CN113438864B - 一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块，该模块包括盒体和设置于盒体上表面的若干上凸台，盒体内部嵌有高导热夹层，盒体两侧设有锁紧条，盒体锁紧条背侧面为盒体的对外热交换面，其特征在于，所述高导热夹层在盒体内部不铺满，两侧的对外热交换面不铺设满高导热结构。该石墨铝高导热模块通过对现有的石墨铝高导热模块结构进行改进，减小了纵向热阻，使得石墨铝高导热模块纵向导热性能提高，增强了石墨铝高导热模块整体的导热性能。

Description

一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块。
背景技术
石墨铝是一种具有非常优秀热传导能力的材料，是一种将高导热的石墨充分混入熔融状态的铝合金形成的复合材料。由于微观上石墨是以一定长度的石墨链条的状态混合进铝合金的，因此石墨铝沿空间不同方向的导热能力是不同的，沿石墨链条长度方向上的导热率会显著高于其他方向。宏观上，石墨铝在水平面内导热率可以高达700w/m·k，但是在沿材料厚度的纵向的导热率只有30～50w/m·k。
利用锁紧条安装的电子模块是在电子行业内非常普遍的一种安装方式。对于有导热需求的模块，在锁紧条涨紧力的作用下，模块背侧与安装结构紧贴在一起，从而使得热量从模块背侧导至安装结构。
面向高热耗需求的模块，可以将石墨铝的高导热特性应用在模块的结构设计中，形成一种“三明治”型夹层结构。模块结构的上下表面均为普通铝合金，以适合传统模块的制造工艺特性。中间层为石墨铝层，利用石墨铝的高导热特性提升模块的导热性。
对于采用锁紧条安装的石墨铝高导热模块，由于模块的热源分布在模块正面，模块对外热交换面在模块背面，因此热量除了在水平面内沿石墨铝高导热层快速传递外，还要穿越石墨铝夹层，从模块正面传递到背面。由于石墨铝沿材料厚度的纵向导热系数只有30-50w/m·k,使得热量沿石墨铝厚度方向传递十分缓慢，石墨铝的这种材料特性使其应用受到严重的制约。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块,该石墨铝高导热模块通过对现有的石墨铝高导热模块结构进行改进，减小了纵向热阻，使得石墨铝高导热模块纵向导热性能提高，增强了石墨铝高导热模块整体的导热性能。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块，包括盒体和设置于盒体上表面的若干上凸台，盒体内部嵌有高导热夹层，盒体两侧设有锁紧条，盒体锁紧条背侧面为盒体的对外热交换面，所述高导热夹层在盒体内部不铺满，两侧的对外热交换面不铺设满高导热结构。
进一步的，对外热交换面的单侧未铺设高导热结构宽度不小于锁紧条宽度。
进一步的，高导热夹层铺设宽度为高导热模块宽度减去两倍单侧对外热交换面未铺设高导热结构的宽度。
进一步的，对外热交换面未铺设高导热结构的区域，采用具有比石墨铝纵向导热系数高的合金。
进一步的，比石墨铝纵向导热系数高的合金采用铝合金。
进一步的，铝合金的的纵向导热系数为120～200w/m·k。
进一步的，高导热夹层的平面内导热系数为500～700w/m·k，纵向导热系数为30～50w/m·k。
进一步的，盒体采用铝合金。
本发明的有益效果在于：本发明提供的石墨铝高导热模块通过对现有的石墨铝高导热模块结构进行改进，减小了纵向热阻，使得石墨铝高导热模块纵向导热性能提高，增强了石墨铝高导热模块整体的导热性能。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块的盒体外形示意图；
图2是本发明实施例1提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块俯视图；
图3是本发明实施例1提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块增强导热路径示意图；
图4是本发明实施例2提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块对比测试示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例1
如附图1所示，是本实施例提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块的盒体外形示意图，该石墨铝高导热模块包括盒体101和设置于盒体101上表面的若干上凸台Q，盒体101内部嵌有高导热夹层102，盒体101两侧设有锁紧条201，盒体101上的锁紧条201背侧面为盒体的对外热交换面F，所述高导热夹层在盒体内部不铺满，两侧的对外热交换面F不铺设满高导热结构。
盒体101的上凸台Q为与发热器件接触的部分，发热器件通过凸台Q将热量传递给石墨铝高导热模块。盒体101上的锁紧条201背侧面F为盒体的对外热交换面，从Q处传入的热量最终从F处传出盒体101。
如附图2所示是实施例提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块俯视图，石墨铝高导热夹层102在盒体内不进行满铺，仅铺设宽度为W的区域。在锁紧条201下方的对外热交换面宽度为D的区域内，不铺设石墨铝高导热结构，仅采用铝合金材质。一般的，宽度D不应小于锁紧条201的宽度。
如附图3所示是本实施例提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块增强导热路径示意图，外部热量H通过盒体101上的凸台传入盒体101，并传导至盒体101内部的石墨铝高导热层102。由于石墨铝高导热层平面内导热系数(500～700w/m·k)远高于铝合金盒体101(120～200w/m·k)，因此热量被快速传导至模块的盒体101两侧。当热量传导至两侧，需要传导至底部热交换面时，由于铝合金的纵向导热系数(120～200w/m·k)远大于石墨铝的纵向导热系数(30～50w/m·k)，因此在模块两侧铝合金中热量可以快速传递到模块盒体101对外热交换面处。
本实施例提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块，通过对现有的石墨铝高导热模块结构进行改进，减小了纵向热阻，使得石墨铝高导热模块纵向导热性能提高，增强了石墨铝高导热模块整体的导热性能。
实施例2
如附图4所示，是本实施例提供的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块与石墨铝铺满整个模块面积的石墨铝高导热模块以及纯铝合金制造的模块导热性能对比测试示意图。
A、B、C三个模块的外形尺寸完全一致，其中A模块为采用实施例1提供的具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块。B模块为石墨铝铺满整个模块面积的石墨铝高导热模块。C模块为纯铝合金制造的模块。三个模块中热测试位置为图中QA1～QC3所示点位，热量加载位置为测试点所对应的凸台，模块对外热交换面为TA～TC所示锁紧条背侧。
各模块加载热量情况及热交换面温度情况如表1所示。
表1：
Figure BDA0003130479820000061
带各模块热平衡后，各热测试点温度如表2所示。由表2可明显看出，在完全相同的热负载及散热条件下，采用实施例1提供的模块盒体导热性优于普通设计的石墨铝高导热模块盒体(B试样)和纯铝合金盒体(C试样)。
表2：
Figure BDA0003130479820000062
本实施例提供的具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块与石墨铝铺满整个模块面积的石墨铝高导热模块以及纯铝合金制造的模块导热性能对比测试，能够得出在完全相同的热负载及散热条件下，具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块的导热性能优于普通设计的石墨铝高导热模块盒体和纯铝合金盒体。
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 (5)

