CN113015401A - 一种新型碳组内布式热导体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型碳组内布式热导体，属于新型碳材料导热技术领域，通过在内基质层与外基质层之间阵列分布多个碳导热管,多个碳导热管嵌设于粘合导热层内，有效提高了热界面的高热传导率，同时，在碳导热管内部设置散热体，散热体由上下分布的中空制冷棒与蓄水棒组成，中空制冷棒的底端插设于蓄水棒内部，蓄水棒内填充有冷却液,冷却液起到冷却降温作用，当达到一定高温后，中空制冷棒在导热气囊膨胀作用下向下运动，中空制冷棒的下端部与蓄水棒内部的冷却液接触，中空制冷棒内部的硝酸钾粉末溶于冷却液内，中空制冷棒内温度骤降并局部结冰，从而起到制冷效果，有效通过碳导热管、粘合导热层以及内基质层提高对电子器件的散热效果。

Description

一种新型碳组内布式热导体

技术领域

本发明涉及新型碳材料导热技术领域，更具体地说，涉及一种新型碳组内布式热导体。

背景技术

随着电子器件特征尺寸进入纳米级，器件的集成度不断的增加，从而导致芯片的高功耗和高温度问题。高功耗和高温度严重影响着电路性能、可靠性和芯片封装，因此散热成为芯片的性能能否优良的最大绊脚石。

目前用于电子器件散热和导热的实现是通过散热片的直接接触实现散热。为了解决电子器件导热散热问题，工业界在电子元件表面安装散热器来进行散热，散热器与电子器件之间采用硅脂进行填充，使散热片与电子器件之间的贴合更加紧密。然而针对大型高功好耗的电子器件来说，这种传统的散热方式利用普通硅脂以及散热片所形成的热界面材料，已不能满足解决电子器件高温度问题。

目前，由于碳纳米管具有特殊结构，电学和热学等性质相比于铜，具有更高的热传导率和较小的热接触电阻，因此碳纳米管更适合作热界面材料的组成材料，越来越多运用于传导散热问题上。

为此，我们提出一种新型碳组内布式热导体来有效提高热界面材料的导热性能。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型碳组内布式热导体，通过在内基质层与外基质层之间阵列分布多个碳导热管,多个碳导热管组合式嵌设于粘合导热层内，有效提高了热界面的高热传导率，同时，在碳导热管内部设置散热体，散热体由上下分布的中空制冷棒与蓄水棒组成，中空制冷棒的底端插设于蓄水棒内部，蓄水棒内填充有冷却液,冷却液起到冷却降温作用，当达到一定高温后，中空制冷棒在导热气囊膨胀作用下向下运动，中空制冷棒的下端部与蓄水棒内部的冷却液接触，中空制冷棒内部的硝酸钾粉末溶于冷却液内，中空制冷棒内温度骤降并局部结冰，从而起到制冷效果，有效通过碳导热管、粘合导热层以及内基质层提高对电子器件的散热效果。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种新型碳组内布式热导体，包括内基质层和外基质层，所述内基质层与外基质层之间形成导热腔，所述导热腔内阵列分布有多个碳导热管，多个所述碳导热管的上下端分别嵌设于内基质层、外基质层的相对侧壁上，所述导热腔内还填充有充溢于多个碳导热管之间的粘合导热层，所述内基质层远离外基质层的一端面贴附有硅脂贴合层，多个所述碳导热管的内部均设置散热体，所述碳纤维片的上下端均嵌设有衔接片，所述散热体的底端固定连接于位于碳纤维片底部的衔接片上，所述散热体包括固定连接于衔接片上的多个蓄水棒，多个所述蓄水棒的内部均贯穿插设有中空制冷棒，所述中空制冷棒的内部填充有硝酸钾粉末，多个所述中空制冷棒的顶端连接有活动片，所述活动片滑动衔接与碳导热管内，所述活动片的顶端通过导热气囊连接于位于碳纤维片顶部的衔接片上，所述活动片的底端通过压缩弹簧固定连接于位于下侧的衔接片上，所述蓄水棒的内部填充有冷却液，所述碳导热管的外端设有连通多个蓄水棒内部的进液管，多个所述进液管与外接进水源相连通。

