CN1893804A - 散热片材和散热结构体 - Google Patents

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Abstract

散热结构体(11)具有散热片材(21)、壳体(12)和发热体(13)。散热片材(21)具有石墨片(22)和设置在其表面(22a)上的电绝缘弹性层(23)。石墨片(22)的平均厚度小于或等于300μm。弹性层(23)由包含颗粒状导热性填料的弹性组合物形成。弹性层(23)的平均厚度是10μm至280μm。导热性填料的平均粒径小于或等于弹性层(23)的平均厚度的50％。该弹性组合物中，导热性填料的含量大于或等于30体积％，并且平均粒径大于或等于弹性层(23)的平均厚度的95％的导热性填料的含量小于15体积％。壳体(12)内的自由空间(12a)小于壳体(12)容积的20％。

Description

散热片材和散热结构体
技术领域
本发明涉及一种用于散逸由发热体产生的热的散热片材以及配备所述散热片材的散热结构体。
背景技术
存在于例如便携式电话等电子装置中的电子组件和其它发热体的安装密度已随着这些装置的小型化和薄型化而日趋提高，同时这些电子装置的热容量也在降低。此外，随着电子装置的防水性和防尘性的改善，这些装置的密闭程度也在增加。因此，除了从发热体产生的热易于在电子装置内局部积聚以外，电子装置壳体表面的温度往往也容易升高。结果，加之发热体容易因为蓄热而受到损坏，因为该电子装置内的局部蓄热导致的壳体表面温度局部升高，更可能导致该电子装置使用者的不适。因此，必须避免电子装置内的局部蓄热，并且从发热体产生的热的扩散已成为重要课题。
过去，使用石墨片在有限狭窄空间中高效地扩散产生的热。在发热体上设置石墨片，并且迫使所产生的热在平行于石墨片表面的方向上散逸。然而，石墨片具有以下问题。
(1)因为石墨片具有粗糙表面以及较大的刚性，所以即使在施加高负荷使其粘附至发热体的情况下也无法获得对发热体的足够粘附性。结果，存在不能充分降低对发热体的接触热阻的情况。此外，存在对发热体上的石墨片施加高负荷时对发热体具有不利影响的情况。
(2)可以例如通过改变石墨片内部的石墨晶体结构以增加沿着石墨片厚度方向的导热系数，从而能够更高效地进行从发热体向石墨片的热传导。然而，在这种情况下，因为平行于石墨片表面方向的导热系数降低，石墨片的热扩散效果消失。
(3)因为石墨片具有令人满意的导电性，在优选石墨片不表现出导电性的情况下，需要对石墨片采取绝缘措施。
(4)因为石墨片缺乏粘性，需要使用粘着剂将石墨片贴附至发热体。因此，将石墨片贴附至发热体是很麻烦的，而且，由于设置在发热体和石墨片之间的粘着层的厚度和导热性所致，石墨片的散热效果可能降低或变得不稳定。此外，在使用粘着剂将石墨片贴附至发热体后，当因为例如修正贴附位置等原因将石墨片从发热体上脱离之后再次贴附石墨片时，石墨片内部所层压的石墨层之间会出现层间分离，使得石墨片易受损伤。因此，石墨片具有较低的再次加工性(再贴附的容易程度)。
日本特开2003-168882公开了具有高刚性的石墨片和在所述石墨片上设置有柔性聚合物材料层的散热片材，以克服石墨片的上述问题。该散热片材的目的在于用聚合物材料层克服石墨片的上述问题。然而，日本特开2003-168882的散热片材不能充分克服上述问题，并且仍然具有改进的余地。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够优选用于散逸从发热体产生的热的用途的散热片材以及散热结构体。
为了实现本发明的上述和其它目的，提供了与发热体一起使用的散热片材，该散热片材包含石墨片和电绝缘弹性层。所述石墨片设置在发热体上。所述电绝缘弹性层设置在所述石墨片的与发热体相对的表面上。该石墨片具有小于或等于300μm的平均厚度。该弹性层由包含聚合物基质和颗粒状导热性填料的弹性组合物形成。该弹性层具有10至280μm的平均厚度。该导热性填料的平均粒径小于或等于所述弹性层的平均厚度的50％。该弹性组合物的导热性填料含量为大于或等于30体积％，并且对于所述导热性填料中平均粒径大于或等于所述弹性层的平均厚度的95％的导热性填料，该导热性填料在所述弹性组合物中的含量小于15体积％。
本发明还提供了包含所述散热片材、壳体和设置在该壳体内的发热体的散热结构体。所述散热片材设置在该发热体上，使得所述弹性层的表面接触该发热体。该壳体的自由空间的体积小于所述壳体的容积的20％。
根据下列说明，并结合附图，举例说明本发明的原理，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
附图说明
通过参考对本发明的优选实施方案的下列说明，并结合附图，可以较好地理解本发明及其目的和优点，所述的附图中：
