CN1622879A - 改进的热界面材料 - Google Patents

Abstract

一种热界面(20)和一种作为热控制系统(10)的一部分的热界面，该热界面包括热源(100)和冷却组件(30)。该热源(100)具有外表面(100a)；该热界面(20)是柔性石墨薄片制品，该制品具有两个平行的平表面，该石墨界面(20)的第一平表面在操作上与热源(100)的外表面接触，而该第二平表面与冷却组件(30)接触。该石墨薄片包含油。

Description

改进的热界面材料

技术领域

本发明涉及一种控制由热源如电子器件所产生的热的系统。本发明尤其涉及一种可以使电子器件有效散热的系统。另外，本发明涉及一种与电子器件热量控制系统相结合的热界面薄片制品。

背景技术

更先进的电子器件包含能够增加处理速度和更高频率的电子器件，这种电子器件具有较小的结构和很复杂的功率要求，并且显示出其它的技术先进性，这些电子器件例如为微处理器、电子集成电路、电器部件和系统，以及其它的设备如高强度的光学设备，随着这些更先进电子器件的发展，可能会产生极高的温度。然而微处理器、集成电路和其它先进的电子器件，通常只能有效地工作在一定范围的温度下。在这些电子部件工作期间产生的过多的热量不仅有损于器件本身的操作性能，而且还可能降低整个系统的操作性能和可靠性，甚至使系统出现故障。希望电子系统工作的环境条件例如在极端温度下工作的范围越来越大，这样便加重了这些负面作用。

由于越来越需要排出在这些条件下微电子装置产生的热量，所以热控制成为设计电子产品的越来越重要的元素。如上所述，不管是电子设备的性能可靠性，还是预期的寿命，均与设备的器件温度成反比。

例如降低装置如典型的硅半导体的操作温度则相当于装置的可靠性和预期寿命成指数增加。因此，为了尽量增加器件的寿命和可靠性，将装置操作热控制在由设计人控制的范围内是特别重要的。设计热控制系统有助于达到此目的。

热控制系统的一个元件是热界面材料。作热界面材料的典型用法是将计算机芯片热传导地连接于冷却组件(即如上所述的吸热装置)，以便克服在吸热器或者冷却组件和芯片或者其它热源之间的接触热阻和表面贴合的不一致性。通常，热界面由高温油脂、相变材料和带组成。柔性石墨很适用于这种应用，因为它的热阻低，而且它能够与相连接的界面贴合，特别是在其中一个表面或者两个表面都不是完全平的时。这种特性在温度系统中是很重要的，因为尽可能降低热阻是头等重要的。

虽然在下面将更详细地说明，但是制造用在热界面上的柔性石墨工艺是众所周知的，而且在Shane等人的美国专利NO.3404061中详细说明了典型的做法，该专利已作为参考包含在本文中。一般是，将天然片状石墨加在酸性溶液中。在加入片状石墨之后，冲洗该片状石墨，然后干燥，随后短时间暴露于高温下，使石墨薄片分层。这样便使得石墨薄片在垂直于石墨晶体平面的方向膨胀或者分层。该分层的石墨薄片外观上为蠕虫状，因此通常称为蠕虫状石墨。然后将该蠕虫状石墨压缩成板或者薄片，使其密度接近理论密度，虽然对于大多数的应用，约1.1g/cm³的密度被认为是正常的密度，然后将该柔性石墨薄片切成适合于特定应用的要求形状。

石墨由碳原子的六方形阵列的或者网络的平面层组成，这些六方形排列碳原子的平面层基本上是平的，并且是有方向的或者有序化的，基本上彼此平行并等距，碳原子的这些基本上平的平行的等距薄片或者层通常称为“石墨苯层(graphene layers)”，或者称为基平面，这些层连接在一起或者接合在一起，这些层形成的群排列在晶粒中，高度有序化的石墨由相当大尺寸的晶粒组成：晶粒彼此是高度平行的，或者高度有向的，并具有很有序的碳层。换言之，高度有序化石墨具有高度的有限晶粒取向。应当注意到，石墨具有各向异性结构，因此表现出或者具有很多有高度方向性的特性，例如热传导和电传导。

