專利名稱：散熱結(jié)構(gòu)及應(yīng)用該散熱結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱結(jié)構(gòu)及應(yīng)用該散熱結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備，尤其涉及一種含碳納米管層的散熱結(jié)構(gòu)及應(yīng)用該散熱結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能的處理器芯片(CPU)、顯存芯片和內(nèi)存芯片被不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，并在個(gè)人用臺(tái)式電腦、便攜式筆記本電腦、平板電腦和智能手機(jī)中不斷得到應(yīng)用，用戶終端的性能也在不斷提升。另一方面，上述電子設(shè)備擁有的巨大市場(chǎng)潛力，也使得對(duì)于高性能電子元件的開(kāi)發(fā)得到了足夠多的重視，目前仍有著相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景。隨著電子元件加工技術(shù)的發(fā)展、處理器芯片的微型化以及用戶終端的小型輕量化，電子設(shè)備的散熱問(wèn)題日益突出。眾所周知，處理器性能的上升必然伴隨著功率的上升，從而增大發(fā)熱量。Intel的Core 7 860 CPU的發(fā)熱功率已經(jīng)達(dá)到了 95瓦，而目前其最為先進(jìn)的Core i9系列的功率更是高達(dá)130瓦。在這樣的發(fā)熱量下，處理器的表面溫度會(huì)迅速上升，由于在高熱量下出現(xiàn)的電子遷移現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重破壞處理器中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致器件出現(xiàn)故障甚至完全報(bào)廢，因此，普通的散熱手段已經(jīng)難以滿足電子元件的散熱需求。手持設(shè)備的推廣，更是把散熱問(wèn)題從系統(tǒng)性能的后臺(tái)直接放大為用戶體驗(yàn)，不良的散熱處理會(huì)影響用戶操作終端的直接感受。綜上所述，電子設(shè)備對(duì)于新的散熱材料以及散熱結(jié)構(gòu)的需求已是迫在眉睫。目前，筆記本電腦所采用的散熱方案為散熱通道的方式，也就是通過(guò)散熱材料貼膜、導(dǎo)熱硅脂覆層、散熱材料導(dǎo)桿、風(fēng)扇等一系列材料和裝置的組合，將發(fā)熱量大的元件的熱量從機(jī)體內(nèi)部導(dǎo)出至外 部，從而達(dá)到散熱的目的。這種處理方式依賴于散熱材料的基本構(gòu)造，需要散熱性能好、熱擴(kuò)散速率快、熱導(dǎo)率高的新材料?，F(xiàn)階段，筆記本電腦中所采用的散熱材料主要是金屬材料，典型材料為銅合金和鋁合金。然而，金屬材料有著密度較大、鑄造工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，過(guò)重的筆記本電腦也有悖于輕便易攜帶的發(fā)展潮流，也在一定程度上加大了制造成本。而對(duì)于以智能手機(jī)、平板電腦和手持游戲機(jī)為代表的手持設(shè)備，其采用的散熱方案為散熱貼膜:通過(guò)在設(shè)備主板的大功耗元件上貼取以石墨為主要原料的復(fù)合材料，將熱量均勻散布開(kāi)來(lái)，傳導(dǎo)至機(jī)體的后蓋板均勻散出，從而達(dá)到散熱的目的。然而，利用石墨作為散熱材料還存在著熱導(dǎo)率較低、散熱不夠均勻的問(wèn)題，且由于手持設(shè)備體積的限制，無(wú)法加裝風(fēng)扇等輔助散熱設(shè)備，因此在這種類型的散熱方案中，對(duì)于散熱材料和結(jié)構(gòu)的要求更聞。有鑒于此，確有必要提供一種散熱性能好，體積小，重量輕，可方便應(yīng)用于筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)等多種電子設(shè)備中的散熱結(jié)構(gòu)
發(fā)明內(nèi)容
—種散熱結(jié)構(gòu),包括一第一碳納米管層和一金屬網(wǎng)格層，該第一碳納米管層與該金屬網(wǎng)格層層疊設(shè)置，該第一碳納米管層具有一第一表面以及一與該第一表面間隔相對(duì)的第二表面，其中，所述第一碳納米管層包括至少一碳納米管紙。進(jìn)一步地，該散熱結(jié)構(gòu)可包括一熱界面材料層，該熱界面材料層設(shè)置于上述第一碳納米管層或金屬網(wǎng)格層與發(fā)熱元件之間，用于將發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)給上述第一碳納米管層。更進(jìn)一步地，該散熱結(jié)構(gòu)可包括一第二碳納米管層，該第二碳納米管層與所述第一碳納米管層間隔相對(duì)設(shè)置，且所述金屬網(wǎng)格層設(shè)置于該第二碳納米管層與該第一碳納米管層之間，該第二碳納米管層包括至少一碳納米管紙?！N電子設(shè)備，包括一散熱結(jié)構(gòu)和至少一發(fā)熱兀件，該散熱結(jié)構(gòu)包括一第一碳納米管層和一金屬網(wǎng)格層，該金屬網(wǎng)格層與所述第一碳納米管層層疊設(shè)置，所述第一碳納米管層包括至少一碳納米管紙，該散熱結(jié)構(gòu)固定于該至少一發(fā)熱元件表面，用于將該至少一發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量快速散開(kāi)。進(jìn)一步地,該電子設(shè)備可包括一導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)和一風(fēng)扇，該導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)具有一第一端以及一與該第一端間隔相對(duì)的第二端，該導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的第一端與該散熱結(jié)構(gòu)相接觸，該導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的第二端與該風(fēng)扇相接觸，當(dāng)該電子設(shè)備工作時(shí)，熱量先從該至少一發(fā)熱元件散至該散熱結(jié)構(gòu)，再?gòu)脑撋峤Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至該導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，再?gòu)脑搶?dǎo)熱結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至該風(fēng)扇，最后從該風(fēng)扇排出至該電子設(shè)備外部。