图1是本实施方案的散热片材的横截面图；
图2是散热片材的横截面图；
图3A是陶瓷加热器和散热片材的平面图；和
图3B是陶瓷加热器和散热片材的横截面图。
具体实施方式
下列提供了对实施方案的详细说明，这些实施方案以基于附图的散热结构体来实现本发明。
如图1所示，本实施方案的散热结构体11具有散热片材21、壳体12和设置在所述壳体12内的多个发热体13。散热片材21具有石墨片22、设置在所述石墨片22的表面22a上的弹性层23以及设置在石墨片22和弹性层23之间的阻挡层24。
将石墨片22设置在发热体13上，在散逸从发热体13产生的热量的同时，所述热量在平行于石墨片22的表面22a的方向上扩散，以防止在发热体13的内部和附近积蓄热量。
石墨片22的实例包括其原料为天然石墨的天然石墨片、其原料为人造石墨的人造石墨片、和其原料为天然石墨和人造石墨的混杂石墨片。石墨片22具有导热性和导电性。石墨片22的导热性主要表现在平行于石墨片22的表面22a的方向上。即，在平行于石墨片22表面22a方向上的导热系数是例如100至800W/mK，其与石墨片22的厚度方向上的导热系数相比极高。因此，石墨片22容易以平行于其表面22a方向扩散热量。在平行于天然石墨片表面的方向上的导热系数的下限是例如100W/mK，同时在平行于人造石墨片或混杂石墨片的表面方向上的导热系数的下限是例如400W/m·K。
石墨片22的平均厚度是小于或等于300μm，优选80至130μm。如果石墨片22的平均厚度超过300μm，因为石墨片22由其材料性能所致而具有高刚性，所以石墨片22的柔性降低，结果，散热片材21的柔性降低。如果石墨片22的平均厚度低于80μm，因为石墨片22变得过薄，所以它变脆并且易于断裂，同时还具有导致石墨片22的热容量降低的风险。
弹性层23由包含聚合物基质和颗粒状导热性填料的弹性组合物形成。弹性层23设置在石墨片22的一对表面22a中与发热体13相对的表面22a整个面上。当散热片材21贴附至发热体13时，在发热体13和石墨片22之间插入弹性层23，并促进从发热体13向石墨片22的热传导。弹性层23具有电绝缘性质以及由聚合物基质带来的柔性。
聚合物基质将导热性填料保持在弹性层23内。根据弹性层23的必要性能例如耐热性、耐化学性、生产性能或柔性，选择聚合物基质，并选择热塑性或热固性聚合物材料用作聚合物基质。热塑性弹性体是热塑性聚合物材料的实例，而交联橡胶是热固性聚合物材料的实例。
热塑性弹性体的实例包括苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和其氢化聚合物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物和其氢化聚合物、苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体和聚酰胺类热塑性弹性体。
交联橡胶的实例包括天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙烯-丙烯共聚物橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、聚异丁烯橡胶和丙烯酸橡胶。
其中，优选为选自硅橡胶、聚异丁烯橡胶和丙烯酸橡胶中的至少一种，因为，这样，弹性层23的柔性较高，并且其它基本性能例如耐热性和温度特性和电可靠性较高。
导热性填料可通过增加弹性层23的导热系数来增强弹性层23的导热性。尽管对导热性填料的材质没有特定限定，只要它能使弹性层23表现出电绝缘性质即可，但是，因为弹性层23的导热系数较高，所以优选所述导热性填料为选自以下物质中的至少一种：氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化锌、硅石(二氧化硅)、云母和锌白。
导热性填料的平均粒径等于或小于弹性层23的平均厚度的50％，并且优选是弹性层23的平均厚度的1％至45％。如果导热性填料的平均粒径超过弹性层23的平均厚度的50％，则会在弹性层23的表面23a上形成由导热性填料所致的表面凹凸，导致弹性层23的表面23a的平滑性的降低。在导热性填料平均粒径小于弹性层23的平均厚度1％的情况下，因为弹性组合物中所包含的导热性填料的比表面积变得过大，弹性组合物的粘度变得过高，有可能难以制备弹性组合物及形成弹性层23。导热性填料的形状优选是球形。这是因为，除了抑制弹性组合物中导热性填料的二次聚集之外，还可以抑制弹性组合物的粘度增加，同时也可以抑制由导热性填料的形状所致而在弹性层23的表面23a中形成表面凹凸。