简言之，石墨的特征在于碳原子的层状结构，即该结构由碳原子的叠层或者分层构成，这些碳原子由弱范得瓦耳力结合在一起。在研究石墨结构时，通常应注意到两根轴线或者方向，即“c”轴线或者“c”方向和“a”轴线或者“a”方向。为简便起见，“c”轴线或者“c”方向可以看作为碳层的方向，而“a”轴线或者“a”方向可以看作为与碳层平行的方向，或者垂直于“c”方向的方向。适合于制造柔性石墨薄片的石墨通常为天然片状石墨，具有高度的方向性。

如上所述，使碳原子平行层保持在一起的结合力仅仅是弱范得瓦耳力。可以处理天然石墨，使得叠置的碳层或者分层的间隔可以显著张开，从而在垂直于碳层的方向即在“c”方向形成明显的膨胀，因而形成一种膨胀的或者隆起的石墨结构，在这种结构中，基本上可以保持碳层的层状特性。

可以不用粘接剂而将已经极大膨胀的片状特别是膨胀到其最后厚度或者“c”方向的尺寸比原来“c”方向尺寸约大80倍或更多倍的片状石墨形成为粘接的或者整体的膨胀石墨薄片，例如卷带、纸、条、带、箔片、垫子等(通常称为“柔性石墨”)。可以认为，不用任何粘接材料，采用压缩方法，将已经膨胀到其最后厚度或者“c”方向尺寸比原来“c”方向尺寸约大80倍或更多的石墨颗粒成形为整体的柔性石墨薄片是可能的。因为在大体积膨胀的石墨颗粒之间可以得到机械的相互锁定或者附着。

除柔性而外，如上所述，已经发现这种薄片材对导热性和导电具有高度的各向异性的特性，这是由于已膨胀石墨颗粒和基本上平行于石墨薄片两个相对表面的石墨层的取向所致，由此导致很高的压缩性，例如很高的滚压性。由此生产的这种薄片材具有极好的柔性、很高的强度和高度的方向性。

简言之，制造柔性的无粘接剂的各向异性石墨薄片材例如卷带、纸、条、带、箔片、垫子等的工艺，包括在预定负载下不用粘接剂，压缩或者压实已膨胀的石墨颗粒，该石墨颗粒的“c”方向尺寸比原来颗粒的尺寸约大80倍或更多倍，从而可以形成基本上平的柔性的接成一体的石墨薄片。其外观一般为蠕虫状的已膨胀石墨颗粒一旦被压缩后，将保持这种压缩状态，并与石墨薄片的两个相对主表面平行。通过控制压缩程度可以改变薄片的密度和厚度。薄片的密度在约0.04-2.0g/cm³之间。柔性的石墨薄片材由于平行于薄片材两个相对平行表面的石墨颗粒的取向而表现出显著程度的各项异向性性，在滚压薄片时，各向异性程度增加，从而增加了方向性。在滚压各向异性薄片材时，厚度即垂直于两个平行薄片表面的方向包含“c”方向，而沿长度和宽度即沿或者平行于两个相对主要表面的方向包含“a”方向，对于“c”方向和“a”方向，石墨薄片的导电特性差别若干数量级。

Tzeng等人的美国专利NO.6245400公开一种可脱开的衬有压敏粘接剂的柔性石墨薄片制品，该制品具有很低的热阻特性。该柔性石墨薄片包括柔性石墨底衬和底衬上的粘接剂底层、涂在粘接剂层上的压敏粘接剂底层和涂在压敏粘接剂层上的可脱开的衬面。

发明内容

本发明的目的是改进热源和冷却组件之间的热传导。

本发明的另一目的是提供一种热界面，该热界面对于散热部件和热源具有降低的接触热阻和增加的热传导率。

具体来说，本发明的一实施例是一种热界面材料，该界面包括柔性石墨薄片制品，该石墨薄片制品包括油。

本发明的另一实施例是一种热控制系统，该系统包括：具有外表面的热源；热界面，该界面包括含有油的柔性石墨薄片制品，该热界面与热源的外表面在操作上是连通的；具有集热表面和散热表面的散热部件。该集热表面在操作上与热界面连通。在此实施例中，使集热表面与热界面在操作上连通可以将热量从热源中排散出去。

