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高导热性/低 热膨胀系数的复合物

阅读：830发布：2020-05-11

专利汇可以提供高导热性/低热膨胀系数的复合物专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且高导热系数/低热膨胀系数的导热复合物，用于导热片和包含由所述复合物形成的导热片的电子器件。所述导热复合物包含放置于具有低热膨胀系数的基底之间的高导热系数层。所述基底具有低热膨胀系数和相对较高的弹性模量，并且所述复合物表现出高导热系数和低热膨胀系数，即使在复合物具有高负载导热材料时。，下面是高导热性/低热膨胀系数的复合物专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种硬的导热复合物包含：
第一金属基底；
第二金属基底；和
在第一金属基底和第二金属基底之间的热解石墨层，其中热解石墨包含多个层状平面，并且石墨以层状平面垂直于第一和第二金属基底平面的方向取向放置于复合物中；第一和第二金属基底结合到所述石墨层上，其中所述第一和第二金属基底各自包含一种弹性模量在200GPa或以上的金属，所述复合物具有13ppm/℃或以下的面内热膨胀系数和200W/m-K或以上的热导率。
2.如权利要求1所述的导热复合物，其中第一和第二金属基底各自包含选自钨、钼、钨合金、钼合金中的1种金属，或者2种或更多金属的组合。
3.如权利要求1所述的导热复合物，其中第一和第二基底各自包含选自钨-铜合金、钼铜合金中的1种金属，或者2种或更多金属的组合。
4.如权利要求1所述的导热复合物，其中第一和第二金属基底各有4-13ppm/℃的热膨胀系数。
5.如权利要求1所述的导热复合物，按体积计包含20-90％的热解石墨。
6.如权利要求1所述的导热复合物，按体积计包含40-80％的热解石墨。
7.如权利要求1所述的导热复合物，按体积计包含55-87％的热解石墨。
8.如权利要求1所述的导热复合物，其中基底具有300GPa或以上的弹性模量。
9.如权利要求1所述的导热复合物，其中基底具有400GPa或以上的弹性模量。
10.如权利要求1所述的导热复合物，其中复合物具有4-9ppm/℃的热膨胀系数。
11.如权利要求1所述的导热复合物，其中复合物具有4-7ppm/℃的热膨胀系数。
12.一种电子结构包含：
电子装置；和
与所述电子装置热接触的散热片组件，所述散热片组件包含硬的导热复合物，所述导热复合物包含一片放置于第一和第二金属基底之间的热解石墨，其中热解石墨包含多个层状平面，并且石墨以层状平面垂直于第一和第二金属基底平面的方向取向放置于复合物中；第一和第二金属基底结合到石墨上，其中所述第一和第二金属基底各自独立地包含具有弹性模量200GPa或以上的金属，所述复合物具有13ppm/℃或以下的热膨胀系数和200W/m-K或以上的热导率。
13.如权利要求12所述的电子结构，其中第一和第二金属基底各自包含选自钨、钼、钨合金、钼合金中的1种金属，或者2种或更多金属的组合。
14.如权利要求12所述的电子结构，其中第一和第二金属各有300GPa或以上的弹性模量。
15.如权利要求12所述的电子结构，其中按体积计，包含20-90％的热解石墨。
16.如权利要求12所述的电子结构，按体积计，包含40-80％的热解石墨。
17.一种硬的复合片包含：
第一金属基底，具有200GPa或以上的弹性模量，选自钨、钼、钨合金和钼合金中的至少一种；
第二金属基底，具有200GPa或以上的弹性模量，选自钨、钼、钨合金和钼合金中的至少一种；和
放置于第一和第二金属基底之间的热解石墨片，所述热解石墨片包含多个层状平面，所述石墨以层状平面垂直于第一和第二金属基底平面的方向取向放置于复合物中；所述复合片具有13ppm/℃或以下的热膨胀系数和200W/m-K或以上的热导率。
18.如权利要求17所述的复合片，按体积计，包含20-90％的热解石墨。
19.如权利要求17所述的复合片，按体积计，包含55-87％的热解石墨。
20.如权利要求17所述的复合片，具有300-1000W/m-K的热导率。
21.如权利要求17所述的复合片，其中所述基底结合到石墨片上。

