CN1318536C - 散热装置及其相变导热片 - Google Patents

Abstract

一种相变导热片，包括一种含有基体和分散于该基体的填充微粒的相变导热材料，其中，该填充微粒包括纳米碳球。所述的纳米碳球的直径范围为5-50纳米。本发明还提供一种采用上述相变导热片的散热装置。本发明在相变导热材料中加入纳米碳球，利用纳米碳球具纳米级尺寸及导热系数高的特性，解决现有的相变导热片的导热性低的问题。

Description

散热装置及其相变导热片

【技术领域】

本发明涉及一种导热结构，尤指一种用于传导散发电子组件如芯片或其类似物工作时所产生的热量的相变导热片及采用该相变导热片的散热装置。

【背景技术】

当CPU微处理器等电子组件走向高集成组件及高计算速度之际，单位面积产生的热能也相对提高。为将此密集热量迅速散发至环境中去，有效降低电子组件表面温度，通常采用具有较大面积的散热组件附加于发热电子组件表面，用来增加总体散热面积，提升散热效果。

由于散热组件与发热电子组件相接触的表面并非一完全的平整面，二者无法紧密接触，因而形成接触面之间的空气间隙。空气为一种热传导性能不佳的介质，从而造成热传界面等效界面热阻增加，而无法有效散热。要降低热传界面的热阻，可在两接触面之间涂布一些热传导性佳的热界面材料，以填补空气间隙。

一般而言，热界面材料可分为散热膏、散热胶及相变导热胶，其热阻系数与热传介质的厚度成正比，与热传介质的热导系数成反比。目前应用广泛的散热膏及散热胶通常以涂敷的方式分布于散热模块与电子组件相接触的表面上，使得散热效果显著提高。但是，由于散热膏(或散热胶)在涂布时，易造成涂布不均匀或高低不平整，在与发热电子组件表面接合时会使散热膏(或散热胶)内部产生如气泡状的空洞。这种空洞导致发热电子组件所产生的热量无法快速或完全地传导至散热模块，从而影响散热效果。

相变导热胶一般为高效率或运算速度快的电子组件所采用。它在室温为固态，通过加热使其产生相变化(固态变为液态)，从而填补散热模块与发热电子组件之间的空隙，并且不会产生气泡。然而，一般市售的相变导热片所用的相变导热胶，它的热阻系数因厚度高于散热膏而偏高，导致散热效率降低。业者已采用银、铜等导热材料粒子填充入相变导热胶中，以提高其导热率，但是受填充材料自身导热性能所限，使用该种相变导热胶的散热结构的散热效率仍有待提高。

因此，有必要提供一种导热性好的相变导热片及使用该种相变导热片的散热装置及结构。

【发明内容】

为解决现有的相变导热片的导热性低的问题，本发明的目的在于提供一种导热性好的相变导热片。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述相变导热片的散热装置。

为实现发明目的，本发明提供一种相变导热片，包括一种含有基体和分散于该基体的填充微粒的相变导热材料。其中，该填充微粒包括纳米碳球。

所述的纳米碳球的直径范围为5-50纳米。

为实现另一发明目的，本发明提供一种散热装置，包括一散热组件以及一附着于散热组件、主要由相变导热材料组成的相变导热片，其中相变导热材料含有基体和分散于该基体的填充微粒。其中，该填充微粒包括纳米碳球。

相对于现有技术，本发明在相变导热材料中加入纳米碳球，利用纳米碳球导热系数高的特性，用以提高相变导热片的导热系数。并且，由于纳米碳球具有纳米级尺寸，它可有效填补散热模块与发热电子组件的接触面的空隙，从而降低散热模块与发热电子组件的接触热阻。因而，使得采用该种相变导热片的散热装置及结构的散热效率得到改善。

【附图说明】

图1为本发明的散热装置的示意图；

图2为本发明的散热装置与发热电子组件结合应用的示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明所提供的散热装置5，包括一散热器51及一相变导热片53。其中，散热器51包括一表面510，相变导热片53附着于散热器51的表面510。

在本实施例中，散热器51主要包括一基底511及若干散热鳍片512。相邻散热鳍片512之间存在一定间隔。该散热鳍片512可通过粘接固定于基底511，或者与基底511一体成型而成。基底511及散热鳍片512一般采用导热性能良好的金属材料制成。表面510为基底511背对散热鳍片512的一侧表面。

本发明提供的相变导热片53，主要由相变导热材料构成。该相变导热材料包含基体及分散于该基体的填充微粒。其中，该填充微粒包括纳米碳球。

该相变导热材料的固液态相变化温度的最佳范围为50-70℃，一般由基体及填充微粒组成。该基体通常为聚合物基体，可选自石蜡树脂、硅树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯橡胶、聚醚和丙烯酸酯。另外，基体也可直接由易熔性的非聚合物材料组成，其包括In、In/Sn、In/Ag、Sn/Ag、Sn/In/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Bi、In/Sn/Bi和In/Zn。基体最好选择熔化温度较低、但是室温时为固态的材料。该基体还可进一步添加交联剂，如多功能胺、酚醛树脂、多羟基化合物、过氧化物或氮化物，可根据不同基体材料加以选择。