弹性组合物中导热性填料的含量大于或等于30体积％，并优选为40至75体积％。如果导热性填料的含量小于30体积％，则因为弹性层23中导热性填料的含量过低，弹性层23的导热系数降低，并且弹性层23的导热性降低。如果导热性填料的含量超过75体积％，除了弹性层23的柔性降低以外，还会存在弹性层23的表面23a的平滑性降低的风险。
此外，弹性组合物中的平均粒径大于或等于弹性层23的平均厚度的95％的导热性填料(以下简称大粒径填料)的含量小于15体积％。如果大粒径填料的含量大于或等于15体积％，则因为在弹性层23的表面23a中形成由大粒径填料所致的较大的表面凹凸，弹性层23的表面23a的平滑性显著降低。弹性组合物中大粒径填料的含量越小，弹性层23的表面23a的平滑性增加得越多。因此，弹性组合物优选不包含大粒径填料。除了上述各组分以外，弹性组合物还可以包含例如用于增强弹性层23的耐用性的稳定剂。
弹性层23的硬度优选是小于或等于40，更优选小于或等于30。如果弹性层23的硬度超过40，则存在弹性层23不能表现出足够柔性的风险。对弹性层23的硬度的下限没有特定的限定。如果弹性层23的硬度小于或等于30，则弹性层23具有合适的粘性。遵照国际标准ISO7619-1(日本工业标准JIS K-6253)用A型硬度计测量弹性层23的硬度。
弹性层23的平均厚度是10至280μm，优选为20至170μm。如果弹性层23的平均厚度小于10μm，则因为弹性层23过薄，弹性层23不能充分追随发热体13的表面形状，结果散热片材21追随发热体13表面形状的能力降低，导致散热片材21的接触热阻的增加。此外，存在散热片材21表现出导电性的情况。如果弹性层23的平均厚度超过280μm，因为从发热体13产生的热向石墨片22的传导所需的时间变长，散热片材21的散热效率降低。此外，会增加由散热片材21施加至发热体13的载荷，或在壳体12内安装散热片材21所用的空间会变大。
尽管本实施方案的弹性层23设置在整个石墨片22上，但对弹性层23的尺寸和石墨片22的尺寸之间的关系没有特别限定，而且，如图2所示，弹性层23可以小于石墨片22。此时，在石墨片22的表面22a上相应于发热体13的位置设置弹性层23。类似地，尽管对弹性层23的尺寸和发热体13的尺寸之间的关系没有特殊限定，但因为弹性层23能够高效地将进行从发热体13向石墨片22的热传导，优选将弹性层23至少设置在整个发热体13之上。此外，可以在石墨片22的表面22a上设置多个弹性层23。例如，在单个散热片材21的两面上设置多个发热体13的情况下，在散热片材21的每个表面22a上对应于发热体13的位置设置弹性层23。在这种情况下，由单个散热片材21散逸多个发热体13的热。
阻挡层24可抑制弹性层23中的聚合物基质向石墨片22方向迁移。此外，除了增强石墨片22和弹性层23之间的粘着性，阻挡层24还可通过由电绝缘材料形成来增强弹性层23的电绝缘性能。阻挡层24的材料实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚酰胺、聚碳酸酯及它们的合金。优选根据上述聚合物基质选择阻挡层24的材料。更具体地说，在聚合物基质是硅橡胶或聚异丁烯橡胶的情况下，阻挡层24优选由丙烯酸类树脂材料形成，而在聚合物基质是丙烯酸橡胶的情况下，阻挡层24优选由硅酮类树脂材料形成。
阻挡层24的平均厚度优选是小于或等于10μm。如果阻挡层24的平均厚度超过10μm，则从弹性层23向石墨片22的热传导容易被阻挡层24阻碍。对阻挡层24的平均厚度的下限没有特殊限定。
通过依次层压石墨片22、阻挡层24和弹性层23来制造散热片材21。对用于层压石墨片22和层23和24的方法没有特殊限定，可以在单独形成石墨片22和每个层23和24后，通过压着(crimp)或熔合依次在石墨片22上层压每个层23和24，或依次在石墨片22的表面22a上形成每个层23和24。
壳体12除了构成便携式电话或其它电子装置以外，还具有密闭性。壳体12内除了布置发热体13以外，还布置有例如基板14。壳体12内的自由空间12a的体积，即壳体12内的间隙，小于壳体12的容积的20％。如果壳体12内的自由空间12a的体积等于或大于壳体12的容积的20％，则因为壳体12变大，不能实现电子装置等的小型化。
发热体13安装在例如基板14上。发热体13的实例包括半导体器件和其它电子器件、电源和光源。发热体13的热密度通常大于或等于1W/mm2。
当将散热片材21贴附至发热体13时，在发热体13上放置散热片材21，使得弹性层23的表面23a接触发热体13。发热体13产生的热经由弹性层23和阻挡层24传导至石墨片22。此时，弹性层23内的导热性填料可促进向石墨片22的热传导。已经传导至石墨片22的热量在平行于石墨片22的表面22a的方向上进行扩散的同时，从石墨片22散逸。
