专利名称：散热结构及应用该散热结构的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种散热结构及应用该散热结构的电子设备，尤其涉及一种含碳纳米管层的散热结构及应用该散热结构的电子设备。
背景技术：
近年来，随着电子技术的不断发展，高性能的处理器芯片(CPU)、显存芯片和内存芯片被不断开发出来，并在个人用台式电脑、便携式笔记本电脑、平板电脑和智能手机中不断得到应用，用户终端的性能也在不断提升。另一方面，上述电子设备拥有的巨大市场潜力，也使得对于高性能电子元件的开发得到了足够多的重视，目前仍有着相当广阔的发展前景。随着电子元件加工技术的发展、处理器芯片的微型化以及用户终端的小型轻量化，电子设备的散热问题日益突出。众所周知，处理器性能的上升必然伴随着功率的上升，从而增大发热量。Intel的Core 7 860 CPU的发热功率已经达到了 95瓦，而目前其最为先进的Core i9系列的功率更是高达130瓦。在这样的发热量下，处理器的表面温度会迅速上升，由于在高热量下出现的电子迁移现象会严重破坏处理器中的半导体结构，导致器件出现故障甚至完全报废，因此，普通的散热手段已经难以满足电子元件的散热需求。手持设备的推广，更是把散热问题从系统性能的后台直接放大为用户体验，不良的散热处理会影响用户操作终端的直接感受。综上所述，电子设备对于新的散热材料以及散热结构的需求已是迫在眉睫。目前，笔记本电脑所采用的散热方案为散热通道的方式，也就是通过散热材料贴膜、导热硅脂覆层、散热材料导杆、风扇等一系列材料和装置的组合，将发热量大的元件的热量从机体内部导出至外 部，从而达到散热的目的。这种处理方式依赖于散热材料的基本构造，需要散热性能好、热扩散速率快、热导率高的新材料。现阶段，笔记本电脑中所采用的散热材料主要是金属材料，典型材料为铜合金和铝合金。然而，金属材料有着密度较大、铸造工艺复杂的缺点，过重的笔记本电脑也有悖于轻便易携带的发展潮流，也在一定程度上加大了制造成本。而对于以智能手机、平板电脑和手持游戏机为代表的手持设备，其采用的散热方案为散热贴膜:通过在设备主板的大功耗元件上贴取以石墨为主要原料的复合材料，将热量均匀散布开来，传导至机体的后盖板均匀散出，从而达到散热的目的。然而，利用石墨作为散热材料还存在着热导率较低、散热不够均匀的问题，且由于手持设备体积的限制，无法加装风扇等辅助散热设备，因此在这种类型的散热方案中，对于散热材料和结构的要求更闻。有鉴于此，确有必要提供一种散热性能好，体积小，重量轻，可方便应用于笔记本电脑、平板电脑、智能手机等多种电子设备中的散热结构
发明内容
—种散热结构,包括一第一碳纳米管层和一金属网格层，该第一碳纳米管层与该金属网格层层叠设置，该第一碳纳米管层具有一第一表面以及一与该第一表面间隔相对的第二表面，其中，所述第一碳纳米管层包括至少一碳纳米管纸。进一步地，该散热结构可包括一热界面材料层，该热界面材料层设置于上述第一碳纳米管层或金属网格层与发热元件之间，用于将发热元件产生的热量传导给上述第一碳纳米管层。更进一步地，该散热结构可包括一第二碳纳米管层，该第二碳纳米管层与所述第一碳纳米管层间隔相对设置，且所述金属网格层设置于该第二碳纳米管层与该第一碳纳米管层之间，该第二碳纳米管层包括至少一碳纳米管纸。—种电子设备，包括一散热结构和至少一发热兀件，该散热结构包括一第一碳纳米管层和一金属网格层，该金属网格层与所述第一碳纳米管层层叠设置，所述第一碳纳米管层包括至少一碳纳米管纸，该散热结构固定于该至少一发热元件表面，用于将该至少一发热元件产生的热量快速散开。进一步地,该电子设备可包括一导热结构和一风扇，该导热结构具有一第一端以及一与该第一端间隔相对的第二端，该导热结构的第一端与该散热结构相接触，该导热结构的第二端与该风扇相接触，当该电子设备工作时，热量先从该至少一发热元件散至该散热结构，再从该散热结构转移至该导热结构，再从该导热结构传导至该风扇，最后从该风扇排出至该电子设备外部。相对于现有技术，本发明所提供的散热结构具有以下优点:其一，由于碳纳米管的密度仅为铜的1/6到1/7，铝的1/2到1/3，因此，能够减轻散热结构的重量；其二，由于碳纳米管的热导率大于铜和铝的热导率，因此，能够提高散热结构的散热性能；其三，该散热结构占用空间小，且具有柔性，可以应用于复杂的空间环境；其四，该散热结构可用导热胶或导热胶带粘贴于任意发热元件表面，应用方便快捷；其五，该散热结构具有定向散热和导热功能，因此，能够快速、准确地将热量传导至指定的部件，大大提高散热效率。
