CN104754926B - 一种导热薄片及其底板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导热薄片，包括一底板，所述底板为生长有石墨烯薄膜的铜箔，所述底板刻蚀有图案化的毛细凹槽，所述毛细凹槽相互交联形成网络结构，所述毛细凹槽内壁还生长有氧化铜纳米线；一盖板，所述盖板为生长有石墨烯薄膜的铜箔，所述盖板和底板相对盖合形成一密闭腔体，所述密闭腔体内填充有工作流体。本发明所述的导热薄片在有效地解决电子元件的散热问题的同时，能够满足人们对电子产品导热薄片小、轻、薄的追求。
Description
技术领域
本发明涉及到电子产品导热薄片制造的技术领域，特别涉及到一种导热薄片及其底板的制作方法。
背景技术
近年来，随着电子设备的广泛应用，半导体元器件集成技术的快速发展，在对元器件集成化程度要求越来越高的同时，对元器件的体积的要求也越来越趋向于小、轻、薄，而由此产生的散热问题也越来越受业界重视。主要是因为电子元器件在高速运作时，会产生大量的热量，如果不及时有效地散发出去，将会极大的影响元器件的工作性能和稳定性，同时也会在一定程度上缩减元器件的使用寿命和带来安全隐患。为了解决上述散热问题，多种导热方案被采用。现有技术中，主要导热方法包括以热管和均热板为代表的导热板以及基于高定向热解石墨的散热片。
以热管和均热板为代表的导热板是利用高级相变传导介质来进行散热的，即利用流体的相变来进行热量传递，热管的一端或者均热板的一侧贴设于发热的元器件上，液相的流体由于元器件产生的热量加热蒸发成蒸汽，由受热端流通至冷凝端后冷凝为液态，该液态的流体再通过重力或者毛细结构回流至蒸发区继续汽液循环以使电子元器件达到较好的均温散热的效果。传统的热管和均热板主要包括腔体、毛细结构以及填充在腔体内的工作流体，毛细结构设于腔体内，如专利201420368548.7提出一种具有毛细结构的散热装置，其毛细结构多采用烧结层、金属网和纤维贴设于腔体内一侧上，但这会造成热管和均热板体积过大，不能满足现在人们对电子元器件小、轻、薄的追求。
高定向热解石墨是一种新型高纯度炭材料，是热解石墨经高温高压处理后制得的一种新型炭材料，其性能接近单晶石墨，具有耐高温、热导率高、化学稳定性强、重量轻等特点，可以取代传统的金属导热材料。在现有技术中，已经有人将高定向热解石墨用于制作导热薄膜，如专利201420208087.7提出一种散热片结构，散热片结构包含人造石墨层与反射层。人造石墨层为高定向热解石墨，且具有彼此相对的第一表面与第二表面，反射层设置于第一表面。该实用新型所述的基于高定向热解石墨的散热片能够满足大众对电子元器件导热薄片小型化、轻型化的要求，但石墨材料的硬度和机械强度却远远不如金属，其加工形成导热薄片过程存在一定难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导热薄片，在有效地解决电子元器件的散热问题的同时，满足人们对电子元器件导热薄片小、轻、薄的追求。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种导热薄片，包括
一底板，所述底板为生长有石墨烯薄膜的铜箔，所述底板刻蚀有图案化的毛细凹槽，所述毛细凹槽相互交联形成网络结构，所述毛细凹槽内壁还生长有氧化铜纳米线；
所述底板的制作方法，包括如下：
1)提供一铜箔，在所述铜箔上用化学气相沉积的方法生长一层石墨烯薄膜；
2)在所述石墨烯薄膜上涂覆光阻材料层，通过掩模曝光，显影形成网格的光刻图案；
3)按照网格的光刻图案进行刻蚀石墨烯薄膜和铜箔，得到带有图案化毛细凹槽的底板，所述毛细凹槽相互交联形成网络结构；
4)将上述带有图案化毛细凹槽的底板，置于氧化气氛下加热，所述毛细凹槽内壁上的铜氧化生长得到氧化铜纳米线。
一盖板，所述盖板为生长有石墨烯薄膜的铜箔，所述盖板和底板相对盖合形成一密闭腔体，所述密闭腔体内填充有工作流体。
优选的，所述氧化气氛为空气气氛或者氧气气氛。
优选的，所述加热温度为250℃～450℃，加热时间为10h～14h。
采用以上技术方案，将生长有石墨烯薄膜的铜箔进行刻蚀形成图案化的毛细凹槽，所述毛细凹槽相互交联形成网络结构，且通过简单热氧化制备氧化铜纳米线的方法，使毛细凹槽内壁上生长有氧化铜纳米线增加了凹槽的散热比表面积，本发明还利用石墨烯的疏水性和氧化铜纳米线的亲水性，使工作流体在受热端蒸发的蒸汽流通至冷凝端后冷凝为液态，能够迅速沉积至毛细凹槽中，并通过毛细凹槽相互交联形成的网络结构循环回流至受热端以实现流体的汽液循环，以达到高导热的目的，且不需要另外设置烧结层、金属网或者纤维作为毛细结构，这在一定程度上减小导热薄片的厚度，实现人们对电子元器件小、轻、薄的追求。