以下提供了由上述实施方案表现出的效果的说明。
本实施方案的散热片材21具有石墨片22和弹性层23。石墨片22的导热性主要表现在平行于石墨片22的表面22a的方向上。弹性层23具有导热性填料，并且导热性填料的含量是大于或等于30体积％。此外，弹性层23的平均厚度的上限是280μm。因此，可以将由发热体13产生的热高效地传导至石墨片22，然后，在平行于石墨片22的表面22a的方向上扩散的同时，也从石墨片22散逸。由此，散热片材21能够高效地扩散由发热体13产生的热，从而可以避免电子装置等内的局部蓄热。
石墨片22的平均厚度是小于或等于300μm，并且弹性层23具有由聚合物基质带来的柔性。因此，散热片材21能够表现出优良的柔性。此外，弹性层23具有由聚合物基质带来的适度粘性。因此，除了表现出优良的处理和再加工性以外，散热片材21还能表现出令人满意的对发热体13的粘附性。
因为导热性填料的平均粒径小于或等于上述弹性层23的平均厚度的50％，而且平均粒径大于或等于弹性层23的平均厚度的95％的导热性填料的含量小于15体积％，所以弹性层23的表面23a具有高平滑性。此外，因为弹性层23的平均厚度的下限是10μm，弹性层23追随发热体13的表面形状的能力较高。因此，散热片材21能够充分地降低与发热体13的接触热阻，从而无需施加高负荷即可从发热体13散热。
因为阻挡层24阻碍弹性层23内的聚合物基质向石墨片22的迁移，所以可以抑制由所述迁移引起的弹性层23的厚度和硬度变化。因此，散热片材21的生产性能和储存性能可以保持稳定。
本实施方案的散热结构体11具有散热片材21，并且壳体12内部的自由空间12a的体积小于壳体12的容积的20％。因此，该散热结构体11能够实现由壳体12构成的电子装置的小型化和薄型化，同时避免局部蓄热。
上述实施方案可以通过如下所述的方式以变更来具体化。
还可以在石墨片22的表面23a上设置铝箔层。在这种情况下，可以仅在石墨片22的一对表面22a的其中一个表面上设置铝箔层，或可以将其设置在一对表面22a上。此外，可以在整个石墨片22上设置铝箔层，或可以仅设置在石墨片22的一部分上。设置在石墨片22和阻挡层24之间的铝箔层可促进从发热体13向石墨片22的热传导。石墨片22的表面23a上设置阻挡层24和弹性层23的位置以外的位置上所设置的铝箔层可促进从石墨片22散热。此外，铝箔层也起到石墨片22的增强材料的作用，例如能够抑制在处理或弯曲加工散热片材21期间石墨片22被破坏或从散热片材21上脱落。
弹性层23还可以具有纤维状导热性填料(以下简称纤维状填料)。纤维状填料的材料的实例包括碳、金属氮化物、金属氧化物、金属碳化物和金属氢氧化物。因为纤维状填料在弹性层23的厚度方向上具有较高的导热系数，所以优选沿着弹性层23的厚度方向取向。用于使纤维状填料取向的方法的实例包括对弹性组合物施加磁场、电场或振动。
还可以省去阻挡层24。
还可以在散热片材21上安装冷却部件例如散热器。在这种情况下，可以增加从发热体13散热的效率。
可以在石墨片22的表面23a上进行改善石墨片22的粘附性的表面处理。该表面处理的实例包括电晕放电处理、紫外线处理和偶联剂处理。
实施例
以下通过实施例和对比例提供了对上述实施方案更加详细的说明。
(实施例1-13和对比例1-14)
实施例1中，通过将作为导热性填料的球形氧化铝(Micron Co.，Ltd.，平均粒径：3.5μm)混入作为聚合物基质的硅酮凝胶(Dow Corning TorayCo.，Ltd，CY52-291)来制备弹性组合物，随后由所述弹性组合物形成弹性层23。此外，通过将2重量份固化剂(Kaneka Corp.，CR500)、1重量份的防老化剂和0.05重量份的催化剂混入作为丙烯酸类树脂材料的100重量份的聚丙烯酸酯(Kaneka Corp.，SA100A)来制备聚丙烯酸酯组合物。然后，将聚丙烯酸酯组合物涂布到石墨片22(GrafTech International Ltd.)的一个表面22a上，通过加热固化该聚丙烯酸酯组合物来形成阻挡层24。通过压着将弹性层23层压在阻挡层24上，以获得散热片材21。导热性填料的平均粒径、平均粒径大于或等于弹性层23的平均厚度的95％的导热性填料的含量、弹性组合物中导热性填料的含量、石墨片22和层23、24的平均厚度均列于表1。
实施例2至13中，以与实施例1相同的方法获得散热片材21，不同之处在于如表1和2所示变更导热性填料的粒径等。