图1为本发明第一实施例提供的散热结构的示意图。图2为图1的散热结构中具有定向散热功能的第一碳纳米管层的爆破图。图3为图1的散热结构中具有不定向散热功能的第一碳纳米管层的爆破图。图4为图2的第一碳纳米管层中的碳纳米管纸在沿碳纳米管轴向上的热导率-密度关系图。图5为图2的第一碳纳米管层中的碳纳米管纸在沿碳纳米管径向上的热导率-密度关系图。图6为图2的第一碳纳米管层中的碳纳米管纸在沿碳纳米管轴向和径向上的杨氏模量-密度关系图。图7为本发明第二实施例提供的散热结构的立体分解图。图8为本发明第三实施例提供的散热结构的立体分解图。图9为本发明第四实施例提供的散热结构的立体分解图。图10为本发明第五实施例提供的散热结构的立体分解图。
图11为本发明第六实施例提供的散热结构的立体分解图。图12为应用第一实施例的散热结构的电子设备的结构示意图。图13为应用第三实施例的散热结构的电子设备的结构示意图。图14为图13的电子设备中的导热结构的径向剖面图。图15为本发明实施例提供的散热结构中的第一碳纳米管层中的碳纳米管纸的扫描电镜照片。主要元件符号说明
权利要求
1.一种散热结构，包括一第一碳纳米管层和一金属网格层，该第一碳纳米管层与该金属网格层层叠设置，该第一碳纳米管层具有一第一表面以及一与该第一表面间隔相对的第二表面，其特征在于，所述第一碳纳米管层包括至少一碳纳米管纸。
2.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，该散热结构进一步包括一热界面材料层，所述第一碳纳米管层设置于所述金属网格层和该热界面材料层之间。
3.如权利要求2所述的散热结构，其特征在于，该散热结构进一步包括一第二碳纳米管层，该第二碳纳米管层与所述第一碳纳米管层层叠间隔设置，且与所述金属网格层相接触，该第二碳纳米管层包括至少一碳纳米管纸。
4.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，该散热结构进一步包括一热界面材料层，所述金属网格层设置于所述第一碳纳米管层和该热界面材料层之间。
5.如权利要求1或3所述的散热结构，其特征在于，所述碳纳米管纸的密度在0.3克每立方厘米至1.4克每立方厘米之间。
6.如权利要求5所述的散热结构，其特征在于，所述碳纳米管纸的密度在0.8克每立方厘米至1.4克每立方厘米之间。
7.如权利要求6所述的散热结构，其特征在于，所述碳纳米管纸的密度在1.2克每立方厘米至1.3克每立方厘米之间。
8.如权利要求1或3所述的散热结构，其特征在于，所述碳纳米管纸的厚度在30微米至120微米之间。
9.如权利要求1或3所述的散热结构，其特征在于，所述碳纳米管纸的杨氏模量在200兆帕至2400兆帕之间。
10.如权利要求9所述的散热结构，其特征在于，所述碳纳米管纸的杨氏模量在800帕至2400兆帕之间。
11.如权利要求2或4所述的散热结构，其特征在于，所述热界面材料层包含导热硅脂、导热硅胶、导热胶、导热胶带和碳纳米管阵列中的一种或两种。
12.如权利要求11所述的散热结构，其特征在于，所述热界面材料层为由导热硅脂填充于一碳纳米管阵列的空隙中形成的一复合材料层，该碳纳米管阵列中的碳纳米管沿垂直于所述第一碳纳米管层第一表面的方向择优取向排列。
13.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述金属网格层由金属线相互编织而成或由丝网印刷法制备而成。
14.如权利要求13所述的散热结构，其特征在于，所述金属线的直径在10微米至50微米之间。