本发明的另一实施例是一种热控制系统，该系统包括包含电子部件的热源、热界面和散热器。在此实施例中，热源具有外表面；该热界面包括柔性石墨薄片制品，该制品具有两个平表面，该表面沿平行于石墨薄片中的石墨晶体结构平面方向延伸，热界面平表面中的第一表面与热源的外表面在操作上接触。另外，该石墨薄片最好包含2％重量的油。在此实施例中，热界面第一平表面的平面面积大于热源外表面的面积。最后，散热器具有集热表面和至少一个散热表面。该散热器的集热表面与热界面平表面中的第二表面接触。

本发明的另一实施例是一种制造热界面材料的方法，该方法包括：提供柔性石墨薄片材料，该石墨薄片材料包括两个平表面，该平表面延伸的方向平行于石墨薄片中的石墨晶体结构的平面方向，并提供油；使油与上述石墨薄片接触，直至约2-75％重量的油被吸收到热界面材料中。

最后，本发明的另一实施例是一种排散来自热源的热量的方法，该方法包括采用本发明的热界面材料和热控制系统。

在上述实施例中，热界面最好包含各向异性的柔性石墨薄片，该石墨薄片的平面面积大于热源外表面面积。另外，在上述实施例中，所说的油是矿物油。

附图说明

下面参考附图进行说明，由此技术人员可以明显看出本发明的其它一些目的、特征和优点。

图1是本发明的热控制系统的实施例的透视图，用虚线示出热源。

图2是图1所示的热控制系统的底部透视图。

图3是图1所示的热控制系统的侧视平面图。

图4是本发明热控制系统另一实施例的顶视透视图。

具体实施方式

如上所述，本发明的实施例提供一种热界面材料，该材料可以用在热控制系统中。该热界面材料是含有油的柔性石墨薄片制品。

石墨是碳的一种晶体形态，包含在平分层平面中由共价键结合的原子，在分层平面之间具有弱结合。在制取源材料例如上述柔性石墨薄片时，通常用插层剂处理石墨颗粒例如天然石墨片，例如用硫酸溶液和硝酸溶液进行处理，与石墨的晶体结构发生反应，形成石墨和插层剂的化合物。然后将已处理的石墨颗粒称为“有插层剂的石墨颗粒”。在受到高温作用时，石墨中的插层剂分解和蒸发，使得加插层剂石墨的颗粒在尺寸上发生膨胀，沿“c”方向即沿石墨晶体平面的方向以褶皱方式膨胀，膨胀到比原来约大80倍或者更多倍。分层的石墨颗粒在外观上为蠕虫状，因此通常称为蠕虫状石墨。然后将这种蠕虫状石墨一起压成柔性石墨薄片，与原来的片状石墨不同，这种柔性薄片可以成形和切成不同的形状，由于机械压实而具有少量的横向开孔。

适合用在本发明中的柔性石墨薄片的石墨原料包括高度石墨化的含碳材料，这种含碳材料可以加入有机酸和无机酸以及卤素，然后在受热时发生膨胀。这种高石墨化的含碳材料最好具有约1.0的石墨化程度。按照本文的用法，术语“石墨化程度”是指下面公式中的值g

$g=\frac{3.45\·d\left(002\right)}{0.095}$

式中d(002)是晶体结构中碳的石墨层之间的距离，该距离用埃做单位。石墨层之间的间距用标准的x射线衍射技术测量。测量对应于(002)、(004)和(006)米勒指数的衍射峰位置，然后应用标准的最小平方法算出间距，这种方法可以尽量降低所有这些峰的总误差，高度石墨化含碳材料的颗粒包括各个地方的天然石墨以及其它的含碳材料，例如用化学蒸汽沉积法等形成的碳。天然石墨是最好的。

本发明用的柔性石墨薄片的石墨原料可以包括非碳成分，只要原料的晶体结构可以保持要求的石墨化程度，而且它们能够分层。一般说来，这样的含碳材料适合于用在本发明中，即这种材料的晶体结构具有要求的石墨化程度，并可以分层。这种石墨的灰份最好小于20％。用于本发明的石墨最好具有至少约94％的纯度。在最优选实施例中，所用的石墨其纯度至少约98％。

