一种基于石墨/铝基多元复合材料的导热连接结构的制作方法

1.本实用新型涉及材料技术领域，具体的说是一种基于石墨/铝基多元复合材料的导热连接结构。


背景技术：

2.随着电子器件的发展趋势向集成化、小型化、轻量化和高功率化不断升级，单位面积发热量越来越大。因此热管理材料被不断地升级革新，第一代热管理材料是铜、铝等金属材料，虽然其具有良好的导热性能与加工性能，但是热膨胀系数过大，与芯片及基片不匹配，容易导致热应力集中，元器件可靠性及寿命降低。第二代材料是铜、铝等金属中添加入热膨胀系数较低的材料，比如：硅、碳化硅，但是会大大影响材料的导热性能。第三代材料是金刚石和铜铝等金属的复合材料，导热系数高，但是制备工艺复杂，成本高，材料硬度高，加工难度也大。第四代材料为石墨和铝、铜等金属的复合材料，其导热系数高，加工难度小，膨胀系数低，密度小等优点成为了目前世界铝基复合材料研究领域的新热点。
3.然而，石墨/铝复合材料需要解决的共性问题：1.石墨与铝材料二者润湿性差，润湿角在常温下约为157
°
，即使温度达到800
°
c时仍然大于90
°
，由于两种材料润湿性差，结合界面容易产生空洞和缺陷。2.铝材料极易氧化，生成的致密氧化膜会在复合过程中会成为扩散阻碍层，影响最终复合材料的结合力与导热性能。3.石墨与铝的界面反应会产生碳化铝（al4c3）相，为脆性相，会阻碍热传递并降低材料的机械性能，且对湿气接触高度敏感，易水解，容易成为腐蚀源并加快疲劳裂纹的生长速度。


