CN109462965A - 一种流动性材料填充的石墨导热板 - Google Patents

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杨明明
赵亮
董进喜
赵航
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
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Abstract

一种流动性材料填充的石墨导热板，由第一金属框架、流动性填充材料、石墨导热片、第二金属框架组成，在石墨导热片与第一、二框架之间填充一种热导率大于3w/(mk)的流动材料。采用该种方式，即使温度出现了明显变化，两种材料也会通过流动材料紧密地结合在一起。由于选用的流动材料具有热导率高的特点，使得石墨导热片与框架材料之间的热阻很小。这样，整个石墨导热板的热导率不会因为增加了流动材料而出现下降。

Description

一种流动性材料填充的石墨导热板
技术领域
本发明属于导热结构设计技术领域，具体涉及一种流动性材料填充的石墨导热板。
背景技术
在现有以及以后较长一段时间内，对流冷却+传导冷却仍然是机载电子设备散热的主要方式。采用该散热方式时，电子模块的热量利用模块的导热板通过传导方式传递到机箱侧壁，再由外部的冷却空气将热量带到机箱外部。影响这种散热方式的散热效果主要有两个方面，分别是导热板的热导率和机箱的换热效率。根据传热学的相关理论，对于热量均匀分布的电子模块来说，导热板的最高温度与最低温度之间的温差Δt与导热板的热导率成反比，热导率越高，温差Δt就会越小。当导热板的热导率提高到200％，温差Δt就会减少50％；当导热板的热导率提高到400％，温差Δt就会减少25％。以目前常用6U模块为例，导热板的材料为6061铝合金，6061铝合金的热导率为180W/(m·K)，模块功耗为80W时，模块的温差Δt大约为30℃。如果将模块导热板的材料更换为高热导率的材料，当热导率达到360W/(m·K)，模块的温差Δt大约为15℃。如果将模块导热板的材料更换为高热导率的材料，当热导率达到900W/(m·K)，模块的温差Δt大约为6℃。
石墨是大自然中导热率很高的一种材料，通过热解工艺加工的石墨称之为高导热石墨,其导热率最高可以达到1700W/m·℃。以APG材料加工的导热板称之为石墨导热板。如果能用石墨代替目前常用的铝合金材料就可以大幅降低模块的温差。尽管石墨具有热导率高的突出优点，但是其存在强度低和热膨胀与铝合金不匹配的缺点制约其作为机载计算机导热板的最大障碍。
发明内容
本发明的目的：解决石墨导热板存在的强度低与铝合金热膨胀系数不匹配的问题。
本发明的技术方案：
为了解决该问题，一种流动性材料填充的石墨导热板，由第一金属框架、流动性填充材料、石墨导热片、第二金属框架组成，在石墨导热片与第一、二框架之间填充一种热导率大于3w/(mk)的流动材料。采用该种方式，即使温度出现了明显变化，两种材料也会通过流动材料紧密地结合在一起。由于选用的流动材料具有热导率高的特点，使得石墨导热片与框架材料之间的热阻很小。这样，整个石墨导热板的热导率不会因为增加了流动材料而出现下降。
本发明具有的优点效果：
1.利用铝合金框架结构解决了高导热石墨强度低的问题。
2.利用流动性材料解决了高导热石墨与铝合金热膨胀系数不匹配的问题。
3.采用流动性材料填充的方式，即使温度出现了明显变化，两种材料也会通过流动材料紧密地结合在一起。由于选用的流动材料具有热导率高的优点，使得高导热石墨与铝合金材料之间的热阻很小。这样，石墨导热板的热导率不会因为增加了流动材料而出现下降的现象。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