在Shane等的美国专利NO.3404061中说明一种制造石墨薄片的普通方法，该专利已作为参考文献包含在本文中。在Shane等方法的一般作法是，使石墨片分散在溶液中，从而使得到天然片状石墨插层化，该溶液包括例如硝酸和硫酸的混合溶液，最好每100份重量的片状石墨添加约20-300份重量的插层溶液(pph)。该插层溶液包含在这种技术中已知的氧化剂和其它插层剂。例子包括包含氧化剂和氧化混合物的插层剂，例如插层溶液包含硝酸、氯酸钾、铬酸、高锰酸钾、铬酸钾、重铬酸钾、过铬酸等，或者包含混合物，例如浓缩的硝酸和氯酸盐、铬酸和硫酸、铬酸和磷酸、硫酸和硝酸，或者强有机酸的混合物，例如三氟乙酸和在有机酸中可溶的强氧化剂。还可以采用电位来引起石墨的氧化。电解氧化时可以加入到石墨晶体中的化学物包括硫酸以及其它的酸。

在优选实施例中，插层剂是硫酸或者硫酸和磷酸与氧化剂即硝酸、过铬酸、铬酸、高锰酸钾、过氧化氢、碘酸或者过碘酸的混合溶液等，虽然不是太好，但是插层溶液可以包括金属卤化物例如三氯化铁以及与硫酸混合的三氯化铁，或者卤化物例如溴和硫酸中的溴或者有机溶剂中的溴。

插层溶液的量约20-150pph，通常约50-120pph。在片状石墨中加入插层剂后，将过量的溶液从石墨片中排出，然后用水洗石墨片。

或者可以将插层溶液的量限制在约10-50pph，这样，便不需要美国专利NO.4895713中说明的水洗步骤，该专利已作为参考文献包含在本文中。

用插层溶液处理过的片状石墨颗粒可以选择性与还原性有机试剂接触例如混合。这种有机试剂选自醇类、糖类、醛类和酯类，这些有机试剂可以在约25-125℃间的温度下与氧化插层溶液的表面膜发生反应。有机还原试剂在分层时可以增加膨胀体积(也称为“蠕虫状体积”)，称为膨胀助剂，特别适合的有机试剂包括十六醇、十八醇、1-辛醇、2-辛醇、癸醇、1，10癸二酰、癸醛、1-丙醇、1，3丙二酰、乙二醇、聚丙二醇、葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、马铃薯淀粉、乙二醇一硬酸酯、二乙二醇二苯甲酸酯、丙二醇一硬酸酯、甘醇一硬酸酯、二甲基osylate、二乙基osylate、甲酸甲酯、甲酸乙酯、抗坏血酸和木质素衍生的化合物例如木素磺酸钠。有机还原试剂的量为片状石墨颗粒重量的约0.5-4％比较合适。

可以加入到插层溶液中或者在加入插层液前添加到片状石墨中的其它类型膨胀助剂是羧酸，这种助剂可与上述有机还原剂协同操作。在本文中的膨胀助剂最好能够充分溶解在插层溶液中，以便改善膨胀。更严格说来，最好是排它性地应用包含碳、氢和氧的这类有机试剂。适用于膨胀助剂的羧酸可以选自芳香族的、脂肪族的或者环脂肪族的、直链或者支链的、饱和和非饱和的单羧酸、二羧酸和聚羧酸，这些羧酸具有至少一个碳原子，最好达到约15个碳原子，这些羧酸可溶解在插层溶液中，其量达到可以有效使分层的一个或者多个方面得到显著改进。可以应用适当的有机溶剂来改进有机膨胀助剂在插层溶液中的溶解性。

饱和脂肪羧酸的代表性例子是分子式H(CH₂)_nCOOH表示的酸，在该分子式中，n是0-约5，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸等。硫酸、硝酸和其它的已知水性插层剂能够分解甲酸，最后分解成水和二氧化碳。因此，甲酸和其它灵敏的膨胀助剂最好在片状石墨浸入水性插层剂之前与片状石墨接触。代表性的二羧酸是具有2-12个碳原子的脂肪二羧酸，具体是草酸、延胡索酸、丙二酸、马来酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、1，5-戊二羧酸、1，6-己二羧酸、1，10-癸烷二羧酸、环己烷-1，4-二羧酸和芳香二羧酸例如苯二甲酸或者对苯二酸。代表性的环脂肪酸是环己烷羧酸，代表性的芳香羧酸是苯甲酸、萘酸、邻氨基苯甲酸、对氨基苯甲酸、邻-，间-和对-甲苯酸、甲氧基苯甲酸和乙氧基苯甲酸、乙酰乙酸氨基苯甲酸和乙酰氨基苯甲酸、苯乙酸和萘酸。