技术实现要素：

4.本实用新型为克服现有技术的不足，提供一种基于石墨/铝基多元复合材料的导热连接结构，石墨/铝基多元复合材料装配在散热器及发热电子元器件之间，并且与散热器及发热电子元器件紧密的连接，更换的发挥石墨/铝基多元复合材料的高导热的特性，不仅可以作为高温密封材料，还可以作为电子器件与热沉间的界面散热垫片。
5.为实现上述目的，设计一种基于石墨/铝基多元复合材料的导热连接结构，包括高导热石墨/铝基多元复合材料、散热器、发热电子元器件，其特征在于：在散热器及发热电子元器件之间的缝隙中嵌设有高导热石墨/铝基多元复合材料，所述的高导热石墨/铝基多元复合材料由若干石墨纸及若干铝箔片相互交叠组成，石墨纸与铝箔片之间采用氮化硼/氮化硅混合乳液连接。
6.所述的高导热石墨/铝基多元复合材料中的石墨纸及铝箔片的一端面采用钎焊与散热器的底座连接，高导热石墨/铝基多元复合材料中的石墨纸及铝箔片的另一端面通过软化处理与发热电子元器件连接。
7.所述的高导热石墨/铝基多元复合材料的厚度与散热器及发热电子元器件之间的厚度相匹配。
8.所述的高导热石墨/铝基多元复合材料与散热器及发热电子元器件表面紧密贴
合。
9.所述的石墨纸的厚度为100-500
µ
m。
10.本实用新型同现有技术相比，提供一种基于石墨/铝基多元复合材料的导热连接结构，石墨/铝基多元复合材料装配在散热器及发热电子元器件之间，并且与散热器及发热电子元器件紧密的连接，更换的发挥石墨/铝基多元复合材料的高导热的特性，不仅可以作为高温密封材料，还可以作为电子器件与热沉间的界面散热垫片。
附图说明
11.图1为本实用新型结构示意图。
12.图2为图1的放大示意图。
13.图3为石墨/铝基多元复合材料的结构示意图。
14.参见图1至图3，1为散热器，2为石墨/铝基多元复合材料，2-1为石墨纸，2-2为铝箔片，3为发热电子元器件。
具体实施方式
15.下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。
16.如图1至图3所示，一种基于石墨/铝基多元复合材料的导热连接结构，在散热器1及发热电子元器件3之间的缝隙中嵌设有高导热石墨/铝基多元复合材料2，所述的高导热石墨/铝基多元复合材料2由若干石墨纸2-1及若干铝箔片3-2相互交叠组成，石墨纸2-1与铝箔片3-2之间采用氮化硼/氮化硅混合乳液连接。
17.高导热石墨/铝基多元复合材料2中的石墨纸2-1及铝箔片3-2的一端面采用钎焊与散热器1的底座连接，高导热石墨/铝基多元复合材料2中的石墨纸2-1及铝箔片3-2的另一端面通过软化处理与发热电子元器件3连接。
18.高导热石墨/铝基多元复合材料2的厚度与散热器1及发热电子元器件3之间的厚度相匹配。
19.高导热石墨/铝基多元复合材料2与散热器1及发热电子元器件3表面紧密贴合。
20.石墨纸2-1的厚度为100-500
µ
m。
21.高导热石墨/铝基多元复合材料2的上下端面分别采用钎焊及软化处理安装于散热器1及发热电子元器件3之间的缝隙中，并且高导热石墨/铝基多元复合材料2与散热器1及发热电子元器件3表面紧密贴合，达到填充两者之间缝隙的目的。
22.高导热石墨/铝基多元复合材料2的具体制备方法如下：
23.s1：选用石墨纸作为基体；
24.s2：将石墨纸放置于温度为55-75℃的碱性除油水中超声震荡，震荡时间为5-30min；完成后用蒸馏水进行清洗，清洗时间为5min；
25.s3：使用无水乙醇或者丙酮作为溶剂，配置浓度为5~20%的kh-550混合溶液；
26.s4：将除油、清洗后的石墨纸放入配置好的kh-550混合溶液中浸泡，常温浸泡5-30min，然后取出干燥；
27.s5：将一定质量比的氮化硼和氮化硅通过真空离心混料机混合，混合时间为15-45min，呈均匀状；
28.s6：使用无水乙醇作为溶剂，将混合后的氮化硼和氮化硅中加入无水乙醇中，配制浓度为35~40%的氮化硼/氮化硅混合乳液；
29.s7：将配置好的氮化硼/氮化硅混合乳液喷涂于石墨纸表面，喷涂厚度为10-80
µ
m，在空气中自然干燥；
30.s8：将干燥后的石墨纸与铝箔片层堆叠到预设高度，高度为100-500mm，形成石墨/铝箔材料；
31.s9：将石墨/铝箔材料放入真空热压炉内，抽至真空度小于等于1*10-3
pa，并进行热压处理；
32.s10：将热压处理后的石墨/铝箔材料进行除气处理；
33.s11：将除气处理后的石墨/铝箔材料，随炉冷却至室温，制得高导热石墨/铝基多元复合材料。
34.石墨纸的纯度大于99%，石墨纸厚度范围为100-500
µ
m。
35.碱性除油水的ph值大于9。
36.氮化硼/氮化硅混合乳液中，氮化硼及氮化硅的质量比为1：10~1：40。
37.热压处理为先升温至400
°
c，然后保温30分钟，压力为30-80mpa。
38.除气处理为开始加压30~45mpa，并升温至800~1400
°
c，保温100分钟。
39.通过上述方法，能在各操作步骤下控制下，将复合材料制备出任意厚度，经裁剪后得到任意长宽高尺寸的高导热石墨/铝基多元复合材料。
40.如图1，图2所示，根据散热器1及发热电子元器件3之间的缝隙的大小，来裁剪出高导热石墨/铝基多元复合材料2的厚度，并将高导热石墨/铝基多元复合材料2的一端面采用钎焊与散热器1的底部连接，高导热石墨/铝基多元复合材料2的另一端面采用软化处理与发热电子元器件3连接，这样的连接，可以达到更好的导热效果。
41.上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本实用新型的发明目的，只要不背离本实用新型石墨-硅橡胶复合材料制备方法及应用的技术原理和发明构思，都属于本实用新型的保护范围。