进一步的，所述内基质层与外基质层均由导热陶瓷以及导热树脂混合配置而成，所述内基质层与外基质层的相对侧壁上均开设有碳导热管相匹配的嵌设孔。

进一步的，所述碳导热管包括环形阵列分布的碳纳米管，多个所述碳纳米管构成中空导热体，所述中空导热体的内外端均包覆有石墨颗粒层。

进一步的，位于内外分布的所述石墨颗粒层远离中空导热体的一端面上均包覆有导热树脂层，多个所述碳导热管的外侧壁上环形分布有多个碳纤维片，多个所述碳纤维片分布于位于外侧的导热树脂层上，在内基质层与外基质层之间阵列分布多个碳导热管，碳纳米管配合石墨颗粒层，具有优良的传热性能，有效提高了热界面材料的高热传导率。

进一步的，两个所述衔接片均采用导热材质制成，导热气囊包括衔接于活动片与衔接片之间的耐高温充气囊，所述耐高温充气囊的内部填充有热膨胀性气体，当电子器件的热量通过内基质层传递至碳导热管处后，碳导热管内的导热气囊受热膨胀，在膨胀后压动其底端的多个中空制冷棒向下推动，以实现后续的制冷工作。

进一步的，所述中空制冷棒的内部开设有中空腔，所述中空腔内固定插设有制冷剂填充棒，所述制冷剂填充棒的内部开设有制冷直孔，所述硝酸钾粉末填充于制冷直孔内，所述制冷剂填充棒的侧壁上开设有多个渗水孔，所述制冷剂填充棒的外侧壁上包覆有一层离子半透膜。

进一步的，所述制冷剂填充棒的外侧壁上环形分布有多个传导纤维，所述传导纤维的外端固定连接在中空腔内壁上，当高温使得导热气囊膨胀后压动多个中空制冷棒延伸至蓄水棒内后，中空制冷棒的下端部插设于蓄水棒内后，蓄水棒内的冷却液通过离子半透膜渗入至中空制冷棒的中空腔内，硝酸钾粉末溶于水后吸热，中空制冷棒内温度骤降并结冰，从而起到制冷效果，有效通过碳导热管、粘合导热层以及内基质层提高对电子器件的散热效果。

进一步的，所述中空制冷棒的外侧壁上包覆一层与蓄水棒内部相密封衔接的防水密封套，中空制冷棒的初始状态下其下端位于蓄水棒的顶端部，当温度逐渐升高后，中空制冷棒在导热气囊膨胀下向下运动，包裹于中空制冷棒外侧壁上的防水密封套则对两者相衔接处起到防水密封作用。

进一步的，所述外接进水源包括衔接于内基质层外端一侧的蓄水箱，所述蓄水箱通过微型进水泵与多个进液管相连接。

进一步的，多个所述进液管的外端通过连通管相连接，所述连通管埋设于粘合导热层内，所述连通管与微型进水泵相连接，所述粘合导热层采用环氧树脂填充成型而成。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过在内基质层与外基质层之间阵列分布多个碳导热管,多个碳导热管组合式嵌设于粘合导热层内，有效提高了热界面的高热传导率，同时，在碳导热管内部设置散热体，散热体由上下分布的中空制冷棒与蓄水棒组成，中空制冷棒的底端插设于蓄水棒内部，蓄水棒内填充有冷却液,冷却液起到冷却降温作用，当达到一定高温后，中空制冷棒在导热气囊膨胀作用下向下运动，中空制冷棒的下端部与蓄水棒内部的冷却液接触，中空制冷棒内部的硝酸钾粉末溶于冷却液内，中空制冷棒内温度骤降并局部结冰，从而起到制冷效果，有效通过碳导热管、粘合导热层以及内基质层提高对电子器件的散热效果。

(2)内基质层与外基质层均由导热陶瓷以及导热树脂混合配置而成，内基质层与外基质层的相对侧壁上均开设有碳导热管相匹配的嵌设孔，碳导热管包括环形阵列分布的碳纳米管，多个碳纳米管构成中空导热体，中空导热体的内外端均包覆有石墨颗粒层，位于内外分布的石墨颗粒层远离中空导热体的一端面上均包覆有导热树脂层，多个碳导热管的外侧壁上环形分布有多个碳纤维片，多个碳纤维片分布于位于外侧的导热树脂层上，在内基质层与外基质层之间阵列分布多个碳导热管，碳纳米管作为前沿新材料，配合石墨颗粒层，具有优良的传热性能，有效提高了热界面材料的高热传导率。