插层溶液是水溶液，最好包括约0.2-10％的羧酸膨胀助剂，该量可以有效增强分层作用。在浸入水性插层溶液之前使甲酸接触片状石墨的实施例中，可以用适当装置与石墨混合，例如用V-混合器混合，混合的量约为片状石墨重量的0.2-10％。

在片状石墨加入插层剂之后，将插层剂包裹的片状石墨与有机还原剂混合，随后将该混合物暴露在约25-125℃的温度下，使该还原剂与包裹的插层剂进行反应。加热的时间长到约20小时，在上述温度范围内，对于较高的温度可以达到较短的加热时间例如约为10分钟。在较高温下，可以采用半个小时的时间或者更少的时间，例如约10-25分钟。

由此处理过的石墨颗粒有时称为“加入插层剂的石墨颗粒”。在受到高温例如至少约160℃温度作用下，特别是在约700-1000℃或更高温度的作用下，加插层剂的石墨颗粒便膨胀，沿“c”方向即沿垂直于石墨颗粒晶面的方向以蠕虫状的方式膨胀，膨胀到超过原来体积的80-1000倍或者更多倍。这种膨胀的即分层的石墨颗粒在外观上为蠕虫状，因此通常称为蠕虫状石墨。然后在将这种蠕虫状石墨一起压缩成柔性石墨薄片，这种柔性石墨薄片和原来的片状石墨不同，可以切割成各种形状，并且如下面说明的，由于机械压实而具有小的横向开孔。

柔性石墨薄片或箔片是粘着的，具有良好的处理强度，并适合于采用例如滚压法压缩成厚度约为0.075-3.75cm的厚度，其典型的密度约为0.1-1.5g/cm³，可以将约1.5-30％重量的陶瓷加入剂与加插层剂的片状石墨混合，如美国专利NO.5902762(已作为参考文献包含在本文中)所述。以便在最后的柔性石墨制品中提高树脂浸润性。加入剂包括长度约为0.15-1.5mm的陶瓷纤维颗粒。该颗粒的宽度在约0.04-0.004mm比较合适。该陶瓷纤维颗粒是非反应性的颗粒，不能粘附在石墨上，而且在1100℃最好在约1400℃或更高的温度下是稳定的。实用的陶瓷纤维颗粒用浸解的石英玻璃纤维、碳纤维和石墨纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维和氧化镁纤维、天然存在的矿物纤维例如偏硅酸钙纤维、钙铝硅酸盐纤维、氧化铝纤维等形成。

现在参看附图，图中示出本发明制造的热控制系统，该系统总的用编号10表示。应当注意到，为了简明起见，在所有附图中，不是系统10的所有部件或者器件都被表示出来和/或标注出来。另外，按照本发明的用法，术语“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等是指在图3和图4所示的方向时的热控制系统10。然而技术人员应当明白，该热控制系统10在使用时可以采用任何特定的方向。

该热控制系统10预定用来促使热量从热源具体是从电子器件100上散去。电子器件100可以包括电子器件或部件，这些器件可以产生足够大的热量，这些器件如果不散热将干扰电子器件100的操作，或者干扰电子器件100是一个元件的电子系统的操作。电子器件100可以包括微处理器或者计算机芯片、集成电路、光学装置例如激光或者场效应晶体管(FET)的控制电路或者其部件，或者其它类似的电子元件。电子器件100包括至少一个表面100a(称为“外表面”)，热量将从该表面散去，该表面可以用作为从电子器件100上散热的热源。

下面参考图1、2和3，本发明的热控制系统10包括热界面20。该热界面的主要作用是与电子器件100的外表面100a形成充分的导热结合，而不需要施加很不希望的压力。取决于热控制系统10其它组成的特性，热界面20的第二作用是增加电子器件100表面100a的有效表面积，从而有利于电子器件100的散热。如上所述，有效的热传导(即很低的热阻)对于电子器件的操作性和寿命是很重要的。