对比例1至13中，以与实施例1相同的方法获得散热片材21，不同之处在于如表3和4所示变更导热性填料的平均粒径等。表1至4中，名称为“大于或等于95％的粒径的比例”的行中的各数值表示的是平均粒径大于或等于弹性层23的平均厚度的95％的导热性填料的含量，而名称为“含量”的行中的各数值表示的是弹性组合物中的导热性填料的含量。表3和4中，名称为“导热性填料”一栏中的名称为“平均粒径”等行中的符号“-”表明该弹性层23不具有导热性填料。名称为“平均厚度”一栏中的名称为“石墨片”等行中的符号“-”表明该散热片材21不具有石墨片等。对于散热片材21的各个实例，测量以下每个参数或予以评估。其结果列于表1至4。
<弹性层硬度>
对于具有弹性层23的散热片材21，使用A型硬度计遵照ISO 7619-1测量弹性层23的硬度。
<导热系数>
从各个实例的石墨片22和弹性层23获得圆板形测试片(直径：10mm)后，根据激光闪光法使用热常数测量装置(理学电机株式会社制造，LF/TCM-FA8510B)测量该测试片的导热系数。对于从石墨片22得到的测试片，分别在平行于测试片的表面的方向上和在测试片的厚度方向上测量导热系数。对于从弹性层23得到的测试片，在测试片的厚度方向上测量导热系数。将在平行于从石墨片22得到的测试片的表面方向上的导热系数列于名称为“石墨片(表面)”的行内，将在从石墨片22得到的测试片的厚度方向上的导热系数列于名称为“石墨片(厚度)”的行内，将在从弹性层23得到的测试片的厚度方向上的导热系数列于名称为“弹性层”的行内。
<热阻值>
在陶瓷加热器(坂口电热株式会社制造，Microceramic Heater(微型陶瓷加热器)MS-3，发热量：25W，上表面：10mm长×10mm宽)和作为冷却部件的散热器之间插入各实例的散热片材21，随后用加压机向散热片材21施加10N/cm2的载荷。然后，对陶瓷加热器通电，并将散热片材静置10分钟。10分钟后，对于散热片材21，测量在陶瓷加热器侧的表面22a的温度和在散热器侧的表面22a的温度，以便使用以下公式求得热阻值。公式中，θj1代表陶瓷加热器侧的表面22a的温度，θj0代表散热器侧的表面22a的温度。
热阻值(℃/W)＝(θj1-θj0)/陶瓷加热器的发热量(W)
<体积电阻率>
遵照国际标准IEC 60093(JIS K6911)测量各实例的散热片材21的体积电阻率。
<热扩散性>
如图3A和3B所示，将每个实例的散热片材21贴附至陶瓷加热器15(坂口电热株式会社制造，Microceramic Heater MS-3，发热量：9W，上表面：10mm长×10mm宽)，对陶瓷加热器通电，并将散热片材21静置10分钟。然后，10分钟后，测量陶瓷加热器15的上表面上的中心B处的温度。此外，测量散热片材21中一侧(不是与陶瓷加热器15相对的一侧)的表面上的与上述中心B对应的位置C处的温度，除此之外还测量了离陶瓷加热器15的中心为280mm的位置D处的温度。使用以下公式，根据中心B和位置C和D各处的温度求得各个温差。此外，在对比例14中，在省去散热片材21的状态下，通电10分钟后，测量陶瓷加热器15的上述中心B的温度。
ΔT1(℃)＝(在中心B处的温度(℃))-(在位置C处的温度(℃))
ΔT2(℃)＝(在位置C处的温度(℃))-(在位置D处的温度(℃))
<柔性>
基于其硬度等来评估各实例的散热片材21的柔性。各表中名称为“柔性”的行中，“3”表示该散热片材21表现出优异的柔性，而且散热片材21即使在弯曲时其表面中也没有形成折皱或裂缝。“2”表示该散热片材21表现出令人满意的柔性，在正常使用散热片材21期间该散热片材21的表面中没有形成折皱和裂缝。“1”表示该散热片材21具有低柔性，而且在散热片材21的表面中容易形成折皱和裂缝。
<形状追随性>
在评估热扩散性中当将各实例的每个散热片材21贴附至陶瓷加热器15时，评估各实例的散热片材追随陶瓷加热器15的表面形状的能力。各表中名称为“形状追随性”的行中，“3”表示该散热片材21表现出优异的形状追随性，而且散热片材21的接触热阻非常低。“2”表示该散热片材21表现出令人满意的形状追随性，而且该散热片材21的接触热阻较低。“1”表示该散热片材21具有低形状追随性，而且该散热片材21的接触热阻较高。
<粘着性>
对于各实例的散热片材21评估陶瓷加热器15侧的表面上的粘着性。各表的名称为“粘着性”的行中，“3”表示该散热片材21具有的粘着性使其能够表现出优异的再加工性。“2”表示该散热片材21具有轻微的粘着性，使其能够表现出令人满意的再加工性。“1”表示尽管该散热片材21具有粘着性，但因为该散热片材21的粘着性较低，所以它没有表现出再加工性。
<表面平滑性>
对于各实例的散热片材21，评估陶瓷加热器15侧的表面上的平滑性。各表的名称为“表面平滑性”的行中，“3”表示该散热片材21的表面具有高平滑性，而“2”表示该散热片材21的表面具有令人满意的平滑性。“1”表示该散热片材21的表面的平滑性较低，该散热片材21的表面上明显存在由导热性填料所产生的突起和由导热性填料的脱落产生的例如凹陷等表面缺陷。