附图说明
图1为本发明导热薄片的剖面结构示意图。
图2为本发明导热薄片的结构分解示意图。
图3为本发明导热薄片底板的平面结构示意图
图4为本发明导热薄片底板的制作方法示意图。
图5为本发明导热薄片循环散热示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。
一种导热薄片，如图1、图2、图3所示，包括
一底板，所述底板1为生长有石墨烯薄膜12的铜箔11，所述底板1刻蚀有图案化的毛细凹槽13，所述毛细凹槽13相互交联形成毛细结构，所述毛细凹槽13内壁还生长有氧化铜纳米线14；
本发明还提供了一种所述底板的制作方法，如图4所示，包括如下：
1)提供一铜箔11，在所述铜箔11上用化学气相沉积的方法生长一层石墨烯薄膜12；
2)在所述石墨烯薄膜12上涂覆光阻材料层3，通过掩模曝光，显影形成网格的光刻图案；
3)按照网格的光刻图案进行刻蚀石墨烯薄膜和铜箔，得到带有图案化毛细凹槽13的底板，所述毛细凹槽13相互交联形成网络结构；
4)将上述带有图案化毛细凹槽13的底板，置于氧化气氛下，加热，所述毛细凹槽13内壁上的铜氧化生长得到氧化铜纳米线14。
一盖板，所述盖板2为生长有石墨烯薄膜22的铜箔21，所述盖板2和底板1相对盖合形成一密闭腔体，所述密闭腔体内填充有工作流体。
其中，所述氧化气氛为空气气氛或者氧气气氛。
其中，所述加热温度为250℃～450℃，加热时间为10h～14h。
本发明所述的导热薄片，将生长有石墨烯薄膜的铜箔进行刻蚀形成图案化的毛细凹槽，所述毛细凹槽相互交联形成网络结构，且通过简单热氧化制备氧化铜纳米线的方法，使毛细凹槽面壁上生长有氧化铜纳米线增加了凹槽的散热比表面积。利用本发明所述的导热薄片解决电子元器件的散热问题，如图5所示，将导热薄片的一端或者一侧贴附于电子元器件0，导热薄片受热端的工作流体会由于电子元器件0产生的热量蒸发成蒸汽，由受热端流通至冷凝端冷凝为液态，由于石墨烯的疏水性和氧化铜纳米线的亲水性，冷凝后的工作流体能够迅速回流至毛细凹槽中，并通过毛细凹槽相互交联形成的毛细结构循环回流至受热端以实现流体的汽液循环以实现高导热的目的。
组装本发明所述的导热薄片面积为10cm2，与面积同样为10cm2的均热板和基于高定向热解石墨的散热片进行导热效果性能测试，测试方法为提供一电子元器件，其一面为光滑散热面，散热温度为50℃，设为进口温度，其它面为绝热面，将本发明所述的导热薄片、均热板和基于高定向热解石墨的散热片的一面分别贴附于光滑散热面，经过5分钟后，测试不与散热面相贴附的导热薄片、均热板和基于高定向热解石墨一面的温度，为出口温度，所产生的温差即代表导热薄片、均热板和基于高定向热解石墨的导热性能，测试结果如下：
| 导热装置 | 进口温度 | 出口温度 | 温差 |
| 均热板 | 50℃ | 46.6℃ | 3.4℃ |
| 基于高定向热解石墨的散热片 | 50℃ | 40.3℃ | 9.7℃ |
| 本发明所述导热薄片 | 50℃ | 36.2℃ | 13.8℃ |
由此可知，本发明所述的导热薄片具有高导热性能，能够有效地解决电子产品的散热问题。
同时，本发明所述的导热薄片直接在底板上刻蚀形成毛细结构，而不需要另外设置烧结层、金属网或者纤维作为毛细结构，这在一定程度上减小导热薄片的厚度，可以控制导热薄片的厚度在20μm～50μm之间，实现人们对电子元器件小、轻、薄的追求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种导热薄片，其特征在于，包括
一底板，所述底板为生长有石墨烯薄膜的铜箔，所述底板刻蚀有图案化的毛细凹槽，所述毛细凹槽相互交联形成网络结构，所述毛细凹槽内壁还生长有氧化铜纳米线；
所述底板的制作方法，包括如下：
1)提供一铜箔，在所述铜箔上用化学气相沉积的方法生长一层石墨烯薄膜；
2)在所述石墨烯薄膜上涂覆光阻材料层，通过掩模曝光，显影形成网格的光刻图案；
3)按照网格的光刻图案进行刻蚀石墨烯薄膜和铜箔，得到带有图案化毛细凹槽的底板，所述毛细凹槽相互交联形成网络结构；
4)将上述带有图案化毛细凹槽的底板，置于氧化气氛下加热，所述毛细凹槽内壁上的铜氧化生长得到氧化铜纳米线；
一盖板，所述盖板为生长有石墨烯薄膜的铜箔，所述盖板和底板相对盖合形成一密闭腔体，所述密闭腔体内填充有工作流体。
2.根据权利要求1所述的一种导热薄片，其特征在于，所述氧化气氛为空气气氛或者氧气气氛。
3.根据权利要求1所述的一种导热薄片，其特征在于，所述加热温度为250℃～450℃，加热时间为10h～14h。
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