为此，热界面20最好包括柔性石墨薄片。所谓柔性石墨薄片是指一种压缩的分层石墨薄片，特别是天然石墨薄片。或者，该柔性石墨薄片可以通过高聚合物膜的热解来生产。如上所述，石墨是一种碳的结晶形态，包括在平的分层平面上共价键结合的而在平面之间具有弱结合力的原子。通过处理石墨颗粒例如处理天然片状石墨颗粒，加入例如硫酸和硝酸溶液，则石墨的晶体结构将发生反应，形成石墨和插层剂的化合物。处理过的石墨颗粒称为“加插层剂的石墨颗粒”。在受到高温作用时，加插层剂的颗粒在尺寸上在一个方向膨胀，即沿“c”方向即在垂直于石墨晶体表面的方向以褶皱形式膨胀，膨胀到比原来体积大80倍或更多倍。分层的石墨颗粒在外观上为蠕虫状，因此通常称为蠕虫状石墨。然后将该蠕虫状石墨压缩成柔性石墨薄片，该石墨薄片和原来的片状石墨不同，可以形成和切割成各种各样的形状。

在按需要制造出柔性石墨薄片以后，可以将其切割成形成热界面20的尺寸。依据其应用，还可将所需尺寸的许多柔性石墨薄片用压敏粘接剂例如丙烯酸粘接剂层合在一起，形成一种叠层，由此形成热界面20，但是应当认识到，(使用中间粘合剂)所层合的层数越多，则所需的热特性则越降低，因此热界面20最好只有一层柔性石墨薄片。

包含本发明的热界面的柔性石墨薄片其厚度较好在0.05-1.0mm之间，最好在0.1-0.5mm之间。可以用在本发明中的一种石墨薄片产品可以从Graftech Inc.，Lakewood公司买到，其商品名为eGraf^TM注册商标。另一种实用的柔性石墨薄片是热解石墨薄片，例如可以从日本Matsushita Electric Components Company Ltd.，Ceramicdivision买到，其商品名为Panasonic PGS。

采用本发明热界面20的一个优点是其贴合性好。因为电子器件100的外表面100a一般由金属材料或者陶瓷材料或者其它的类似材料构成，所以外表面100a的表面一般不是很平滑的(即使用眼睛看起来似乎是平滑的，或者摸起来是平滑的)，但是在表面上还是存在一些表面的形变和凹凸不平，或者具有“峰”和“谷”。这样，便在热界面的表面和散热器和/或热源之间形成起热绝缘作用的空气间隙。

因为这种表面形变，所以在与也有表面变形的金属的(例如铜)或者其它类型的散热器(例如石墨散热器)形成牢靠的导热接触时，如果不施加很大的压力，进行导热接触是很难的。

在过去，在散热器和热源之间为了达到金属与金属的接触，通常需要施加的压力远远超过50英镑/英寸¹。这种压力很容易损坏电子器件100。

为了克服此问题，可以采用本发明的热界面。本发明的热界面包括含有油的柔性石墨薄片，油/石墨薄片组合提高了贴合性，因此降低了传热热阻。不受到任何理论约束，油可以取代存在于相应连通部分的空气。另外这种油可使石墨变“柔”，而且能使热源/冷却组件的表面变形和凹凸不平更为改善。

在本发明中使用的油包括各种各样的物质，例如包括矿物油、植物油、动物油、香精油、石油、合成油例如硅油及这些油的混合物。用于本发明的矿物油包括例如链烷矿物油、环烷矿物油、中间基的矿物油等等。用在本发明中的矿物油通常是石油提炼的，包括脂肪族油、芳香族油和混合油。用在本发明中的具体矿物油包括中性油、中等比重的中性油、比重重的中性油、光亮油和普通的润滑剂例如发电机油和医用油例如精炼的石蜡油。用在本发明中的植物油主要是从种子和果核中提炼出来，包括菜籽油、芥子酸含量很低的菜籽油(canola油)、大豆油、玉米油、棉籽油、亚麻籽油、橄榄油、桐油、花生油、meadowfoam油、葵花籽油、大豆油、红花油、gogoba油、棕榈油、蓖麻油、可可核油等。例如可以从原生改性油厂取得植物油，或者该植物油可以用水洗方法、精炼方法、酯化方法、水解方法等进行改性。用在本发明中的动物油包含鱼油、鱼肝油、油酸等。用在本发明中的香精油包括从植物的花、茎和叶子提炼出的液体，经常用整个植物提炼。这种油包括通常用在化妆品中的油。另外，传统的食用油可以用在本发明中。这些油从果实或者种子和植物得到，最普通的是玉米油、可可果核油、大豆油、橄榄油、棉子油和红花油。这些油具有不同的饱和程度。最后，合成油可以用在本发明中。合成油是酯类油、聚α-烯烃低聚物或者烷化苯。