填充微粒分散于基体内部，由导热性能良好的材料粒子组成。本发明所述的填充微粒包括纳米碳球。该纳米碳球是由多层石墨以球中球形成所组成的多面体碳簇的形状可为球形、椭球形或胶囊结构。纳米碳球的最佳直径为5～50纳米，平均直径为30纳米。可为中空纳米碳球与填充金属碳球。其中，填充金属碳球内所填充的高导热金属可从以下材料中选取如金属铜金属银等。另外，可选用青磷铜，组成成份可为：铜(Cu)96.5％，锡(Sn)3.5～4.5％，磷(P)0.03～0.35％，铅(Pb)＜0.5％，铁(Fe)＜0.1％，锌(Zn)＜0.5％。

该填充微粒还可进一步包括其它难熔性颗粒及易熔性颗粒。其中，难熔性颗粒可选自Ni、Cu、Ag、Sn、Al、Al₂O₃、BN、AlN和陶瓷材料；易熔性颗粒可选自In、In/Sn、In/Ag、Sn/Ag、Sn/In/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Bi、In/Sn/Bi和In/Zn。

可通过下步骤形成含纳米碳球的相变导热片：将相变导热材料加热至其相变化点后于熔融态时，加入纳米碳球，通过震荡、搅拌等方式使其均匀分散于相变导热材料的基体中，再置于室温下成为固态。

另外，相变导热片53可进一步包括一铝片或一绝缘体材料作载体，以承载相变导热材料。其中，相变导热材料可分布于该载体相对的两侧表面。该相变导热片53还可包括保护层，可置于其远离该散热组件的表面，用于其未使用表面的防水及防污。

相变导热片53附着于散热器51，可通过使其相变导热材料液化(例如加热散热器51至相变导热材料的相变温度)并均匀分布于散热器51的表面510、再降至室温使其固化而实现。当然，相变导热材料可分布于表面510的全部区域，或选择分布于其部分区域。

请参阅图2，所示为本发明所提供的散热装置5直接应用于电子组件的散热。将本发明的散热器5置于发热电子组件6上，散热器5接触底面的相变导热片53与发热电子组件6相接触，通过散热器扣合装置7将散热器5固定于发热电子组件6。

其中，发热电子组件6可为芯片封装体，其工作时会产生高密度热量。散热装置5可进一步包括一风扇以提高散热效果。

可以理解的是，实施例中所采用的散热器只是用于说明本发明，其它现有技术中的散热器也可应用于本发明。另外，本发明还可选用热管及导热板为散热装置的散热组件，而不仅限于散热鳍片构成的散热器。当然，也可通过单独加热相变导热片至其固液态相变温度并置于发热电子组件及散热组件之间，以连接两者。

本发明于相变导热材料中加入纳米碳球，利用纳米碳球导热系数高的特性，用以提高相变导热片的导热系数。并且，由于纳米碳球具纳米级尺寸，其可有效填补散热模块与发热电子组件的接触面的空隙，从而降低散热模块与发热电子组件的接触热阻。因而，使得采用该种相变导热片的散热装置及结构的散热效率得到改善。

Claims (10)

1.一种相变导热片，包括一种含有基体和分散于该基体的填充微粒的相变导热材料，其特征在于，该填充微粒包括纳米碳球。

2.如权利要求1所述的相变导热片，其特征在于，所述的基体为聚合物基体，该聚合物基体选自石蜡树脂、硅树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯橡胶、聚醚和丙烯酸酯。

3.如权利要求1所述的相变导热片，其特征在于，所述的纳米碳球的直径范围为5-50纳米。

4.如权利要求1所述的相变导热片，其特征在于，所述的纳米碳球填充有金属微粒。

5.如权利要求1所述的相变导热片，其特征在于，所述的相变导热材料的固液态相变化温度范围为50-70℃。

6.一种散热装置，包括一散热组件以及一附着于散热组件、主要由相变导热材料组成的相变导热片，其中相变导热材料含有基体和分散于该基体的填充微粒，其特征在于，该填充微粒包括纳米碳球。

7.如权利要求6所述的散热装置，其特征在于，所述的散热组件为导热板、散热片或热管。

8.如权利要求6所述的散热装置，其特征在于，所述的纳米碳球的直径范围为5-50纳米。

9.如权利要求6所述的散热装置，其特征在于，所述的纳米碳球填充有金属微粒。

10.如权利要求6所述的散热装置，其特征在于，所述的相变导热材料的固液态相变化温度范围为50-70℃。

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