编号说明：1：第一金属框架；2：流动性填充材料；3：石墨导热片；4：第二金属框架。
具体实施方式
参见附图1所示，
一种流动性材料填充的石墨导热板，由第一金属框架、流动性填充材料、石墨导热片、第二金属框架组成，在石墨导热片与第一、二框架之间填充一种热导率大于3w/(mk)的流动材料。采用该种方式，即使温度出现了明显变化，两种材料也会通过流动材料紧密地结合在一起。由于选用的流动材料具有热导率高的特点，使得石墨导热片与框架材料之间的热阻很小。所述流动材料如液膏状物，可以是石墨烯导热膏、导热酯，液态金属，可以是金属镓、铟锡合金等，粉末材料可以是碳粉、铜粉、银粉等。具体装配方式可以采用以下形式：
具体实施方式1：
第一步，在第二金属框架的内腔铺一层流动性材料。流动性材料的填充高度与图中的第二金属框架腔体内部的凸台一致或不高于凸台高度0.1mm。为了减少流动性材料的热阻，第一金属框架腔体内部的凸台高度小于1mm，流动性材料的粒径小于0.1mm。
第二步，将石墨导热板填充在第二金属框架的内部。第二金属框架的凸台可防止石墨导热板偏向第二金属框架或者第一金属框架的一侧；
第三步，在石墨导热板上铺一层流动性材料。流动性材料的填充高度与图中的第一金属框架腔体内部的凸台一致或不高于凸台高度0.1mm。第一金属框架的凸台可防止石墨导热板偏向第一金属框架或者第二金属框架的一侧；为了减少流动性材料的热阻，第二金属框架腔体内部的凸台高度小于1mm，流动性材料的粒径小于0.1mm。
第四步，将第一金属框架扣在填充了石墨导热板、流动性材料的第二金属框架上，对第一金属框架和第二金属框架采用机械连接方式进行连接，机械连接方式包括焊接、粘接以及其它机械连接方式。
具体实施方式2：
第一步，将将石墨导热板填充在第一金属框架和第二金属框架之间，第一金属框架和第二金属框架上凸台可防止石墨导热板偏向第一金属框架或者第二金属框架的一侧。为了减少第三步填充的流动性材料的热阻，第一金属框架腔体内部的凸台高度小于1mm，流动性材料的粒径小于0.1mm。
第二步，第一金属框架和第二金属框架采用机械连接方式进行连接，机械连接方式包括焊接、粘接以及其它机械连接方式；
第三步，从第一金属框架和第二金属框架上预留的填充材料进出口将填充材料填充进入到第一金属框架与石墨导热板、第二金属框架与石墨导热板之间的缝隙中；为了减少流动性材料的热阻，流动性材料的粒径小于0.1mm。
第四步，第一金属框架和第二金属框架上预留的填充材料进出口进行封堵，防止填充材料从进出口流出。封堵工艺包括焊接、粘接以及其它封堵方式。

Claims (6)

1.一种流动性材料填充的石墨导热板，由第一金属框架、流动性填充材料、石墨导热片、第二金属框架组成，其特征在于：在第一金属框架、第二金属框架上设置有用于放置石墨导热片的凹槽，在石墨导热片与第一、二金属框架之间填充一种热导率不小于3w/mk的流动材料，第一金属框架、第二金属框架、石墨导热片封装为一体。
2.根据权利要求1所述的石墨导热板，其特征在于：所述流动材料粒径应小于0.1mm，为石墨烯导热膏、导热酯膏状物或者镓、铟锡合金液态金属或者是碳粉、铜粉、银粉粉末。
3.根据权利要求1所述的石墨导热板，其特征在于：第一金属框架、第二金属框架凹槽内设置有凸台。
4.根据权利要求1所述的石墨导热板，其特征在于：第一金属框架、第二金属框架通过焊接连接为一体。
5.根据权利要求1所述的石墨导热板，其特征在于：第一金属框架、第二金属框架均为铝合金材料。
6.根据权利要求1所述的石墨导热板，其特征在于：流动材料填充方式为先填充后连接第一、二金属框架或者在第一、二金属框架上预留填充材料进出口。
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