对本发明用油的主要要求包括在室温下液体的稳定性，使得油可以由石墨薄片吸收，并且其导热性高于在石墨薄片中毛细孔中存在的空气。在更广泛意义上讲，用在本发明中的油应是导热性高于空气的可以由石墨薄片吸收的液体。

用在本发明中的油在37.8℃下，其黏度约为1-400厘泊比较好，最好约为2-200厘泊，最好约为10-50厘泊。

在石墨薄片中存在的油量约在2-75％重量之间比较好，更好约为10-55％重量，最好在约15-40％重量。在优选实施例中，油被加到这样的程度，使得石墨薄片的毛细孔基本上由油充满。换言之，当油被吸收到石墨薄片中时，用油代替了毛细孔中存在的空气。由于不同的石墨薄片具有各种量的毛细孔，而且不同的油具有不同的重量，所以在石墨薄片中存在的油的重量百分数可以变化。

最好采用扩散法、清渍法、浸没法或者任何其它的合适方法，将油加到石墨薄片上。石墨薄片的表面吸收油，形成一种没有明显油性或油质的表面。

因为本发明的热界面20更容易贴合电子器件100外表面100a以及散热器的表面形状，所以可以在电子器件100和具有表面形态的散热器之间达到良好的热接触。

本发明的热界面20可以用若干种方法粘接在或者装在电子器件100的外表面100a上。例如，可以采用压敏的热触发的粘接剂薄层将热界面20装在电子器件100上。另外，当采用散热器时，该热界面20可以加在散热器和电子器件100之间。技术人员应当看出，可以用其它的同样有效的方法将热界面20粘接或者装在电子器件100上。

参考图4，本发明的热控制系统10最好还包括散热器制品30，该散热器成形为具有可以形成集热表面30a和至少一个散热表面32。当热散热器30的集热表面30a与热源即电子器件100的外表面接触时，热量便经散热器30的至少一个散热表面32散去外表面30a上的热。

本文所说的散热表面是指散热器30的表面积，从外表面100a传送(在存在热界面20时通过该热界面传送)到散热器30上的热量从该散热表面散到环境中。散热器30的至少一个散热表面32通常是可以采用例如风扇(未示出)使空气或者其它冷却流体流过散热器30的散热器30的表面。为了尽量增加从散热器30传送到冷却流体的热量，散热器30的该至少一个散热表面32应当设计和/或成形为具有尽可能大的表面。

例如如图4所示，该散热器30的至少一个散热表面32包括翅片32a，该翅片形成在散热器30的表面上，对着集热表面30a，使得热量从集热表面30a传送到翅片32a，此时，穿过翅片32a的空气或者其它冷却流体可以从翅片32a吸收热量，由此带走该热量(进而带离电子器件100)。设计人员可以选择翅片32a的数目、尺寸和形状，以便在冷却流和表面积之间达到平衡。例如，更多的翅片将会增加表面积，而且各个翅片变得更薄，其间的空间也更小，但是这样可能影响冷却流体的流动；同样，较少的大翅片32其空间变得较大，这样会得到更大的热对流效率，但是面积变小。

下面的例子进一步说明了本发明，但是该例子不以任何方式限制本发明。

例子

将加插层剂的天然片状石墨进行分层，得到热界面材料，再将得到的界面材料压缩和滚压成厚度为0.254mm的石墨薄片。在接触压力为16磅/英寸²的条件下测量该材料的热特性。其接触热阻是1.09cm²°K/W，热导率为5.2W/m°K。然后，在热界面材料上均匀涂上轻质矿物油，使油浸入界面材料。由石墨薄片吸收的油的重量为总重量的50％。这种材料的接触热阻降低到0.79cm²°K/W(提高28％)，而热导率增加到6.13W/m°K(提高18％)。