(3)两个衔接片均采用导热材质制成，导热气囊包括衔接于活动片与衔接片之间的耐高温充气囊，耐高温充气囊的内部填充有热膨胀性气体，当电子器件的热量通过内基质层传递至碳导热管处后，碳导热管内的导热气囊受热膨胀，在膨胀后压动其底端的多个中空制冷棒向下推动，以实现后续的制冷工作。

(4)中空制冷棒的内部开设有中空腔，中空腔内固定插设有制冷剂填充棒，制冷剂填充棒的内部开设有制冷直孔，硝酸钾粉末填充于制冷直孔内，制冷剂填充棒的侧壁上开设有多个渗水孔，制冷剂填充棒的外侧壁上包覆有一层离子半透膜，制冷剂填充棒的外侧壁上环形分布有多个传导纤维，传导纤维的外端固定连接在中空腔内壁上，当高温使得导热气囊膨胀后压动多个中空制冷棒延伸至蓄水棒内后，中空制冷棒的下端部插设于蓄水棒内后，蓄水棒内的冷却液通过离子半透膜渗入至中空制冷棒的中空腔内，硝酸钾粉末溶于水后吸热，中空制冷棒内温度骤降并结冰，从而起到制冷效果，有效通过碳导热管、粘合导热层以及内基质层提高对电子器件的散热效果。

(5)中空制冷棒的外侧壁上包覆一层与蓄水棒内部相密封衔接的防水密封套，中空制冷棒的初始状态下其下端位于蓄水棒的顶端部，当温度逐渐升高后，中空制冷棒在导热气囊膨胀下向下运动，包裹于中空制冷棒外侧壁上的防水密封套则对两者相衔接处起到防水密封作用。

(6)外接进水源包括衔接于内基质层外端一侧的蓄水箱，蓄水箱通过微型进水泵与多个进液管相连接，多个进液管的外端通过连通管相连接，连通管埋设于粘合导热层内，连通管与微型进水泵相连接，粘合导热层采用环氧树脂填充成型而成，以利于技术人员向多个蓄水棒9内部定期补给冷却液901。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的内基质层、外基质层拆分示意图；

图3为本发明的碳导热管处的外部立体图；

图4为本发明的碳导热管处的剖视图；

图5为图4中导热气囊压动多个中空制冷棒下压后的剖视图；

图6为本发明的碳导热管内部示意图；

图7为本发明的蓄水棒与中空制冷棒结合处的结构示意图。

图中标号说明：

1内基质层、2外基质层、3散热片、4碳导热管、5粘合导热层、6碳纤维片、7导热气囊、8活动片、9蓄水棒、901冷却液、10中空制冷棒、101制冷剂填充棒、102传导纤维、11压缩弹簧、12硅脂贴合层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-3，一种新型碳组内布式热导体，包括内基质层1和外基质层2，内基质层1与外基质层2之间形成导热腔，导热腔内阵列分布有多个碳导热管4，多个碳导热管4的上下端分别嵌设于内基质层1、外基质层2的相对侧壁上，导热腔内还填充有充溢于多个碳导热管4之间的粘合导热层5，内基质层1远离外基质层2的一端面贴附有硅脂贴合层12，内基质层1与外基质层2均由导热陶瓷以及导热树脂混合配置而成，内基质层1与外基质层2的相对侧壁上均开设有碳导热管4相匹配的嵌设孔，碳导热管4包括环形阵列分布的碳纳米管，多个碳纳米管构成中空导热体，中空导热体的内外端均包覆有石墨颗粒层，位于内外分布的石墨颗粒层远离中空导热体的一端面上均包覆有导热树脂层，多个碳导热管4的外侧壁上环形分布有多个碳纤维片6，多个碳纤维片6分布于位于外侧的导热树脂层上，在内基质层1与外基质层2之间阵列分布多个碳导热管4，碳纳米管配合石墨颗粒层以及碳纤维片6构成碳组合体，具有优良的传热性能，有效提高了热界面材料的高热传导率。

