一种石墨烯导热垫片的制作方法

1.本技术涉及电子产品散热器件的领域，尤其是涉及一种石墨烯导热垫片。


背景技术：

2.随之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。
3.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。传统的热界面材料主要有硅脂、硅胶、相变化金属片、导热胶以及丙烯酸树脂等。
4.导热垫片作为热界面材料的一种应用形式，因其具有较高的可压缩性、柔软且兼具弹性、可以提供多种厚度及尺寸选择等特性，在电子器件导热材料的选择中备受青睐。然而由传统的热界面材料制得的导热垫片，其导热系数有限，一般约为1-10w/(m
·
k)，难以满足目前热流密度较大的芯片散热领域的高热量传导需求。


技术实现要素：

5.为了提升导热垫片的热传导性能以满足芯片散热领域的高热量传导需求，本技术提供一种石墨烯导热垫片。
6.本技术提供的一种石墨烯导热垫片采用如下的技术方案：
7.一种石墨烯导热垫片，包括多层依次堆叠的石墨烯膜，相邻两所述石墨烯膜之间设置有粘接剂层，通过所述粘接剂层连接相邻两层石墨烯膜；所述石墨烯膜上沿叠层方向贯穿开设有通孔，所述通孔内固定有碳纤维丝。
8.通过采用上述技术方案，石墨烯具有良好的热学性能，将石墨烯膜作为热界面材料制作的导热垫片具有优良的导热效果，通过粘接剂层粘接多层石墨烯膜，可以堆叠至指定高度制成不同尺寸大小的导热垫片，以满足不同规格电子器件的要求。由于石墨烯的导热效果具有各向异性，其在层内水平方向热传导率高，在层间方向热传导率低，所以在石墨烯膜的叠层方向上穿设具有高热导率的碳纤维丝，通过碳纤维丝提高石墨烯导热垫片在层间方向上的热导率，进而提升石墨烯导热垫片的整体热传导性能。
9.可选的，所述通孔内填充有粘接剂，通过所述粘接剂将碳纤维丝固定于通孔内部。
10.通过采用上述技术方案，碳纤维丝穿设在通孔中后，通过粘接剂将碳纤维丝固定在通孔内，以提高碳纤维丝在石墨烯导热垫片上的稳定性，使碳纤维丝为石墨烯导热垫片提供稳定的层间导热性能。
11.可选的，所述通孔在石墨烯膜上均匀间隔分布有多个。
12.通过采用上述技术方案，石墨烯导热垫片上设置的碳纤维丝的数量会直接影响石墨烯导热垫片在石墨烯膜层间方向的热传导性能。通过在石墨烯导热垫片上设置多个通孔
并穿设碳纤维丝，可以提升石墨烯导热垫片在石墨烯膜层间方向上的热导率。进一步，通孔均匀间隔设置，可以提高在石墨烯膜层间方向的导热均匀性。
13.可选的，所述通孔的孔径为20-100μm。
14.通过采用上述技术方案，通孔的孔径大小会影响石墨烯导热垫片的力学性能以及层内方向上的导热性能，同时，通孔的孔径也会影响碳纤维丝的穿设。具体而言，当通孔的孔径小于30μm时，碳纤维丝的穿设比较困难；若通孔孔径大于100μm，通孔中会填充更多的填充剂，由于填充剂的力学性能优于石墨烯，所以会在一定程度上提升石墨烯导热垫片的力学性能，但另一方面，当通孔中填充的粘接剂过多时，由于粘接剂的热导率交底，会降低石墨烯导热垫片的热传导性能。
15.可选的，相邻两通孔中心的间距为50-200μm。
16.通过采用上述技术方案，通孔的排布密度会影响石墨烯导热垫片的力学性能以及层间方向的热传导性能。具体而言，若相邻通孔间距超过200μm，碳纤维丝在石墨烯导热垫片上分布过于稀疏，在石墨烯膜层间方向上导热通道过少，导致在石墨烯膜层间方向上热传导效果不佳；若相邻通孔的间距小于50μm，通孔分布过于密集，一方面会增加打孔的难度，另一方面，开孔后石墨烯膜叠层的得到的块体过于疏松，在穿设碳纤维丝的过程中石墨烯膜易破裂，影响石墨烯导热垫片的力学性能；此外，当通孔开设的密度过高时，石墨烯导热垫片内部填充了过多的粘接剂，会降低石墨烯导热垫片的热传导性能。
17.可选的，所述粘接剂层的厚度为10-100μm。
18.通过采用上述技术方案，粘接剂主要起到粘接相邻两层石墨烯膜的作用，避免石墨烯导热垫片分层散开。粘接剂厚度超过100μm后，粘接剂过厚影响石墨烯导热垫片层间方向的导热效果；粘接剂厚度低于10μm，粘接剂过薄不能起到较好的粘接效果，石墨烯膜易分层散开。
19.可选的，石墨烯导热垫片的厚度为0.1-5
㎜
。