所有在本申请中引用的专利和公开物均作为参考包含在本文中。

虽然已经说明本发明，但是可以明显看出，本发明可以以很多方式变化，这种变化不应当认为超出本发明的精神和范围，技术人员可以明显看出所有这些变化均包含在以下权利要求书的范围内。

Claims (37)

1.一种热界面材料，其包括：

柔性石墨薄片制品，该薄片制品包含油。

2.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，该油是矿物油、植物油、合成油、香精油、食用油、动物油和这些油的混合油。

3.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，该油是矿物油。

4.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，该油存在的量占该柔性石墨薄片制品重量的2-75％。

5.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，该油存在的量占该柔性石墨薄片材料重量的约10-55％。

6.如权利要求3所述的热界面材料，其特征在于，该矿物油存在的量为占该柔性石墨薄片制品重量的约2-75％。

7.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，该柔性石墨薄片的厚度约为0.05-1.0mm。

8.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，该油的黏度约为1-400厘泊。

9.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，该柔性石墨薄片是各向异性的。

10.一种热控制系统，其包括：

(1)具有外表面的热源；

(2)热界面，该界面包括含有油的柔性石墨薄片制品，该热界面与该热源的外表面在操作上连通；

(3)散热部件，该散热部件具有集热表面和散热表面，该集热表面与该热界面在操作上连通；

其中，在操作上与热界面连通的该集热表面可以散去来自该热源的热量。

11.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该油是矿物油、植物油、合成油、香精油、食用油、动物油以及这些油的混合物。

12.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该油是矿物油。

13.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该热源是电子器件。

14.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该柔性石墨薄片制品是各向异性的。

15.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该热界面的平面面积大于该热源的该外表面的面积。

16.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，通过压缩天然石墨的分层颗粒形成该柔性石墨薄片制品。

17.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该热界面材料的厚度约为0.05-1.0mm。

18.一种热控制系统，包括：

(a)热源，该热源包括电子器件，该热源具有外表面；

(b)热界面，该热界面具有各向异性的柔性石墨薄片制品，该制品具有两个平行的平表面，该平表面沿平行于该薄片中的石墨晶体结构的平面方向延伸，该热界面的第一平表面在操作上与该热源的该外表面接触，其中，该石墨薄片包括重量百分比为至少2％的矿物油；该热界面的该第一平表面的平面面积大于该热源的该外表面的面积；

(c)散热器，其包括集热表面和至少一个散热表面，该散热器的该集热表面在操作上与热界面的第二平表面接触。

19.如权利要求18所述的热控制系统，其特征在于，该石墨薄片包含约2-75％重量的矿物油。

20.如权利要求18所述的热控制系统，其特征在于，该石墨薄片包括约10-55％重量的矿物油。

21.如权利要求18所述的热控制系统，其特征在于，该矿物油的黏度约为10-50厘泊。

22.一种制造热界面材料的方法，其包括以下步骤：

(a)提供柔性石墨薄片材并提供油；

(b)使上述油接触该石墨薄片，直至约2-75％重量的油被吸收到该热界面材料中。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该油是矿物油、植物油、合成油、香精油、食用油、动物油和这些油的混合物。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该油是矿物油。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，约2-75％重量的矿物油被吸收到热界面材料中。

26.一种接权利要求22制成的热界面材料。

27.一种按权利要求25制成的热界面材料。

28.一种除去来自热源的热量的方法，其包括：

(a)提供一散热器，并提供一热界面，该热界面包括各向异性的柔性石墨薄片制品，该制品具有第一和第二平行的平表面，并具有结合到该石墨薄片中的约2-75％重量的矿物油；

(b)使该热界面的第一平行表面与该热源形成热传导接合，并使该热界面的第二平行表面与该散热器形成热传导接合；和

(c)将来自该热源的热量经该热界面传导到该散热器。

29.如权利要求1所述的热界面材料，该油包括酯类油。

30.如权利要求1所述的热界面材料，该油包括聚α-烯烃低聚物。

31.如权利要求1所述的热界面材料，该油包括烷化苯。

32.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该油包括酯类油。

33.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该油包括聚α-烯烃低聚物。

34.如权利要求10所述的热控制系统，其特征在于，该油包括烷化苯。

35.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该油包括酯类油。

36.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该油包括聚α-烯烃低聚物。

37.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该油包括烷化苯。

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