请参阅图3-7，多个碳导热管4的内部均设置散热体，碳纤维片6的上下端均嵌设有衔接片，散热体的底端固定连接于位于碳纤维片6底部的衔接片上，散热体包括固定连接于衔接片上的多个蓄水棒9，多个蓄水棒9的内部均贯穿插设有中空制冷棒10，中空制冷棒10的内部填充有硝酸钾粉末，多个中空制冷棒10的顶端连接有活动片8，活动片8滑动衔接与碳导热管4内，活动片8的顶端通过导热气囊7连接于位于碳纤维片6顶部的衔接片上，活动片8的底端通过压缩弹簧11固定连接于位于下侧的衔接片上，压缩弹簧11根据实际需要可设置一个或多个，蓄水棒9的内部填充有冷却液901，利用硝酸钾粉末溶于水吸热降温，来实现对电子器件的高效率降温，碳导热管4的外端设有连通多个蓄水棒9内部的进液管，多个进液管与外接进水源相连通，外接进水源包括衔接于内基质层1外端一侧的蓄水箱，蓄水箱通过微型进水泵与多个进液管相连接，多个进液管的外端通过连通管相连接，连通管埋设于粘合导热层5内，连通管与微型进水泵相连接，粘合导热层5采用环氧树脂填充成型而成，以利于技术人员向多个蓄水棒9内部定期补给冷却液901。

两个衔接片均采用导热材质制成，导热气囊7包括衔接于活动片8与衔接片之间的耐高温充气囊，耐高温充气囊的内部填充有热膨胀性气体，当电子器件的热量通过内基质层1传递至碳导热管4处后，热膨胀性气体受热膨胀，增大其溶剂，使得导热气囊7受热膨胀后压动其底端的多个中空制冷棒10向下推动，以实现后续的制冷工作，中空制冷棒10的内部开设有中空腔，中空腔内固定插设有制冷剂填充棒101，制冷剂填充棒101的内部开设有制冷直孔，硝酸钾粉末填充于制冷直孔内，硝酸钾粉末未填满制冷制孔，以便于冷却液901的渗入混合，制冷剂填充棒101的侧壁上开设有多个渗水孔，制冷剂填充棒101的外侧壁上包覆有一层离子半透膜，离子半透膜只允许水离子透过，制冷剂填充棒101的外侧壁上环形分布有多个传导纤维102，传导纤维102的外端固定连接在中空腔内壁上，当高温使得导热气囊7膨胀后压动多个中空制冷棒10延伸至蓄水棒9内后，中空制冷棒10的下端部插设于蓄水棒9内后，蓄水棒9内的冷却液901通过离子半透膜渗入至中空制冷棒10的制冷剂填充棒101内，硝酸钾粉末溶于水后吸热，中空制冷棒10内温度骤降并结冰，从而起到制冷效果，有效通过碳导热管4、粘合导热层5以及内基质层1提高对电子器件的散热效果；

当周围温度下降并相对稳定后，导热气囊7向上收缩，在压缩弹簧11的弹性作用下促使多个中空制冷棒10向上运动，中空制冷棒10的底部逐渐脱离冷却液901，而在制冷剂填充棒101外壁包覆离子半透膜，在中空制冷棒10下端部逐渐脱离冷却液901后，水分子被滤出，而硝酸钾离子存留于制冷剂填充棒101内，在制冷剂填充棒101内水分被逐渐蒸发后，该处的硝酸钾粉末析出，便可重复进行利用，而利用外籍水源可定期向蓄水棒9内进行补给。

中空制冷棒10的外侧壁上包覆一层与蓄水棒9内部相密封衔接的防水密封套，中空制冷棒10的初始状态下其下端位于蓄水棒9的顶端部，当温度逐渐升高后，中空制冷棒10在导热气囊7膨胀下向下运动，包裹于中空制冷棒10外侧壁上的防水密封套则对两者相衔接处起到防水密封作用。

本方案通过在内基质层1与外基质层2之间阵列分布多个碳导热管4,碳导热管4嵌设于填充于内基质层1、外基质层2之间的粘合导热层5内，有效提高了该热界面材料的高热传导率，最后将电子器件所产生的热量通过散热片3向外散发，而在多个碳导热管4的内部设置散热体，散热体由上下分布的中空制冷棒10与蓄水棒9组成，中空制冷棒10的底端插设于蓄水棒9内部，蓄水棒9内填充有冷却液901,冷却液901起到冷却降温作用，当温度逐渐升高后，中空制冷棒10在导热气囊7膨胀作用下向下运动，中空制冷棒10的下端部与蓄水棒9内部的冷却液901所接触，中空制冷棒10内部的硝酸钾粉末溶于冷却液901内，中空制冷棒10内温度骤降并局部结冰，从而起到制冷效果，有效通过碳导热管4、粘合导热层5以及内基质层1提高对电子器件的散热效果。