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的散熱結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):其一，由于碳納米管的密度僅為銅的1/6到1/7，鋁的1/2到1/3，因此，能夠減輕散熱結(jié)構(gòu)的重量；其二，由于碳納米管的熱導(dǎo)率大于銅和鋁的熱導(dǎo)率，因此，能夠提高散熱結(jié)構(gòu)的散熱性能；其三，該散熱結(jié)構(gòu)占用空間小，且具有柔性，可以應(yīng)用于復(fù)雜的空間環(huán)境；其四，該散熱結(jié)構(gòu)可用導(dǎo)熱膠或?qū)崮z帶粘貼于任意發(fā)熱元件表面，應(yīng)用方便快捷；其五，該散熱結(jié)構(gòu)具有定向散熱和導(dǎo)熱功能，因此，能夠快速、準(zhǔn)確地將熱量傳導(dǎo)至指定的部件，大大提高散熱效率。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的散熱結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為圖1的散熱結(jié)構(gòu)中具有定向散熱功能的第一碳納米管層的爆破圖。圖3為圖1的散熱結(jié)構(gòu)中具有不定向散熱功能的第一碳納米管層的爆破圖。圖4為圖2的第一碳納米管層中的碳納米管紙?jiān)谘靥技{米管軸向上的熱導(dǎo)率-密度關(guān)系圖。圖5為圖2的第一碳納米管層中的碳納米管紙?jiān)谘靥技{米管徑向上的熱導(dǎo)率-密度關(guān)系圖。圖6為圖2的第一碳納米管層中的碳納米管紙?jiān)谘靥技{米管軸向和徑向上的楊氏模量-密度關(guān)系圖。圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的散熱結(jié)構(gòu)的立體分解圖。圖8為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的散熱結(jié)構(gòu)的立體分解圖。圖9為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的散熱結(jié)構(gòu)的立體分解圖。圖10為本發(fā)明第五實(shí)施例提供的散熱結(jié)構(gòu)的立體分解圖。
圖11為本發(fā)明第六實(shí)施例提供的散熱結(jié)構(gòu)的立體分解圖。圖12為應(yīng)用第一實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為應(yīng)用第三實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖14為圖13的電子設(shè)備中的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的徑向剖面圖。圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的散熱結(jié)構(gòu)中的第一碳納米管層中的碳納米管紙的掃描電鏡照片。主要元件符號(hào)說(shuō)明
權(quán)利要求
1.一種散熱結(jié)構(gòu)，包括一第一碳納米管層和一金屬網(wǎng)格層，該第一碳納米管層與該金屬網(wǎng)格層層疊設(shè)置，該第一碳納米管層具有一第一表面以及一與該第一表面間隔相對(duì)的第二表面，其特征在于，所述第一碳納米管層包括至少一碳納米管紙。
2.如權(quán)利要求1所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一熱界面材料層，所述第一碳納米管層設(shè)置于所述金屬網(wǎng)格層和該熱界面材料層之間。
3.如權(quán)利要求2所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一第二碳納米管層，該第二碳納米管層與所述第一碳納米管層層疊間隔設(shè)置，且與所述金屬網(wǎng)格層相接觸，該第二碳納米管層包括至少一碳納米管紙。
4.如權(quán)利要求1所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一熱界面材料層，所述金屬網(wǎng)格層設(shè)置于所述第一碳納米管層和該熱界面材料層之間。
5.如權(quán)利要求1或3所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管紙的密度在0.3克每立方厘米至1.4克每立方厘米之間。
6.如權(quán)利要求5所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管紙的密度在0.8克每立方厘米至1.4克每立方厘米之間。
7.如權(quán)利要求6所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管紙的密度在1.2克每立方厘米至1.3克每立方厘米之間。
8.如權(quán)利要求1或3所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管紙的厚度在30微米至120微米之間。
9.如權(quán)利要求1或3所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管紙的楊氏模量在200兆帕至2400兆帕之間。
10.如權(quán)利要求9所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管紙的楊氏模量在800帕至2400兆帕之間。
11.如權(quán)利要求2或4所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱界面材料層包含導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱硅膠、導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱膠帶和碳納米管陣列中的一種或兩種。
12.如權(quán)利要求11所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱界面材料層為由導(dǎo)熱硅脂填充于一碳納米管陣列的空隙中形成的一復(fù)合材料層，該碳納米管陣列中的碳納米管沿垂直于所述第一碳納米管層第一表面的方向擇優(yōu)取向排列。