<处理性>
对各实例的散热片材21的处理性进行评估。各表中的名称为“处理性”的行中，“3”表明散热片材21处理起来非常容易，“2”表明散热片材21处理起来较为容易，“1”表明难以处理散热片材21，而且难以在预定位置贴附散热片材21。
                                                                表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7
  导热性填料   平均粒径(μm)   3.5   3.5   3.5   8   3.5   10   3.5
  大于或等于95％的粒径的比例(％) 0.1 0 0 0 0 0 0
  含量(体积％)   54   54   54   71   54   67   67
  平均厚度(μm)   石墨片   80   80   80   80   80   130   130
  阻挡层   5   5   5   5   5   5   5
  弹性层   20   120   280   120   120   120   100
  弹性层硬度(A型)   23   23   23   26   40   24   24
  导热系数(W/m·k)   石墨片(表面)   240   240   240   240   240   240   500
  石墨片(厚度)   7   7   7   7   7   7   5
  弹性层   1.5   1.5   1.5   8   1.5   3   3
  热阻值(℃/W)   0.77   0.92   1.45   0.50   1.48   1.08   0.95
体积电阻率(欧姆·厘米) 1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010
热扩散性   在中心B的温度(℃)   106.1   105.4   106.3   97.7   106.5   102.3   100.9
  ΔT1(℃)   9.3   10.1   12.3   7.2   11.2   9.8   9.6
  ΔT2(℃)   33.1   33.3   32.9   33.4   33.5   33.3   28.8
  柔性   3   3   3   3   3   3   3
  形状追随性   2   3   3   3   2   3   3
  粘着性   3   3   3   3   3   3   3
  表面平滑性   2   3   3   3   3   3   3
  处理性   2   3   3   3   3   3   3
                                                        表2
  实施例8   实施例9   实施例10   实施例11   实施例12   实施例13
  导热性填料   平均粒径(μm)   8   45   45   3.5   8   3.5
  大于或等于95％的粒径的比例(％) 0 0 13 0 0 0
  含量(体积％)   71   67   67   54   71   54
  平均厚度(μm)   石墨片   130   130   130   80   80   80
  阻挡层   5   5   5   5   5   15
  弹性层   170   100   100   120   120   120
  弹性层硬度(A型)   26   25   26   60   72   23
  导热系数(W/m k)   石墨片(表面)   500   500   500   240   240   240
  石墨片(厚度)   5   5   5   7   7   7
  弹性层   8   3   3   1.5   8   1.5
  热阻值(℃/W)   0.75   0.98   1.02   1.92   1.67   1.23
  体积电阻率(欧姆·厘米)   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010
热扩散性   在中心B的温度(℃)   98.8   101.0   101.2   110.6   109.6   110.2
  ΔT1(℃)   7.8   10.0   10.8   12.6   11.5   13.0
  ΔT2(℃)   29.3   28.7   29.1   33.7   33.5   32.9
  柔性   3   3   3   2   2   3