本发明中的所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明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发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型碳组内布式热导体，包括内基质层(1)和外基质层(2)，其特征在于：所述内基质层(1)与外基质层(2)之间形成导热腔，所述导热腔内阵列分布有多个碳导热管(4)，多个所述碳导热管(4)的上下端分别嵌设于内基质层(1)、外基质层(2)的相对侧壁上，所述导热腔内还填充有充溢于多个碳导热管(4)之间的粘合导热层(5)，所述内基质层(1)远离外基质层(2)的一端面贴附有硅脂贴合层(12)；

多个所述碳导热管(4)的内部均设置散热体，所述碳纤维片(6)的上下端均嵌设有衔接片，所述散热体的底端固定连接于位于碳纤维片(6)底部的衔接片上，所述散热体包括固定连接于衔接片上的多个蓄水棒(9)，多个所述蓄水棒(9)的内部均贯穿插设有中空制冷棒(10)，所述中空制冷棒(10)的内部填充有硝酸钾粉末，多个所述中空制冷棒(10)的顶端连接有活动片(8)，所述活动片(8)滑动衔接与碳导热管(4)内，所述活动片(8)的顶端通过导热气囊(7)连接于位于碳纤维片(6)顶部的衔接片上，所述活动片(8)的底端通过压缩弹簧(11)固定连接于位于下侧的衔接片上，所述蓄水棒(9)的内部填充有冷却液(901)，所述碳导热管(4)的外端设有连通多个蓄水棒(9)内部的进液管，多个所述进液管与外接进水源相连通。

2.根据权利要求1所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：所述内基质层(1)与外基质层(2)均由导热陶瓷以及导热树脂混合配置而成，所述内基质层(1)与外基质层(2)的相对侧壁上均开设有碳导热管(4)相匹配的嵌设孔。

3.根据权利要求2所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：所述碳导热管(4)包括环形阵列分布的碳纳米管，多个所述碳纳米管构成中空导热体，所述中空导热体的内外端均包覆有石墨颗粒层。

4.根据权利要求3所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：位于内外分布的所述石墨颗粒层远离中空导热体的一端面上均包覆有导热树脂层，多个所述碳导热管(4)的外侧壁上环形分布有多个碳纤维片(6)，多个所述碳纤维片(6)分布于位于外侧的导热树脂层上。

5.根据权利要求4所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：两个所述衔接片均采用导热材质制成，导热气囊(7)包括衔接于活动片(8)与衔接片之间的耐高温充气囊，所述耐高温充气囊的内部填充有热膨胀性气体。

6.根据权利要求5所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：所述中空制冷棒(10)的内部开设有中空腔，所述中空腔内固定插设有制冷剂填充棒(101)，所述制冷剂填充棒(101)的内部开设有制冷直孔，所述硝酸钾粉末填充于制冷直孔内，所述制冷剂填充棒(101)的侧壁上开设有多个渗水孔，所述制冷剂填充棒(101)的外侧壁上包覆有一层离子半透膜。

7.根据权利要求6所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：所述制冷剂填充棒(101)的外侧壁上环形分布有多个传导纤维(102)，所述传导纤维(102)的外端固定连接在中空腔内壁上。

8.根据权利要求7所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：所述中空制冷棒(10)的外侧壁上包覆一层与蓄水棒(9)内部相密封衔接的防水密封套。

9.根据权利要求1所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：所述外接进水源包括衔接于内基质层(1)外端一侧的蓄水箱，所述蓄水箱通过微型进水泵与多个进液管相连接。

10.根据权利要求9所述的一种新型碳组内布式热导体，其特征在于：多个所述进液管的外端通过连通管相连接，所述连通管埋设于粘合导热层(5)内，所述连通管与微型进水泵相连接，所述粘合导热层(5)采用环氧树脂填充成型而成。

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