13.如權(quán)利要求1所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬網(wǎng)格層由金屬線相互編織而成或由絲網(wǎng)印刷法制備而成。
14.如權(quán)利要求13所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬線的直徑在10微米至50微米之間。
15.如權(quán)利要求13所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬網(wǎng)格層的線密度在5線每厘米至20線每厘米之間。
16.如權(quán)利要求1所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬網(wǎng)格層由銅、鋁或其合金材料組成。
17.如權(quán)利要求1所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬網(wǎng)格層的厚度在10微米至100微米之間。
18.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬網(wǎng)格層的網(wǎng)格中填充有導(dǎo)熱硅脂或碳納米管陣列中的一種或兩種。
19.如權(quán)利要求18所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬網(wǎng)格層的每一個(gè)網(wǎng)格中均填充一個(gè)碳納米管陣列，該碳納米管陣列的空隙中填充有導(dǎo)熱硅脂，且該碳納米管陣列中的碳納米管垂直于所述第一碳納米管層第一表面的方向擇優(yōu)取向排列。
20.如權(quán)利要求1或3所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管紙包括多個(gè)碳納米管，且該多個(gè)碳納米管中相鄰的兩個(gè)碳納米管之間通過(guò)范德華力首尾相連。
21.如權(quán)利要求20所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管沿同一方向擇優(yōu)取向排列。
22.如權(quán)利要求21所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管沿平行于所述第一碳納米管層第一表面的方向擇優(yōu)取向排列。
23.如權(quán)利要求1所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一碳納米管層包括多個(gè)重疊平行設(shè)置的碳納米管紙，該多個(gè)碳納米管紙中的多個(gè)碳納米管均沿同一方向擇優(yōu)取向排列。
24.如權(quán)利要求1所述的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一碳納米管層包括多個(gè)重疊交叉設(shè)置的碳納米管紙，該多個(gè)碳納米管紙之間的交叉角度在O度至180度之間。
25.—種電子設(shè)備,包括至少一發(fā)熱兀件和一如權(quán)利要求1-24中任一項(xiàng)所述的散熱結(jié)構(gòu)。
26.如權(quán)利要求25所述的電子設(shè)備，其特征在于，該電子設(shè)備進(jìn)一步包括一導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)和一風(fēng)扇，該導(dǎo)熱 結(jié)構(gòu)具有一第一端以及一與該第一端間隔相對(duì)的第二端,該導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的第一端與所述散熱結(jié)構(gòu)相接觸，該導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的第二端與所述風(fēng)扇相接觸。
27.如權(quán)利要求26所述的電子設(shè)備,其特征在于，所述導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)包括一金屬芯及一包覆于該金屬芯外表面的碳納米管包覆層。
28.如權(quán)利要求27所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述金屬芯由銅、鋁或其合金材料組成。
29.如權(quán)利要求27所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述碳納米管包覆層包括至少一碳納米管紙，該碳納米管包覆層由該至少一碳納米管紙卷曲而成，所述碳納米管紙包括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管中相鄰的兩個(gè)碳納米管之間通過(guò)范德華力首尾相連，沿同一方向擇優(yōu)取向排列。
30.如權(quán)利要求29所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述碳納米管包覆層包括多個(gè)重疊平行設(shè)置的碳納米管紙，該多個(gè)碳納米管紙中的多個(gè)碳納米管均沿同一方向擇優(yōu)取向排列。
31.如權(quán)利要求30所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述碳納米管紙的密度在0.8克每立方厘米至1.4克每立方厘米之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種散熱結(jié)構(gòu)，包括一第一碳納米管層和一金屬網(wǎng)格層，該第一碳納米管層與該金屬網(wǎng)格層層疊設(shè)置，該第一碳納米管層具有一第一表面以及一與該第一表面間隔相對(duì)的第二表面，其中，所述第一碳納米管層包括至少一碳納米管紙。該散熱結(jié)構(gòu)具有重量輕、體積小、散熱性能好、能夠定向散熱的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述散熱結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備。
文檔編號(hào)H01L23/373GK103178026SQ20111043270
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者張凌, 劉長(zhǎng)洪, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司