15.如权利要求13所述的散热结构，其特征在于，所述金属网格层的线密度在5线每厘米至20线每厘米之间。
16.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述金属网格层由铜、铝或其合金材料组成。
17.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述金属网格层的厚度在10微米至100微米之间。
18.如权利要求1-4中任一项所述的散热结构，其特征在于，所述金属网格层的网格中填充有导热硅脂或碳纳米管阵列中的一种或两种。
19.如权利要求18所述的散热结构，其特征在于，所述金属网格层的每一个网格中均填充一个碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的空隙中填充有导热硅脂，且该碳纳米管阵列中的碳纳米管垂直于所述第一碳纳米管层第一表面的方向择优取向排列。
20.如权利要求1或3所述的散热结构，其特征在于，所述碳纳米管纸包括多个碳纳米管，且该多个碳纳米管中相邻的两个碳纳米管之间通过范德华力首尾相连。
21.如权利要求20所述的散热结构，其特征在于，所述多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列。
22.如权利要求21所述的散热结构，其特征在于，所述多个碳纳米管沿平行于所述第一碳纳米管层第一表面的方向择优取向排列。
23.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述第一碳纳米管层包括多个重叠平行设置的碳纳米管纸，该多个碳纳米管纸中的多个碳纳米管均沿同一方向择优取向排列。
24.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述第一碳纳米管层包括多个重叠交叉设置的碳纳米管纸，该多个碳纳米管纸之间的交叉角度在O度至180度之间。
25.—种电子设备,包括至少一发热兀件和一如权利要求1-24中任一项所述的散热结构。
26.如权利要求25所述的电子设备，其特征在于，该电子设备进一步包括一导热结构和一风扇，该导热 结构具有一第一端以及一与该第一端间隔相对的第二端,该导热结构的第一端与所述散热结构相接触，该导热结构的第二端与所述风扇相接触。
27.如权利要求26所述的电子设备,其特征在于，所述导热结构包括一金属芯及一包覆于该金属芯外表面的碳纳米管包覆层。
28.如权利要求27所述的电子设备，其特征在于，所述金属芯由铜、铝或其合金材料组成。
29.如权利要求27所述的电子设备，其特征在于，所述碳纳米管包覆层包括至少一碳纳米管纸，该碳纳米管包覆层由该至少一碳纳米管纸卷曲而成，所述碳纳米管纸包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管中相邻的两个碳纳米管之间通过范德华力首尾相连，沿同一方向择优取向排列。
30.如权利要求29所述的电子设备，其特征在于，所述碳纳米管包覆层包括多个重叠平行设置的碳纳米管纸，该多个碳纳米管纸中的多个碳纳米管均沿同一方向择优取向排列。
31.如权利要求30所述的电子设备，其特征在于，所述碳纳米管纸的密度在0.8克每立方厘米至1.4克每立方厘米之间。
全文摘要
本发明提供一种散热结构，包括一第一碳纳米管层和一金属网格层，该第一碳纳米管层与该金属网格层层叠设置，该第一碳纳米管层具有一第一表面以及一与该第一表面间隔相对的第二表面，其中，所述第一碳纳米管层包括至少一碳纳米管纸。该散热结构具有重量轻、体积小、散热性能好、能够定向散热的优点。本发明还提供一种应用上述散热结构的电子设备。
文档编号H01L23/373GK103178026SQ20111043270
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者张凌, 刘长洪, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司