CN109548372B - 一种复合导热膜、插拔模块、散热器及电子产品 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种复合导热膜、插拔模块、散热器及电子产品。该复合导热膜包括多层层结构，包括弹性封装层及自适应导热层，该自适应导热层的厚度可在压力或温度的作用下发生变化，利用自适应导热层的这种特性可以改善插拔模块在插入到电子产品中时静止界面接触热阻。该弹性封装层用于将自适应导热层封装在插拔模块上，在将自适应导热层固定在插拔模块时，通过设置的粘接层来实现时，该粘接层与弹性封装层层叠，该粘接层的主要作用是固定整个复合导热膜。通过上述描述可以看出，通过自适应导热层作为插拔模块与电子产品之间的导热结构，可以有效的改善插拔模块的散热效果，进而提高电子产品的散热效果。

Description

一种复合导热膜、插拔模块、散热器及电子产品

技术领域

本申请涉及到导热技术领域，尤其涉及到一种复合导热膜、插拔模块、散热器及电子产品。

背景技术

出于模块维护或者扩容的需要，需要在电子产品的端口处安装和卸载模块(即插拔)，同时为保证模块功能正常，在插拔过程中，需要施加一定的力(插入时最大40N，拔出时最大30N)。对于U盘这种小模块来说，功率较小，散热问题不严重，但随着器件功能的演进，部分场景下模块功耗显著增加，如光模块(CFP、QSFP、SFP等)。器件功耗的增加必将导致模块整体发热量大，因此，散热成为模块的一个重要问题，部分产品是使用金属簧片来部分改善模块散热情况，但随着功率密度(功率/体积)的增大，这种簧片通过变形改善接触的效果有限。

发明内容

本申请提供了一种复合导热膜、插拔模块、散热器及电子产品，用以提高插拔模块的散热效果，进而提高电子产品的散热效果。

第一方面，提供了一种复合导热膜，该复合导热膜包括多层层结构，起到主要作用的为自适应导热层，该自适应导热层的厚度可在压力或温度的作用下发生变化，利用自适应导热层的这种特性可以改善插拔模块在插入到电子产品中时静止界面接触热阻。并且为了避免多次插拔影响到自适应导热层，还设置了一层覆盖自适应导热层的弹性封装层，该弹性封装层用于将自适应导热层封装在插拔模块上，并且该弹性封装层具有一定的耐磨指数，该耐磨材料模量高、绝缘，且具有一定的柔韧性，表面静摩擦系数低，可以经受一定的插拔力，多次插拔过程中弹性封装层本身不会发生褶皱、刺穿，同时保护自适应导热层本身不受插拔力的影响，且弹性封装层具有一定的柔性，可以填充在插拔时两个部件之间的表面缝隙。利用自适应导热层自身的吸附力实现和弹性封装层材料的紧密结合，在将自适应导热层固定在插拔模块时，通过设置的粘接层来实现时，该粘接层与弹性封装层层叠，且所述粘接层与所述自适应导热层位于所述弹性封装层的同一侧。该粘接层的主要作用是固定整个复合导热膜。通过上述描述可以看出，通过自适应导热层作为插拔模块与电子产品之间的导热结构，可以有效的改善插拔模块的散热效果，进而提高电子产品的散热效果。

在具体设置时弹性封装层与自适应导热层时，可以通过不同的结构来实现。如在一个方案中，所述弹性封装层设置有凹槽，所述自适应导热层位于所述凹槽内；且所述粘接层环绕所述凹槽设置。或者，采用弹性封装层为一层平面层，自适应导热层与弹性封装层层叠，此时，粘接层环绕该自适应导热层设置。无论采用上述的哪种结构形式，均可以实现通过弹性封装层将自适应导热层封装在插拔模块上。

