CN216491732U - 一种石墨烯导热垫片 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种石墨烯导热垫片，涉及导热垫片的领域。其包括多层依次堆叠的石墨烯膜，相邻所述石墨烯膜的层间涂覆有粘接剂；所述石墨烯膜上开设有若干贯穿石墨烯膜上下两侧的通孔，所述通孔沿石墨烯膜的叠层方向；所述通孔中填充有液态金属，且所述液态金属填充于石墨烯膜内部的空隙中。本申请通过多层石墨烯膜堆叠、并使用粘接剂粘连相邻的两层石墨烯膜得到具有高导热性能的石墨烯导热垫片，在此基础上，通过在石墨烯膜上开设通孔并在通孔中填充液态金属，液态金属在填充过程中渗入石墨烯膜内部的空隙中将石墨烯膜内部的空气排出并填充满石墨烯膜，降低了石墨烯膜的热阻，进一步提升了制得的石墨烯导热垫片的整体导热性能。

Description

一种石墨烯导热垫片

技术领域

本申请涉及导热垫片的领域，尤其是涉及一种石墨烯导热垫片。

背景技术

随着5G时代的到来，电子芯片工作频率不断升高，电子产品逐步向轻量化、高集成化的方向发展，导致设备的发热量大幅上升。多余的热量若不及时传导出去会极大地影响电子元器件的工作性能，严重时会造成电子器件寿命降低甚至失效。为了提升电子产品的散热性能，将电子器件产生的热量及时传导出去，业界开始采用热界面材料作为导热介质进行散热。热界面材料是用于涂敷在散热器件与发热器件之间，降低它们之间接触热阻所使用的材料的总称。

石墨烯作为一种由碳原子堆积而成的单层二维蜂窝状晶格结构的新型碳材料，具有优异的导热性能，是制作热界面材料的理性材料之一。石墨烯的理论热导率可以达到5300W/(m·K)，是常见金属的几十倍，目前以石墨烯为原料开发的石墨烯导热膜的导热系数最高可达2000W/(m·K)，较常规的石墨膜具有更好的导热性能，是一种可以应用于大热流密度的芯片散热领域的新型热界面材料。

石墨烯膜的内部结构存在比较多细微的空隙，这些空隙通常被空气填充，而空气的导热系数只有约0.024W/(m·K)，是热的不良体，石墨烯膜内部空隙中存在的空气严重影响了石墨烯膜的导热效果，使得石墨烯的导热性能大幅减弱。

实用新型内容

为了降低石墨烯膜内部的空隙率，进一步提升石墨烯的导热性能，本申请提供一种石墨烯导热垫片。

本申请提供的一种石墨烯导热垫片采用如下的技术方案：

一种石墨烯导热垫片，包括多层依次堆叠的石墨烯膜，相邻所述石墨烯膜的层间涂覆有粘接剂；所述石墨烯膜上开设有若干贯穿石墨烯膜上下两侧的通孔，所述通孔沿石墨烯膜的叠层方向；所述通孔中填充有液态金属，且所述液态金属填充于石墨烯膜内部的空隙中。

通过采用上述技术方案，液态金属也称块状非晶，原子呈无序排列，没有晶界，微观结构均匀，无析出相，并具有极佳的电性能和导热性能。液态金属的熔点较低并可调，可以通过较低的温度调节液态金属的状态形态。通过在石墨烯膜堆叠得到的块体上开设通孔，并在通孔中填充液态金属，在填充过程中，液态金属会渗入石墨烯膜内部的空隙中、排出空隙中的空气并将空隙填满，进而降低石墨烯膜因内部空隙中存在空气而带来的热阻，提升石墨烯膜导热垫片的热传导性能。

另外，由于石墨烯的导热性能具有各向异性，其在多层石墨烯膜层间方向上的导热效果较差，同时由于石墨烯膜相邻层通过粘接剂粘接，进一步降低了层间方向上的导热性能。将液态金属填充在通孔中以后，通过液态金属在石墨烯膜的层间方向上贯穿并连通所有石墨烯膜，使得制得的石墨烯导热垫片在石墨烯膜层间方向上的导热性能大幅提升，进一步提升石墨烯导热垫片的整体导热性能。

本申请中的液态金属可选为镓铟合金、铟锡合金、镓锡合金或者锡铋合金等低熔点合金材料。液态金属的熔点优选为50-80℃。制得的石墨烯导热垫片装配于电子产品上以后，当电子器件的发热量超过液态金属的温度时，液态金属受热熔融成液态，具有一定的流动性，其导热性能会进一步提升。