  形状追随性   3   3   3   2   2   3
  粘着性   3   3   3   2   2   3
  表面平滑性   3   3   3   3   3   3
  处理性   3   3   3   3   3   3
                                                            表3
  对比例1   对比例2   对比例3   对比例4   对比例5   对比例6   对比例7
  导热性填料   平均粒径(μm)   -   -   3.5   3.5   -   -   55
  大于或等于95％的粒径的比例(％) - - 0 0 - - 17
  含量(体积％)   -   -   54   27   -   -   54
  平均厚度(μm)   石墨片   130   510   510   80   130   130   80
  阻挡层   5   5   5   5   5   5   5
  弹性层   -   -   80   120   -   -   120
  弹性层硬度(A型)   -   -   23   23   -   -   23
  导热系数(W/m·k)   石墨片(表面)   240   240   240   240   500   120   240
  石墨片(厚度)   7   7   7   7   5   16   7
  弹性层   -   -   1.5   0.3   -   -   1.5
  热阻值(℃/W)   0.80   3.88   1.71   3.16   1.09   0.55   1.11
体积电阻率(欧姆·厘米) 1.0×102 1.0×102   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010 1.0×102 1.0×102   大于等于1.0×1010
热扩散性   在中心B的温度(℃)   108.7   106.5   105.9   109.8   107.6   111.3   109.8
  ΔT1(℃)   10.8   15.1   13.5   12.3   11.1   8.5   11.2
  ΔT2(℃)   32.9   33.4   32.7   33.5   28.9   49.3   33.0
  柔性   3   1   1   1   3   2   3
  形状追随性   1   1   3   3   1   1   1
  粘着性   1   1   3   3   1   1   3
  表面平滑性   2   2   3   3   2   2   1
  处理性   2   2   3   3   2   2   3
                                                             表4
对比例8 对比例9   对比例10   对比例11   对比例12   对比例13   对比例14
  导热性填料   平均粒径(μm)   2   -   -   10   60   45   -
  大于或等于95％的粒径的比例(％) 4 - - 0 0 22 -
  含量(体积％)   46   -   -   67   67   67   -
  平均厚度(μm)   石墨片   100   200   300   -   130   130   -
  阻挡层   3   5   5   -   5   5   -
  弹性层   8   -   -   200   100   100   -
  弹性层硬度(A型)   -   -   -   24   27   27   -
  导热系数(W/m·k)   石墨片(表面)   240   240   240   -   500   500   -
  石墨片(厚度)   7   7   7   -   5   5   -
  弹性层   1.0   -   -   3   3   3   -
  热阻值(℃/W)   0.98   1.65   2.11   0.45   1.29   1.31   -
  体积电阻率(欧姆·厘米)   1.0×104   1.0×102   1.0×102   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010   大于等于1.0×1010 -
热扩散性   在中心B的温度(℃)   109.1   107.8   106.9   123.7   108.1   108.3   127.1
