[发明专利]基于石墨烯的半导体优化导热方法及结构

说明书

一种基于石墨烯的半导体优化导热方法及结构，通过将单张石墨烯薄片折叠后设置于半导体热源和金属散热器之间且分别与之面接触从而实现优化散热。本发明能充分发挥石墨烯高达1500‑1700w/mk的热导率以及热扩散率高等优点，能够迅速降低热点(热量积聚点)温度，实现半导体电路的散热。

技术领域

本发明涉及的是一种半导体散热领域的技术，具体是一种基于石墨烯的半导体优化导热方法及结构。

背景技术

现有的功率放大器为实现高效散热，一般采用接触式散热器，并在热源和散热器之间填充导热胶。但导热胶寿命较短，随着时间长了会干会变少，从而缝隙重新出现，导致散热性能下降；导热性能较强的材质则往往不导电(绝缘)，会影响功放的射频性能；并且导热胶本身的热导率无法满足各材料之间的热导性需求。

如图1所示，为现有导热胶的结构图，从上到下分别是功放管和电路板、铜片、导热胶、金属散热器。功放管和电路板焊在铜片上，铜片通过导热胶和金属散热器相连，目的是想让电路板和功放管的热，通过铜片，再通过导热胶，然后到金属散热器，最后通过风冷把铝散热片的热排出到空气中。然而导热胶的热导率低、易干涸等缺点，差使得大量的热主要还是聚集在功放管附近，无法及时散去形成明显的热量积聚点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于石墨烯的半导体优化导热方法及结构，能充分发挥石墨烯高达1500-1700w/mk的热导率以及热扩散率高等优点，能够迅速降低热点(热量积聚点)温度，实现半导体电路的散热。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于石墨烯的半导体优化导热方法，通过将单张石墨烯薄片设置于半导体热源和金属散热器之间且分别与之面接触从而实现优化散热。

所述的单张石墨烯薄片的厚度为5μm～300μm，选择厚度的时候应该考虑到半导体热源和金属散热之间平面因为机械加工导致不平整性性的严重情况(缝隙)，缝隙大，需选择较厚的石墨烯薄片，以增加接触面积，提高散热效率。

一般来说随着厚度增加，石墨烯的热导率轻微下降，例如20μm厚度的石墨烯导热为1500～1700W/mk，但是100μm的导热为1200～1500W/mk，仍远远高于传统导热胶的热导率。

所述的石墨烯薄片基于单层石墨加工而成，石墨烯薄片的表面积选择可以根据需要导热的半导体热源的大小，对现成的石墨烯薄片自由裁剪。

所述的单张石墨烯薄片，进一步优选为经折叠后得到至少两层结构的单张石墨烯。

所述的折叠，包括但不限于：U字形对折、C字形折叠等。

所述的双层结构中优选设有垫片，该垫片采用但不限于金属单质、合金、木材或塑料等等，其表面光滑，以保护石墨烯；质量轻为佳，以减轻整体质量；最好选择成本低，易加工的材料。

所述的双层结构中也可以设有导热板以提高热源的导热。

所述的热源，包括但不限于位于电路板板上的半导体芯片、设置于半导体芯片上的导热板等。

所述的金属散热器，包括但不限于铝、铜等散热器。

本发明涉及一种实现上述方法的结构，包括：带有单张石墨烯薄片的金属散热器，其中：单张石墨烯薄片分别与金属散热器以及设置于半导体上的导热板面接触。

所述的单张石墨烯薄片为单层结构、双层对折结构或多层对折结构。

所述的对折结构的剖面形状优选为C字形或U字形。

所述的C字形的对折结构，优选其对折开口处位于半导体的边沿。