可选的，所述通孔的孔径为50-80μm，相邻所述通孔中心的间距为150-500μm。

通过采用上述技术方案，通孔的孔径大小会影响通孔中液态金属的填充量，开设通孔的密度会影响液态金属在石墨烯膜内部的渗入程度。经试验，相邻通孔中心的间距越小，即单位面积上开设的通孔的密度越大，液态金属在石墨烯膜内部的渗透程度越高，进而石墨烯膜内部的空隙越少，制得的石墨烯导热垫片的导热性能越好。但同时，石墨烯的力学强度也会降低。通过调整通孔孔径大小和密度进而调整液态金属在石墨烯膜内部填充程度。经试验，当通孔的孔径在50-80μm，同时相邻通孔中心的间距在150-500μm范围时，制得的石墨烯导热垫片兼具高导热性能和良好的力学强度。

可选的，所述粘接剂的厚度为30-100μm。

通过采用上述技术方案，粘接剂主要起到粘连相邻两层石墨烯膜、避免制得的石墨烯膜分层散开的作用。粘接剂的厚度过薄时其粘连性能较弱，难以达到很好的粘接效果；而粘接剂的厚度过后时会增加制得的石墨烯导热垫片的热阻，降低其导热性能。经试验，当粘接剂的厚度在30-100μm范围内时，能起到有效的粘接作用，同时不影响石墨烯导热垫片的导热性能。

可选的，石墨烯导热垫片的厚度为0.1-5㎜。

通过采用上述技术方案，石墨烯导热垫片的整体厚度会影响自身的力学强度以及组装产品的整体厚度。具体而言，石墨烯导热垫片过厚时，会占用较多的空间，导致应其组装后的产品的整体厚度也会增加；而石墨烯导热垫片过薄时，其自身强度比较低，容易破裂或折断，制备以及组装良率较低。本申请提供的石墨烯导热垫片的整体厚度最薄可以做到0.1㎜并保持良好的力学性能。

可选的，还包括设置在所述石墨烯膜上、位于所述通孔开口侧的封边层，通过所述封边层封闭所述通孔两端的开口。

通过采用上述技术方案，液态金属的熔点较低，将石墨烯导热垫片装配于电子器件上后，电子器件发热的温度超过液态金属的熔点时，液态金属会受热熔融成液态，具有一定的流动性。当通孔的孔径较大时，存在液态金属熔融后从通孔中溢出的风险。在石墨烯膜上位于通孔两端开口侧设置封边层，通过封边层封闭通孔两端的开口，进而将液态金属熔融后的活动范围限制在通孔以及石墨烯膜内部空隙中，可以降低液态金属从通孔中溢出的风险。

可选的，所述封边层的厚度为5-20μm。

通过采用上述技术方案，封边层主要起到封闭通孔两端开口的作用，若封闭层的厚度过薄，封闭层容易破裂，不能起到很好的封闭作用；而封闭层的厚度过后时会影响石墨烯导热垫片的热传导效果，降低其导热性能。经试验，当封闭层的厚度在5-20微米范围时，能起到有效的封闭作用，同时不影响石墨烯导热垫片的导热性能。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请中，通过多层石墨烯膜堆叠、并使用粘接剂粘连相邻的两层石墨烯膜得到具有高导热性能的石墨烯导热垫片；在此基础上，通过在石墨烯膜上开设通孔并在通孔中填充液态金属，液态金属在填充过程中渗入石墨烯膜内部的空隙中将石墨烯膜内部的空气排出并填充满石墨烯膜，降低了石墨烯膜的热阻，进一步提升了制得的石墨烯导热垫片的整体导热性能；同时，可以通过电子产品发生产生的温度变化调节液态金属的形态，进而充分利用液态金属的超高导热性能；

2.本申请中，在石墨烯膜上两侧设置封边层用于封闭通孔两端，填充完液态金属后，通过封边层将通孔封闭，进而将液态金属的活动范围限制在石墨烯导热垫片的内部，降低了液态金属从通孔中溢出的风险；

3.本申请提供的石墨烯导热垫片最薄可以做到0.1㎜，兼具超薄厚度、超高的导热性能以及优良的力学强度，可以广泛应用于精密小巧型电子产品的散热领域。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图。

图2是图1中导热层的结构示意图，主要用于展示石墨烯膜的叠层结构。

图3是图2中A部分的放大示意图。

附图标记说明：1、导热层；11、石墨烯膜；12、粘接剂；13、通孔；2、封边层。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种石墨烯导热垫片，其整体厚度为0.1-5㎜。