  ΔT1(℃)   10.5   11.7   13.1   6.5   11.5   12.0   -
  ΔT2(℃)   34.2   34.4   34.3   83.4   28.5   28.6   -
  柔性   3   3   2   3   3   3   -
  形状追随性   1   1   1   3   1   1   -
  粘着性   3   1   1   3   3   3   -
  表面平滑性   2   2   2   3   1   1   -
  处理性   2   2   2   1   3   3   -
如表1和2所示，对于实施例1至13，全部参数均获得优异的结果和评估值。因此，各实施例的散热片材21优选用于散逸由发热体13产生的热。
如表3和4所示，因为对比例1、2、5、6、9和10中的散热片材21不具有弹性层23，所以，与各实施例相比，例如散热片材21的形状追随性等参数较差。在对比例3中，因为石墨片22的平均厚度超过300μm，所以，与各实施例相比，柔性较差。在对比例4中，因为导热性填料的含量小于30体积％，所以，与各实施例相比，弹性层23的导热系数较低，并且热量积蓄在陶瓷加热器15内部。在对比例7和13中，因为平均粒径大于或等于弹性层23的平均厚度的95％的导热性填料的含量超过15体积％，所以，与各实施例相比，散热片材21的表面的平滑性较差。在对比例8中，因为弹性层23的平均厚度小于10μm，所以，与各实施例相比，散热片材21的形状追随性较差。在对比例11中，因为散热片材21不具有石墨片22，所以，与各实施例相比，热量积蓄在陶瓷加热器15内。在对比例12中，因为导热性填料的平均粒径超过弹性层23的平均厚度的50％，所以，与各实施例相比，散热片材21的表面的平滑性较差。在对比例14中，因为散热片材21没有贴附至陶瓷加热器15，所以，与各实施例相比，热量积蓄在陶瓷加热器15内。
本发明的实施例和实施方案应被视为说明性而非限制性，而且本发明不限于此处给出的细节，而是可以在所附的权利要求和其等效物范围内改变。

Claims (12)

1、一种与发热体一起使用的散热片材，该散热片材包含：
设置在所述发热体上的石墨片；
设置在所述石墨片上的与所述发热体相对的表面上的电绝缘弹性层，其特征在于：
所述石墨片的平均厚度小于或等于300μm；
所述弹性层由弹性组合物形成，该弹性组合物包含聚合物基质和颗粒导热性填料；
所述弹性层的平均厚度为10μm至280μm；
所述导热性填料的平均粒径小于或等于所述弹性层的平均厚度的50％；和
所述弹性组合物中导热性填料的含量大于或等于30体积％，对于所述导热性填料中平均粒径大于或等于所述弹性层的平均厚度的95％的导热性填料，该导热性填料在所述弹性组合物中的含量小于15体积％。
2、如权利要求1所述的散热片材，其特征在于，所述石墨片和弹性层之间设置有阻挡层，该阻挡层抑制所述弹性层内的聚合物基质向所述石墨片的迁移。
3、如权利要求2所述的散热片材，其特征在于，所述阻挡层的平均厚度小于或等于10μm。
4、如权利要求2所述的散热片材，其特征在于，所述聚合物基质是硅橡胶或聚异丁烯橡胶，并且所述阻挡层由丙烯酸类树脂材料形成。
5、如权利要求2所述的散热片材，其特征在于，所述聚合物基质是丙烯酸橡胶，并且所述阻挡层由硅酮类树脂材料形成。
6、如权利要求1所述的散热片材，其特征在于，所述石墨片的表面上设置有铝箔层。
7、如权利要求1所述的散热片材，其特征在于，所述石墨片的平均厚度为80μm至130μm，所述弹性层的平均厚度为20μm至170μm，所述导热性填料的平均粒径为所述弹性层的平均厚度的1％至45％，并且所述弹性组合物中的导热性填料的含量为40体积％至75体积％。
8、如权利要求1所述的散热片材，其特征在于，所述导热性填料的材料是选自以下物质中的至少一种物质：氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化锌、二氧化硅、云母和锌白。
9、如权利要求8所述的散热片材，其特征在于，所述导热性填料的材料是氧化铝。
10、如权利要求1所述的散热片材，其特征在于，所述弹性层的硬度小于或等于40。
11、如权利要求10所述的散热片材，其特征在于，所述弹性层的硬度小于或等于30。
12、一种散热结构体，该结构体包含：
如权利要求1至11中任一项所述的散热片材；
壳体；以及
设置在所述壳体内的发热体，其中：
所述散热片材设置在所述发热体上，以使得所述弹性层的表面接触该发热体；而且
所述壳体的自由空间的体积小于该壳体的容积的20％。
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