此外，在具体设置粘接层与弹性封装层时，自适应导热层的厚度大于所述粘接层的厚度。从而在将自适应封装层封装在插拔模块上时，自适应导热层能够隆起，避免粘接层的限制。

在另外的一个变形方案中，该复合导热膜还包括与所述弹性封装层层叠设置且环绕所述自适应导热层设置的支撑层；所述粘接层与所述支撑层粘接连接且层叠设置。此时，通过支撑层以及弹性封装层来封装整个自适应导热层。应当理解的是，在采用支撑层时，该支撑层以及粘接层的总厚度应该小于自适应导热层的厚度，以避免影响到自适应导热层的形变。

在具体粘接层设置时，还可以采用粘接层包裹部分所述自适应导热层。此时，粘接层环绕自适应导热层设置，并且包裹部分自适应导热层背离弹性封装层的一面。

当然，在弹性封装层封装自适应导热层时，还可以采用其他的结构方式，如弹性封装层具有中空腔体，所述自适应导热层密封在所述中空腔体内。此时，通过弹性封装层即可完整的封装自适应发热层。并且在设置粘接层时，该粘接层与弹性封装层层叠设置并平铺在弹性封装层的一面。

对于其中的自适应导热层可以采用不同的材质，只需能够满足自适应导热层的厚度可在压力或温度的作用下发生变化即可，如自适应导热层为相变材料层、凝胶类材料层、泡棉、可压缩石墨片或石墨烯膜。

在具体设置弹性封装层时，所述弹性封装层的厚度可以介于10-50μm；且所述弹性封装层的内聚力可以大于0.1Gpa。在具体设置自使用导热层时，其厚度可以选择大于0.1mm，以具有良好的导热效率。

此外，本申请的复合导热膜还可以包括覆盖所述粘接层的离型膜层。

第二方面，提供了一种插拔模块，该插拔模块包括模块本体以及设置在所述模块上的上述任一复合导热膜。从而通过该复合导热膜中的自适应导热层改善插拔模块的散热效果。在具体连接时，所述复合导热膜可以通过连接件与所述模块本体固定连接，从而可提高复合导热膜的稳定性。

第三方面，提供了一种散热器，该散热器包括散热器本体以及设置在所述散热器本体上的上述任一项所述的复合导热膜。从而通过该复合导热膜提高散热器本体与插拔模块的接触效果。

第四方面，提供了一种电子产品，该电子产品包括上述任一项所述的复合导热膜，或包括上述的插拔模块，或包括上述的散热器。从而通过该复合导热膜中的自适应导热层改善电子产品的散热效果。

附图说明

图1为本申请实施例提供的插拔模块的使用状态参考图；

图2为本申请实施例提供的复合导热膜的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种复合导热膜的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种复合导热膜的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种复合导热膜的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种复合导热膜的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

为了方便理解本申请实施例提供的复合导热膜2，下面首先说明本申请实施例提供的复合导热膜2的应用环境，如图1所示，在本申请实施例中，该复合导热膜2应用到插拔模块3上，该插拔模块3可以为不同的模块，如光模块(CFP、QSFP、SFP等)，从而可以在插拔模块3装配在电子产品上的插槽内时，通过复合导热膜2进行散热。

如图1及图2所示，图1中示出了本申请实施例提供的复合导热膜使用状态图，图2示出了本申请实施例提供的复合导热膜的结构示意图。由图1及图2可以看出，该复合导热膜2主要包括两大部分：弹性封装层21以及自适应导热层23；其中，起导热作用的为自适应导热层23。该自适应导热层23的厚度可在压力或温度的作用下发生变化，利用自适应导热层23的这种特性可以改善插拔模块3在插入到电子产品中时静止界面接触热阻。对于其中的自适应导热层23可以采用不同的材质，只需能够满足自适应导热层23的厚度可在压力或温度的作用下发生变化即可，如自适应导热层23为相变材料层、凝胶类材料层、泡棉、可压缩石墨片或石墨烯膜等等。在具体设置自使用导热层时，自适应导热层23的厚度大于0.1mm，比如0.2～0.5mm，如0.1mm、0.2mm、0.5mm等不同的厚度，以具有良好的导热效率。可适应插拔模块3与散热器1之间的装配面的平面度(0.1～0.2mm)。