20.通过采用上述技术方案，石墨烯导热垫片的厚度依据需要散热器件的需求进行调整。对于需要限制厚度的产品，选择厚度低的石墨烯导热垫片进行散热，而对产品厚度要求交底的产品，可以根据实际需求进行任意调整。本技术提供的石墨烯导热垫片最薄可以做到0.1
㎜
，可以充分满足手机等电子产品对导热垫片的厚度需求。
21.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
22.1.本技术中，将多层石墨烯膜叠层并通过粘接剂粘接，然后在石墨烯膜上沿叠层方向开设通孔，在通孔中穿设并固定碳纤维丝，通过碳纤维丝提升石墨烯导热垫片在石墨烯膜层间方向上的热导率，进一步提升了石墨烯导热垫片的整体的热传导性能；
23.2.本技术中，碳纤维丝在石墨烯导热垫片上均匀间隔设置有多个，一方面，通过增加碳纤维丝的数量可以提升石墨烯导热垫片在石墨烯膜层间方向的热导率；另一方面，将碳纤维丝在石墨烯导热垫片上均匀间隔设置，可以有效提高石墨烯导热垫片在石墨烯膜层间方向的导热均匀性。
附图说明
24.图1是本技术实施例一种石墨烯导热垫片的整体结构示意图。
25.图2是图1中a 部分的放大示意图，主要用于展示石墨烯导热垫片的叠层结构。
26.附图标记说明：1、石墨烯膜；2、粘接剂层；3、碳纤维丝。
具体实施方式
27.以下结合附图1-2对本技术作进一步详细说明。
28.本技术实施例公开一种石墨烯导热垫片。
29.参照图1、图2，石墨烯导热垫片包括多层依次堆叠的石墨烯膜1，相邻石墨烯膜1的层间设置有粘接剂层2，粘接剂层2为胶体固化形成，通过粘接剂层2连接相邻的两层石墨烯膜1。在石墨烯膜1上还沿石墨烯膜1叠层方向开设有通孔，通孔贯穿所有石墨烯膜1层，在通孔中穿设有碳纤维丝3。本实施例中，粘接剂所用的胶体可以为硅橡胶、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂或聚氨酯等。
30.参照图1、图2，胶体在石墨烯膜1层间固化后形成粘接剂层2，粘接剂层2的厚度会影响石墨烯膜1的热传导性能和力学性能。粘接接剂层2主要起到粘接相邻两层石墨烯膜1的作用，避免石墨烯导热垫片分层散开。粘接剂层2厚度超过100μm后，粘接剂层2过厚影响石墨烯导热垫片层间方向的导热效果；粘接剂层2厚度低于10μm，粘接剂层2过薄不能起到较好的粘接效果，石墨烯膜1易分层散开。在一些优选的实施例中，粘接剂层2的厚度可以为10-100μm。
31.参照图1、图2，在通孔中填充有粘接剂，碳纤维丝3通过粘接剂粘附固定在通孔内。在进行碳纤维丝3穿设时，首先将碳纤维丝3浸润在粘接剂中，使得粘接剂裹覆在碳纤维丝3表面，然后将裹覆有粘接剂的碳纤维丝3穿设到通孔中，粘接剂固化以后会填充满碳纤维丝3与通孔壁之间的间隙，进而将碳纤维丝3固定在通孔内部。
32.通孔在石墨烯导热垫片上开设有多个，且所有通孔均匀间隔分布，每个通孔中均通过粘接剂固定粘接有碳纤维丝3。通孔的孔径和分布间距均会影响石墨烯导热垫片的热传导性能和力学性能。在一些优选的实施例中，通孔的孔径可以为20-100μm，相邻通孔中心的间距可以为50-200μm。
33.石墨烯导热垫片的整体厚度可以依据需要导热的产品需求进行调整，在一些优选的实施例中，石墨烯导热垫片的厚度可以为0.1-5
㎜
。对于一些对产品的厚度要求较高的产品，例如手机芯片的导热等场景，需要使用很薄的导热垫片以减少手机的整体厚度，而本技术实施例提供的石墨烯导热垫片最薄可以做到0.1
㎜
，完全满足手机散热的需求。
34.本技术实施例一种石墨烯导热垫片的实施原理为：本技术通过多层石墨烯膜1依次叠加至指定高度，并通过粘接剂层2粘接相邻的两层石墨烯膜1制得石墨烯膜1块体，然后在石墨烯膜1块体上开设通孔并在通孔中穿设碳纤维丝3。由于石墨烯膜1的导热效果具有各向异性，即在石墨烯膜1层内方向热导率高，在石墨烯膜1层间方向热导率低，所以通过在层间方向穿设碳纤维丝3，可以有效提高石墨烯导热垫片层间方向上的热导率，进而提高石墨烯导热垫片的热传导性能。本技术实施例提供的石墨烯导热垫片，在各个方向均具有优异的热传导性能的同时力学性能良好，具有优良的拉伸强度和回弹率。本技术实施例提供的石墨烯导热垫片最薄可以做到0.1
㎜
，可以有效满足手机等对厚度管控严格的产品的散热需求。
35.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。