[发明专利]一种石墨散热模组及制造工艺

说明书

发明领域

本发明涉及一种石墨散热模组，尤其是一种用于电器散热的石墨散热鳍片和 吸热基板之间的无铅焊接工艺和插齿工艺的散热模组，以满足石墨散热鳍片替代 金属鳍片的结合标准制程。

背景技术

石墨在晶体学上的分类是六方晶系，是由许多互相叠合的碳原子网状层面所 组成。每一层内碳原子排列成正六边形，三个相邻的碳原子以共价键连接，成为 一个二维空间无限伸展的网状平面(称为基面)，层面间则以范德华力作用。石墨 这种晶格结构决定了石墨具有特殊的导热特性，即在石墨层面方向的导热性是垂 直于层面方向的几十倍。利用石墨根据一定工艺制成的导热产品也具有此特性： 石墨散热鳍片同等体积导热效果甚至优于铜，而其质量只是铜的六分之一。

现有的石墨导热片作为散热鳍片，虽然具有很好的导热特性，但是其在与导 热基座的连接中还存在困难。就目前的金属散热器接合型工艺来说，这种散热器 鳍片是由铝或铜构成，利用特定夹具将鳍片固定在点有焊锡料的底座上，该底座 具凹槽为铜制或铝制，设定合理的回焊曲线，将产品通过传送装置送入回焊炉。 这种结合散热效果好，突破比例限制(细长比可高达60倍以上)。如果将石墨散 热片直接用回焊工艺，不但起不到焊接的目的，还会破坏产品。因为用于金属鳍 片的回焊工艺，回焊温度在回流区域可达300多度，这样就会因为温度过高破坏 石墨散热鳍片(因为石墨散热鳍片会因在高温下产生挥发分而导致表面起泡)； 融化焊锡料对石墨的润湿性非常差，使石墨散热鳍片很难焊接到基座上。这是因 为润湿的条件是润湿角小于90度，锡料对石墨的润湿不能满足这个条件。目前所 采用的方法是利用导热性较高的树脂为粘接剂，将散热鳍片粘接到散热器基座 上，这种做法虽然能够克服现有制程的高温破坏，也能够满足鳍片与底座的结合， 但是由于在粘接过程中作为粘接剂的导热树脂，虽然具有一定导热性，其导热系 数比石墨小数十倍，所以在粘接的界面上会形成比较大的热阻抗，造成这种石墨 散热器的散热效果不能很好的将石墨导热特性发挥出来；其次粘结剂导热树脂是 有机物，在长期使用过程中容易老化，增大热阻并使得散热片容易从基座脱落， 限制了散热器件的使用寿命。

为了改善这些缺点，散热片领域又运用了插齿技术，它是利用60吨以上的压 力，把铝片结合在铜片的基座中，并且铝和铜之间没有使用任何介质，从微观上 看铝和铜的原子在某种程度上相互连接，从而彻底避免了传统的铜铝结合产生介 面热阻的弊端，大大提高了产品的热传导能力，散热器制造厂商AVC公司运用的 相当成功。

目前出现的石墨散热产品，由于外表呈石墨黑色，并且直接暴露在电器原件 环境中，经过长时间的强制空气对流，会有石墨颗粒脱落，脱落会对散热器件造 成污染，且石墨颗粒是高导电物质，如果用于精密设备中，还会存在短路的危险。

发明内容

本发明的目的在于通过对石墨散热片表面镀金属，提高其机械强度和耐热性 能，并使得石墨散热片和金属基座可以采用回焊工艺和插齿工艺进行结合，解决 石墨材料与金属材料由于不浸润而难以低温焊接和由于石墨材料强度不够难以 插齿的难题，同时提高该类导热产品的导热系数、耐高温性和使用寿命，解除石 墨散热产品用于精密电子设备的潜在危险因素，提供了石墨散热鳍片与金属基座 的连接方法。

为实现上述发明目的，本发明给出了一种石墨散热模组，其构成包括有石墨 散热鳍片和金属基座，石墨散热鳍片外表面包覆有金属镀层，其特征在于，所述 的石墨散热鳍片由柔性石墨叠层和硬质石墨复合片材构成，浸渍过树脂或粘合剂 的柔性石墨叠层被硬质石墨复合片材夹合，该包覆金属镀层石墨散热鳍片与金属 基座通过插齿工艺进行结合。

在上述技术方案中，所述金属镀层为铜镀层或镍镀层，且金属镀层厚度为 10～30μm，优选15～20μm。

在上述技术方案中，所述金属基座为铜质或铝质基座，基座上具有多个平行 凹槽，每个凹槽中焊接一片石墨散热鳍片。

为实现上述发明目的，本发明还给出了一种石墨散热模组制造工艺，该制造 工艺包括以下步骤：

(1)先将石墨散热片经过表面洁净等镀前预处理，再采用电解液电镀或化 学镀或磁控溅射镀方法在石墨片表面镀上一层厚度在10～30μm的金属层；