此外，为了将自适应导热层23设置在插拔模块3上，避免插拔模块3在多次插拔时影响到自适应导热层23，该复合导热膜2还设置了一层覆盖自适应导热层23的弹性封装层21。该弹性封装层21用于将自适应导热层23封装在插拔模块3上，并且该弹性封装层21具有一定的耐磨指数，该耐磨材料模量高、绝缘。该弹性封装层21还具有一定的柔韧性，表面静摩擦系数低，可以经受一定的插拔力，多次插拔过程中弹性封装层21本身不会发生褶皱、刺穿，以保护自适应导热层23本身不受插拔力的影响。且弹性封装层21具有一定的柔性，可以填充在插拔时两个部件之间的表面缝隙。如在一个具体实施方案中，弹性封装层21的厚度应该不影响到自适应导热层23的散热，如弹性封装层21的厚度介于10-50μm，比如低于25μm，如20μm、15μm、10μm等不同的厚度。此外，弹性封装层21表面的摩擦系数低于0.5，以避免造成插拔模块3在插拔时受到过大的摩擦，造成插拔力过大。此外，对于弹性封装层21的材质，其内聚强度大于0.1Gpa，以保证有足够的强度避免在插拔时破损。对于弹性封装层21的材质，可以采用高分子薄膜，比如PI膜或PET膜等，也可以选择耐磨的封装膜。

在弹性封装层21与自适应导热层23连接时，利用自适应导热层23的材料自身的吸附力实现和弹性封装层21的材料进行紧密结合。

该复合导热膜2还包括粘接层22，该粘接层22与弹性封装层21层叠，且粘接层21与自适应导热层23位于弹性封装层21的同一侧。该粘接层22的作用是将自适应导热层23及弹性封装层21固定在可插拔模板或者散热器1的表面。当然，还可以采用其他的方式进行固定，如卡扣或者其他的螺纹连接件(螺栓、螺钉)，在采用上述结构进行固定时，粘接层22作为一个辅助连接方式。在具体设置粘接层22时，该粘接层22厚度低于100μm，如低于25μm，具体可以为20μm、15μm、10μm、5μm等不同的厚度。且在设置自适应导热层23及粘接层22时，自适应导热层23的厚度大于粘接层22的厚度，如粘接层22的厚度比自适应导热层23的厚度低0.1mm以上，否则影响自适应导热层23填充界面缝隙。此外，粘接层22的材料可以为丙烯酸或有机硅双面胶带，其粘接强度＞1MPa，并可以在-40-125℃温度范围内保持较好的粘接力。

在形成的复合导热膜2中，可以采用不同的结构形式，如弹性封装层21设置有凹槽，在形成凹槽时，弹性封装层21上设置有一个凹陷的区域，该凹陷区域可以是在弹性封装层21上挖取的，也可以是弹性封装层21凹陷形成个一个凹槽。自适应导热层23位于凹槽内，此时，粘接层22环绕凹槽设置，在具体实现环绕时，该粘接层22可以在凹槽的每一个边设置一条粘接条，且粘接条之间可以有间隙，或者还可以采用一圈粘接条围成的环形。此外，如图2所示，还可以采用弹性封装层21为一层平面层，自适应导热层23与弹性封装层21层叠，此时，粘接层22环绕该自适应导热层23设置，在贴装时，通过弹性封装层21的形变将自适应导热层23进行封装。当然，还可以采用其他的一些变形的形式，如图5所示，该复合导热膜2还包括与弹性封装层21层叠设置且环绕自适应导热层23设置的支撑层24，粘接层22与支撑层24粘接连接且层叠设置，此时，支撑层24可以通过粘接层22与弹性封装层21连接，并且支撑层24的材质与弹性封装层21的材质相同。此时，通过支撑层24以及弹性封装层21来封装整个自适应导热层23。并且在自适应导热层23背离弹性封装层21的一侧也设置了支撑层24及粘接层22。应当理解的是，在采用支撑层24时，该支撑层24以及粘接层22的总厚度应该小于自适应导热层23的厚度，以避免影响到自适应导热层23的形变。在具体粘接层22设置时，如图2及图3所示，粘接层22可以位于自适应导热层23的外侧，也可以采用粘接层22包裹部分自适应导热层23。还可以采用如图6所示，粘接层22环绕自适应导热层23设置，并且包裹部分自适应导热层23背离弹性封装层21的一面的结构。

