石墨散热片(膜)通过在减轻器件重量的情况下提供更优异的导热散热性能,能有效的解决电子设备的热设计难题,广泛的应用于PDP、LCDTV、Notebook PC、UMPC、Flat Panel Display、MPU、Projector、Power Supply、LED等电子产品。目前石墨散热片已大量应用于通讯工业、医疗设备、笔记本、手机、PC内存条以及LED基板散热等。
由于石墨具有金属材料的导电、导热性能,同时拥有类似有机塑料般的可塑性,并且具备特殊的热性能、化学稳定性、润滑和能涂敷在固体表面的等一些良好的工艺性能,因此,在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域都将有更广阔的应用。
1.导热机理
固体材料导热的基本概念 导热又称热传导,是固体中热量传递的唯一方式。物体导热的过程可以描述为:当物体的温度不均匀时,热能将从高温部分传播到低温部分,使整个物体的温度趋于一致。
石墨散热片(膜)的重要功能是创造出最大的有效表面积,在这个表面上热力被转移并有外界冷却媒介带走。石墨散热片(膜)就是利用本身独特的晶粒取向,沿两个方向均匀导热,平面内具有150-1500W/m-K范围内的超高导热性能,将热量均匀的分布在二维平面从而有效的将热量转移,分布到导热片(膜)的其他部分,保证组件在所承受的温度下工作。
片层状结构可很好地适应任何表面,屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。其分子结构示意图如下图所示。
石墨具有非常优秀的水平导热系数,但是石墨的垂直导热系数(具体参数详见下表)很低,热量很难散发出去,当发热量过大的时候,导热效果反而会很差。
通过表可以反映出,石墨较常规的材料有着比较高的导热系数,这是石墨作为新型散热导热材料的基础。
2. 工艺原理
当前石墨散热片(膜)加工生产中,常用的工艺方法是通过对天然石墨粉进行膨胀处理,在处理过后,石墨会具有非常好的导热、抗老化性能,以及很好的柔韧性。在此基础上进行薄膜加工,得到性能更加优秀的导热薄膜,使之能够更好地在实际中得以应用。
3. 技术特点
3.1石墨散热片特性:
品特性:表面可以与金属、塑胶、不干胶等其它材料组合以满足更多的设计功能和需要。
低热阻:热阻比铝低40%,比铜低20%
重量轻:重量比铝轻25%,比铜轻75%
高导热系数:石墨散热片能平滑贴附在任何平面和弯曲的表面,并能依客户的需求作任何形式的切割。
3.2 天然石墨片
通过人为膨胀处理,再经过机械压膜形成石墨导热薄片。
不同的厚度、耐热温度、导热率的高低决定了产品质量的优劣,国产的石墨导热片的厚度一般在0.1-1mm之间;而国外产品,如松下,目前已经能够制备碳层厚度仅为0.01mm的石墨导热片,在涂覆表面材料之后,厚度也在0.03mm左右,且导热率高达2000W/mK。
4.质量标准
参照 《GB10698-89可膨胀石墨》 标准。
在我国,石墨散热材料生产布局主要呈两种类型分布。
第一类是以石墨矿产地为主。中国石墨资源分布比较广,全国20个省(区)有石墨产出,其中黑龙江省拥有可开发石墨储量2200万吨多、山东省有可开发石墨储量1200万吨,内蒙古有可开发石墨储量400万吨;隐晶质石墨分布在湖南省和吉林省。具有典型代表的省份有黑龙江、山东,上述两省均有较多的石墨散热公司及生产基地;
第二类是以经济环境为主,具有典型代表的省份有江苏、广东,上述两省分布有较多的公司经营石墨散热材料,由于公司分别处长三角及珠三角地区,产品进出口极其便利,销往全国亦具有优势,据调查,江苏省内很多公司以代理销售为主,其生产工厂基本都设在广东省,当然也不排除一些江苏省内有一些自主研发、规模生产、经营销售的一体化公司。
石墨材料及其复合材料作为21世纪的新兴材料,毋庸置疑将会有很大发展,并在许多领域得到应用,将相应出现一些新兴高技术产业。我国有着丰富的石墨资源,在研究工作开发方面已有了一定基础,有了一定的技术储备;通过进一步技术开发,将会很快实现产业化并取得显著的经济效益。
石墨散热材料的技术应用相对于其他散热材料而言,只能说小有进展,目前虽已成功应用于某些电子产品,但并未进行大规模推广应用。石墨散热行业目前尚属于引入期后端,即将进入成长期,相信在未来的几年内,随着技术不断更新,石墨散热材料的应用范围会更加广阔,市场前景也亦会更加开阔。