-Y)平面中提 供较好热传导的能力。此外，已经发现TPG相比于铜，具有改善的总体传导性。最近，已经 开发出一种使用扩散结合工艺将TPG材料嵌入铝结构中的方法。扩散结合工艺尽管会导致 在TPG材料与铝结构之间的适当热接触，但具有的局限在于需要专用设备在耗时过程中形 成TPG嵌入式结构，从而导致产品很昂贵。因此，所需的是一种产生使TPG结合到一种或多种金属材料(如，铝结构)上的成 本效益合算的产品的方法，用以形成金属热传导结构(即，散热件)来提供在X-Y平面内的 有效热传导性。此外，所需的是这样一种方法，其易于使用各种类型的设备而在各种设施中 可再现和实施。专利技术简述一个方面，提供了一种用于将热解石墨(TPG)结合到第一金属材料和第二金属材 料上用以形成散热件的方法。该方法包括形成穿过TPG元件的至少一个开孔；在第一金属 材料中形成至少一个通孔件(via)，其中，该通孔件构造成与穿过TPG元件的开孔互补；提 供由第二金属材料制成的热间隔件，其中，该热间隔件构造成与热源元件互补；将金属基涂 层施加到TPG元件的外表面上；以及将第一金属材料中的通孔件和第二金属材料的热间隔 件结合到TPG元件的有涂层的表面上。通孔件、热间隔件和开孔相结合而形成散热件，该散 热件构造成用以容许热量从热源元件经由热间隔件传导至穿过TPG元件中的开孔的通孔 件。另一方面，提供了一种用于将热解石墨(TPG)结合到第一金属材料和第二金属材 料上用以形成散热件的方法。该方法包括形成穿过TPG元件的至少一个开孔；在第一金属 材料中形成至少一个通孔件，其中，该通孔件构造成与穿过TPG元件的开孔互补；提供由第 二金属材料制成的热间隔件，其中，该热间隔件构造成与热源元件互补；以及使用电镀工艺 将第一金属材料中的通孔件和第二金属材料的热间隔件结合到TPG元件上。通孔件、热间隔件和开孔相结合而形成散热件，该散热件构造成用以容许热量从热源元件经由热间隔件 传导至通孔件，且穿过TPG元件中的开孔。另一方面，提供了一种用于将热解石墨(TPG)结合到第一金属材料上用以形成散 热件的方法。该方法包括形成穿过TPG元件的至少一个开孔；将金属基涂层施加到TPG元 件的外表面上；将至少一个焊接球沉积在第一金属材料的外表面上，其中，该焊接球构造成 用以填充穿过TPG元件的开孔；将第一金属材料压制到TPG元件上，使得焊接球填充开孔； 以及加热第一金属材料以将第一金属材料(低温)焊接到TPG元件上。附图简述附图说明图1绘出了根据本公开内容的方法而结合的TPG元件、第一金属材料和第二金属 材料。图2绘出了在根据本公开内容的方法中使用的施加到由第二金属材料制成的热 间隔件上的热界面材料。图3绘出了使用根据本公开内容的一个实施例的方法而形成的散热件。图4绘出了散热件中的热传导性的X平面、Y平面和Z平面。图5绘出了在根据本公开内容的方法中使用的金属翼片(fin)组件。图6绘出了使用根据本公开内容的第二实施例的方法而形成的散热件。专利技术详述本公开内容涉及将热解石墨(TPG)结合到至少一种金属材料上用于形成散热件。 如文中所用，“TPG"是指石墨沿一个方向对准而有最佳热传递的任何石墨基材料。这些 材料通常称作"对准石墨"、“TPG"和/或"高定向热解石墨(HOPG)"。TPG元件提供 在金属热传导结构(即，散热件)的X-Y平面中的改善的热传导性。更具体而言，已经发现， 通过使用如在本公开内容中所提供的将TPG元件结合到至少一种金属材料上的方法，相比 于常规热解决方案，由使用用电系统如计算机系统所产生的温度可降低大约12°C或更多。 这种改善的温度释放容许在相同容积环境中几乎加倍的用电系统功率容量。此外，功率增 大可导致对不能由其它方式如此支持的系统得到支持，或可容许现有系统在具有较高周围 温度的环境中使用。如上文所述，散热件是通过将TPG元件结合到至少一种材料上而形成的。在一个 实施例中，如图1至图3中所示，TPG元件结合到第一金属材料和第二金属材料上而在散热 件中使用。在该实施例中，至少一个开孔10形成为穿过TPG元件100。至少一个通孔件12 形成在第一金属材料200中。形成在第一金属材料200中的通孔件12和由第二金属材料 制成的热间隔件300结合到TPG元件100的有涂层的表面上。TPG元件100可使用本领域中公知的用于制造TPG元件的任何方法和/或设备来 获得。TPG元件100还可通过商业方式从供应商(例如位于康涅狄格州威尔顿镇(Wilton， Connecticut) StJ MomentivePerformance Material 处获得。在一个实施例中，如图1中所示，TPG元件100构造为平坦的TPG元件。在特定的 实施例中，TPG元件100为具有大致矩形形状的平坦片材。此外，尽管在一个实施例中TPG 元件100具有大约0. 06英寸的厚度，但TPG元件100的尺寸是可变的。至少一个开孔10形成为穿过TPG元件100。开孔10可使用本领域中公知的任何 方法来形成。在特定实施例中，如图1中所示，多个开孔10形成为穿过TPG元件100。开孔10的尺寸、开孔10的数目和/或形成为穿过TPG元件100的开孔10之间的间距将取决于 所期望的最终产品。在一个实施例中，TPG元件100包括适合数目的开孔10，各开孔10具有 相对较小的直径，以便减少穿过开孔10的焊剂材料或热传导性粘合剂(当使用时)的流动 和对TPG元件100的电连接和/或物理连接的干扰，同时具有适合的直径用以容许穿过开 孔10的焊剂材料或粘合剂产生足够的机械结合。此外，通过使用直径较小的开孔10，可产 生毛细管作用的效果，从而容许穿过开孔10的焊剂材料或粘合剂向上有更好的芯吸作用。开孔10可具有本领域普通技术人员所公知的任何适合的形状。在不限制本公开 内容的范围的情况下，各开孔10均可具有任何适合的形状，例如包括圆形、椭圆形、正方 形、矩形或三角形。在一个实施例中，各开孔10均具有圆形形状，因为圆形开孔更易于制 造。在特定的实施例中，各圆形开孔均具有大约0. 5英寸的直径。此外，至少一个通孔件12形成在第一金属材料200中。在一个实施例中，通孔件 12构造成位于形成为穿过TPG元件100的互补开孔或对应开孔10内。因此，通孔件12的 尺寸、通孔件12的数目和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成散热件的方法，所述方法包括：穿过热解石墨（ＴＰＧ）元件形成至少一个开孔；在第一金属材料中形成至少一个通孔件，所述至少一个通孔件中的各通孔件均构造成位于所述至少一个开孔中的对应的开孔内；提供由第二金属材料制成的热间隔件，所述热间隔件构造成用以收容热源元件；将金属基涂层施加到所述ＴＰＧ元件的外表面上；以及将所述至少一个通孔件和所述热间隔件结合到所述ＴＰＧ元件的有涂层的外表面上，所述热间隔件和所述ＴＰＧ元件相结合而形成所述散热件，用以有助于将热量从所述热源元件经由所述热间隔件传导至各通孔件，且穿过所述对应的开孔。

【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：DS斯拉顿，DL麦唐纳，
申请(专利权)人：通用电气智能平台嵌入系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]