为了方便理解，本申请提供的复合导热膜2，下面结合复合导热膜2与不同的插拔模块3的应用来详细说明本申请的复合导热膜2。

以CFP2光模块为例，选用的自适应导热层23为0.25mm厚度的相变导热膜(Honeywell@PTM3180或Laird@Tpcm780)，导热系数为4.4W/m·k左右，相变点40-50℃。

所选的弹性封装层21为25μm的PI膜(Dupont@Kapton)，导热系数0.4W/m·k，静摩擦系数0.2。

所选的粘接层22为25μm丙烯酸压敏胶，3M公司生产(牌号9472LE)；

设计出的复合导热膜2的弹性封装层21选用PI膜，PI膜本身耐摩性好，表面摩擦系数低，厚度选择25μm，过薄则容易在插拔过程中破裂，过厚则增加热阻。自适应导热层23选用0.25mm厚度的相变导热膜，该材料可以在热量的作用下发生相变(由固体变成流体)，变成流体后可充分填充界面缝隙，显著降低接触热阻，粘接层22选用厚度为25μm压敏胶，且该压敏胶仅在弹性封装层21四周区域，粘接层22厚度需比自适应导热层23薄0.1mm以上，目的是确保不影响或阻碍自适应导热层23在填充缝隙时的形变。

具体过程如下：

裁剪：将25μm PI薄膜和0.25mm的相变导热膜裁剪成指定形状，相变导热膜材料需由材料供应商裁剪成指定形状，要求不能有残缺，同时尺寸及公差满足图纸设计要求，PI膜在裁剪过程中表面不能有划痕、刺穿。

压合：裁剪好的两种材料通过双锟将两种材料复合在一起，复合的时候要按照图纸的要求将相变导热膜材料置于PI膜中间，且PI膜四周必须预留至少1mm空白区域，PI膜必须全覆盖相变导热膜，复合后的材料要求不能有气泡。

背胶：通过工装保护，在压合后的复合材料PI膜预留的1mm区域涂覆25μm丙烯酸胶膜，压敏胶膜必须涂覆均匀且不能有气泡。

覆膜：在相变导热膜和背胶区域覆离型膜，保护背胶和相变导热膜表面，并在离型膜上增加拉手位，方便应用时撕膜。

对于该复合导热膜2，可根据应用场景的要求可采用如下三种方案进行固定：

采用盖板螺钉固定，此时背胶主要起辅助固定和定位作用。或者采用扣具固定，此时背胶主要起辅助固定和定位作用。或者直接通过弹性封装层21的背胶固定。

具有该复合结构的耐插拔导热薄膜复合材料可以按照如下的步骤应用在插拔模块3上，具体过程如下：

1、将耐插拔导热薄膜的离型膜撕去；

2、将复合导热薄膜贴放在散热器1(结构件)或光模块上指定区域(有无凸台均可)，贴放在光模块上时，相变导热膜应该贴在光模块上紧靠散热器1的那一面，并且贴放时避免形成气。

3、贴放后PI膜不可撕去；

4、根据需要采用胶粘或扣具或者盖板螺钉固定方案将复合薄膜材料固定在散热器1/光模块上。

在CFP2光模块上应用本发明制备的复合导热膜后，测试，DSP芯片相比硬接触降低4℃，ITLA器件降温1.8℃，ICR器件降温2℃，且插拔50次后性能仍然ok。如表1中所示：