1.一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块，包括盒体和设置于盒体上表面的若干上凸台，盒体内部嵌有高导热夹层，盒体两侧设有锁紧条，盒体锁紧条背侧面为盒体的对外热交换面，其特征在于，所述高导热夹层是石墨铝层，所述高导热夹层在盒体内部不铺满，两侧的对外热交换面不铺设满高导热结构；所述对外热交换面的单侧未铺设高导热结构宽度不小于锁紧条宽度；所述高导热夹层铺设宽度为高导热模块宽度减去两倍单侧对外热交换面未铺设高导热结构的宽度；所述对外热交换面未铺设高导热结构的区域，采用具有比石墨铝纵向导热系数高的合金；
所述盒体上表面的若干上凸台为与发热器件接触的部分，发热器件通过所述上凸台将热量传递给石墨铝高导热模块，并传导至盒体内部的石墨铝高导热层，当热量传导至两侧，需要传导至底部热交换面时，由于所述对外热交换面未铺设高导热结构的区域比石墨铝纵向导热系数高，在模块两侧热量可以快速传递到对外热交换面处。
2.如权利要求1所述的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块，其特征在于，所述比石墨铝纵向导热系数高的合金采用铝合金。
3.如权利要求2所述的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块，其特征在于，所述铝合金的纵向导热系数为120～200w/m·k。
4.如权利要求1所述的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块，其特征在于，所述高导热夹层的平面内导热系数为500～700w/m·k，纵向导热系数为30～50w/m·k。
5.如权利要求1所述的一种具有低纵向热阻的石墨铝高导热模块，其特征在于，所述盒体采用铝合金。
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