参照图1，石墨烯导热垫片包括导热层1和封边层2，封边层2粘接于导热层1上沿水平方向的两侧。

参照图2、图3，导热层1包括多层依次堆叠的石墨烯膜11，相邻的两层石墨烯膜11之间涂覆有粘接剂12，粘接剂12的厚度为30-100μm。通过粘接剂12粘接两层石墨烯膜11，避免石墨烯膜11分层散开。在导热层1上开设有贯穿所有石墨烯膜11的通孔13，通孔13沿石墨烯膜11的叠层方向，通孔13的孔径为50-80μm；通孔13在石墨烯膜11上阵列分布，相邻通孔13中心的间距为150-500μm。在通孔13中灌注填充有液态金属，液态金属在填充过程中会渗入石墨烯膜11内部的蜂窝状空隙中，进而将空隙中的空气排出并将空隙填充满。

再参照图1、图2，封边层2设置在导热层1上、并位于通孔13开口的两侧，封边层2的厚度为5-20μm。将液态金属完全填充在通孔13中以及石墨烯膜11内部的空隙中以后，通过封边层2将通孔13的两端的开口封闭，避免液态金属受热熔融后从通孔13中溢出。

本申请实施例中的液态金属选用熔点为65℃的镓铟合金，并通过浸泡和抽真空加压的方式将液态金属灌注填充到通孔13和石墨烯膜11内部的空隙中。在其它实施例中，液态金属还可以是铟锡合金、镓锡合金或镓铟锡合金等低熔点合金材料，熔点在50-80℃范围内。

本申请实施例中粘接剂12选为丙烯酸树脂，通过喷涂的方式将丙烯酸树脂涂覆在石墨烯膜11表面，并通过加热使其固化。在其它实施例中，粘接剂12还可以为硅橡胶、环氧树脂或聚氨酯等树脂类胶粘剂，可以采用喷涂或刮涂的方式进行涂覆。

本申请实施例中的封边层2选为丙烯酸树脂，将丙烯酸树脂喷涂在导热层1的两侧，待丙烯酸树脂固化后形成封边层2。在其它实施例中，封边层2材料还可选为硅橡胶、环氧树脂或聚氨酯等树脂类胶粘剂，采用喷涂或刮涂的方式进行涂覆。

本申请实施例一种石墨烯导热垫片的实施原理为：本申请实施例通过多层石墨烯膜11堆叠、并使用粘接剂12粘连相邻的两层石墨烯膜11得到具有超高导热性能的石墨烯导热垫片。在此基础上，通过在石墨烯膜11上开设通孔13并在通孔13中填充液态金属，液态金属在填充过程中渗入石墨烯膜11内部的空隙中将石墨烯膜11内部的空气排出并填充满石墨烯膜11，进而降低石墨烯膜11的热阻，提升导热性能。最后通过封边层2封闭通孔13两端开口，防止液态金属溢出。

将本申请实施例提供的石墨烯导热垫片组装于电子产品上后，电子器件发热产生的温度超过液态金属的熔点后，液态金属受热熔融成液态，具有了一定的流动性，其导热性能会进一步提升，同时，流动的液态金属可以更好地填充石墨烯膜11的内部，提升石墨烯导热垫片的整体导热性能。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种石墨烯导热垫片，其特征在于：包括多层依次堆叠的石墨烯膜(11)，相邻所述石墨烯膜(11)层间涂覆有粘接剂(12)；

所述石墨烯膜(11)上开设有若干贯穿石墨烯膜(11)上下两侧的通孔(13)，所述通孔(13)沿石墨烯膜(11)的叠层方向；

所述通孔(13)中填充有液态金属，且所述液态金属填充于石墨烯膜(11)内部的空隙中。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯导热垫片，其特征在于：所述通孔(13)的孔径为50-80μm，相邻所述通孔(13)中心的间距为150-500μm。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯导热垫片，其特征在于：所述粘接剂(12)的厚度为30-100μm。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯导热垫片，其特征在于：石墨烯导热垫片的厚度为0.1-5㎜。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种石墨烯导热垫片，其特征在于：还包括设置在所述石墨烯膜(11)上、位于所述通孔(13)开口侧的封边层(2)，通过所述封边层(2)封闭所述通孔(13)两端的开口。

6.根据权利要求5所述的一种石墨烯导热垫片，其特征在于：所述封边层(2)的厚度为5-20μm。

Images