表1

以QSFP28光模块为例，选用的自适应导热层23为0.25mm厚度的相变导热膜(Honeywell@PTM3180或Laird@Tpcm780)，导热系数为4.4W/m·k左右，相变点40-50℃。

所选的弹性封装层21为25μm的PI膜，导热系数0.4W/m·k，静摩擦系数0.2。

所选的粘接层22为25μm丙烯酸压敏胶，3M公司生产(牌号9472LE)；

设计出的复合导热膜2的弹性封装层21选用PI膜，PI膜本身耐摩性好，表面摩擦系数低，厚度选择25μm，过薄则容易在插拔过程中破裂，过厚则增加热阻。自适应导热层23选用0.25mm厚度的相变复合导热膜2，该材料可以在热量的作用下发生相变(由固体变成流体)，变成流体后可充分填充界面缝隙，显著降低接触热阻，粘接层22选用厚度为25μm压敏胶，且该压敏胶仅在弹性封装层21四周区域，粘接层22厚度需比自适应导热层23薄0.1mm以上，目的是确保不影响或阻碍自适应导热层23在填充缝隙时的形变。

其中，基本结构为光模块、PCB板(主板)、笼子和散热器1，散热器1固定可以采用扣具或者螺钉固定，特殊情况下笼子也可以由导轨替代。光模块通过笼子或导轨实现精密定位，应用一定的力将光模块整体插入到笼子或导轨中的连接器上实现和PCB板的电路连接，笼子需要做开窗处理，使得插在笼子中的光模块TOP面可以和散热器1接触，散热器1可以采用螺钉或者扣具进行固定。本发明实施例是将耐插拔导热薄膜贴在光模块TOP面上指定区域。

具有该复合结构的耐插拔导热薄膜复合材料可以按照如下的步骤应用在插拔模块3上，具体过程如下：

1、将耐插拔导热薄膜保护离型膜撕去；

2、将耐插拔导热薄膜贴放在光模块TOP面上指定区域(TOP面定义为背离PCB的一侧)，贴放时避免形成气泡；

3、贴放好后PI膜不可撕去；

4、采用胶粘固定方案将复合薄膜材料固定在光模块上；

5、将光模块用一定的力插入笼子中，完成光模块装配。

应用本发明技术方案，在QSFP28光模块上应用本发明制备的耐插拔导热薄膜后，测试，壳温整体控制在70℃以下，多次插拔后仍然ok。

以FTT模块为例，自适应导热层23选用石墨片，X-Y面导热系数1200W/mk，厚度0.1mm，选用Panasonic公司PGS合成石墨。

所选的弹性封装层21为25μm厚度的PI膜，导热系数0.4W/m·k，静摩擦系数0.2，选用Dupont公司Kapton型号PI膜。

所选的粘接层22为25μm厚度的丙烯酸压敏胶，3M公司生产；

如图4所示，采用的复合导热膜2中，弹性封装层21具有中空腔体，自适应导热层23密封在中空腔体内。此时，通过弹性封装层21即可完整的封装自适应发热层。并且在设置粘接层22时，该粘接层22与弹性封装层21层叠设置并平铺在弹性封装层21的一面。即利用PI膜将石墨片全部包裹起来，然后在Bottom面背压敏胶。

应用该方案，在CFP2光模块上应用本发明制备的耐插拔导热薄膜后，测试，DSP芯片相比硬接触降低1.2℃，ITLA器件降温1℃，ICR器件降温1.2℃，且插拔50次后性能仍然ok。从测试结果来看，本实施例降温效果不如实施例一，但成本相对便宜，可满足部分场景下的应用要求。

以FTT模块为例，自适应导热层23选用超软导热垫，导热系数3W/mk，厚度0.5mm，选用Laird公司Tflexhw 300超软导热垫。

所选的弹性封装层21为25μm厚度的PI膜，导热系数0.4W/m·k，静摩擦系数0.2，选用Dupont公司Kapton型号PI膜。

所选的粘接层22为25μm厚度的丙烯酸压敏胶；

设计出的复合导热膜2利用PI膜将石墨片全部包裹起来，然后在Bottom面背压敏胶，该复合导热膜的结构如图4中所示，在此不再详细赘述。

该复合结构特征的相变导热膜由于厚度较厚，插拔时如果仅靠背胶固定则容易褶皱，应采用扣具固定的方式，背胶仅做辅助固定和方便贴放的目的。

应用本发明技术方案，在CFP2光模块上应用本发明制备的耐插拔导热薄膜后，测试，DSP芯片相比硬接触降低2.7℃，ITLA器件降温1.5℃，ICR器件降温1.7℃，且插拔50次后性能仍然ok。从测试结果来看，本实施例提供的复合导热膜2可用于填充缝隙较大(0.3-1mm)的场景，可满足部分场景下的应用要求。

此外，本申请还提供了一种插拔模块3，该插拔模块3包括模块本体以及设置在模块上的上述任一复合导热膜2。从而通过该复合导热膜2中的自适应导热层23改善插拔模块3的散热效果。

在具体连接时，复合导热膜2通过连接件与模块本体固定连接。提高了复合导热膜2的稳定性。

此外，通过上述描述可以看出，该复合导热膜2还可以设置在散热器本体上，本申请提供一种散热器，其包含散热器本体以及上述的任一种复合导热膜2，从而在于插拔模块进行插拔时，可以有效的改善插拔模块的散热效果。

此外，提供了一种电子产品，该电子产品包括上述任一项的复合导热膜2，或包括上述的插拔模块3，或者包括上述的散热器。从而通过该复合导热膜2中的自适应导热层23改善电子产品的散热效果。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种复合导热膜，其特征在于，包括自适应导热层、覆盖所述自适应导热层的弹性封装层，以及与所述弹性封装层层叠的粘接层，且所述粘接层与所述自适应导热层位于所述弹性封装层的同一侧；

其中，所述弹性封装层设置有凹槽，所述自适应导热层位于所述凹槽内；且所述粘接层环绕所述凹槽设置；

其中，还包括与所述弹性封装层层叠设置且环绕所述自适应导热层设置的支撑层；所述粘接层与所述支撑层粘接连接且层叠设置；

其中，在所述弹性封装层与所述自适应导热层连接时，利用所述自适应导热层的材料自身的吸附力实现和所述弹性封装层的材料进行紧密结合；

其中，所述粘接层厚度低于100μm，所述自适应导热层的厚度大于0.1mm，所述自适应导热层的厚度大于所述粘接层的厚度；

其中，所述弹性封装层具有中空腔体，所述自适应导热层密封在所述中空腔体内；

其中，所述支撑层以及所述粘接层的总厚度小于所述自适应导热层的厚度。

2.根据权利要求1所述的复合导热膜，其特征在于，所述粘接层环绕所述自适应导热层设置。

3.根据权利要求2所述的复合导热膜，其特征在于，所述粘接层包裹部分所述自适应导热层。

4.根据权利要求1～3任一项所述的复合导热膜，其特征在于，所述自适应导热层为相变材料层、凝胶类材料层、泡棉、可压缩石墨片或石墨烯膜。

5.根据权利要求4所述的复合导热膜，其特征在于，所述弹性封装层的厚度介于10-50μm；且所述弹性封装层的内聚力大于0.1Gpa。

6.根据权利要求4所述的复合导热膜，其特征在于，还包括覆盖所述粘接层的离型膜层。

7.一种插拔模块，其特征在于，包括模块本体以及设置在所述模块上的如权利要求1～6任一项所述的复合导热膜。

8.根据权利要求7所述的插拔模块，其特征在于，所述复合导热膜通过连接件与所述模块本体固定连接。

9.一种散热器，其特征在于，包括散热器本体以及设置在所述散热器本体上的如权利要求1～6任一项所述的复合导热膜。

10.一种电子产品，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的复合导热膜，或包括如权利要求7或8所述的插拔模块，或包括权利要求9所述的散热器。

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