说明书全文

高导热性/低热膨胀系数的复合物

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求美国实用专利号13/049,498，名称为“高导热系数/低热膨胀系数的复合物”的权益，上述申请于2011.3.16提交，其全部内容引入本申请作为参考。发明领域

[0003] 所公开的技术涉及热管理组件，包括但不限于，热传递装置亦称为散热器，可用于自远离热源（例如散热片）处转移热；具有与热源接触的散热器（例如在热源和散热片之间）的装备；和扩散热量的散热片。本发明还涉及热管理组件的制造方法。

[0004] 发明背景

[0005] 如今存在多种形式的热管理，均依赖于传导、对流或辐射转移热量的原则。将热从高密度电子组件或装置，例如集成电路中传递出去需要良好的导热性。高导热性材料通常用于热传递装置以扩散半导体电路和系统中的热量。使用高导热性材料的热传递装置也可用于航空航天和军事用途。基本的金属不能满足如今使用的半导体电路系统。这导致了使用高传导性的热传递装置，这些装置由复合物或不同材料的层叠构成，制造成各种结构的组件，这些组件拥有所期望的高热导性、强度和其他所需要的性能。

[0006] 散热片是一种热扩散装置，其包含大量的内部结合到热源以自热源传导热能的材料。散热片通常用来转移自集成电路上的散热器的热量至环境空气中。散热片可为片或集成散热器的形式。散热片自高温区(例如处理器)传导热能至低温区(例如散热片)。热能随之通过对流和辐射自散热片扩散至散热片的周围大气中。散热片通常用来增加热传递效率，主要通过增加与空气或液体直接接触的表面面积来实现。这样可使更多的热量扩散，从而降低了装置工作温度。

[0007] 散热片用于冷却电子元件，典型的散热片包括与需冷却装置直接相连的导热底座和一副自底座伸出的金属片或钉状板。所述的板增加了与空气和液体直接接触的表面面积，从而增加了在热源和周围环境之间的热传递效率。

[0008] 传统散热片典型的底和/或片为铜或铝。铜和铝具有相对较高的热膨胀系数(CTE)。电子元件，包括这些元件中的半导体材料，通常由具有低的CTE(4～7×10-6/℃)的材料构成。当铜和铝显示良好导热性时，散热片材料和电子元件的CET差别上的错位可在安装好的电子元件（例如半导体芯片）中引入过多的应力，这会导致操作失败或不可靠。低CTE材料如铝碳化硅(AlSiC)、钼铜合金、钨铜合金或铜-钼层压制品已被用于散热片。这些材料具有低的热导率，在散热片中使用这些材料通常以牺牲导热性来获得较好的CTE，以与电子元件相匹配。

[0009] 发明简述

[0010] 本发明的目的之一在于提供一种具有低的CTE和高的热导率(TC)的导热复合物。本发明的另一目的在于提供一种在平面方向和穿过平面方向均具有低的CTE和优异的热导率的材料。本发明的另一目的还在于提供一种具有相对较低的CTE、相对较高的热导率和低密度的复合物。所述复合物适用于并特别适用于热管理组件中，包括但不限于，例如热传递装置，诸如散热器、散热片等等。

[0011] 根据本发明的一个方面，导热复合物包含第一金属基底；第二金属基底，和在第一金属基底和第二金属基底之间的热解石墨（thermal pyrolytic graphite）层，第一和第二金属基底结合到石墨层上并包含弹性模量在大约200GPa或以上的金属，复合物具有大约13ppm/℃或以下的面内热膨胀系数和大约200W/m-K或以上的热导率。

[0012] 根据一个实施方案，第一和第二金属基底各自包含选自钨、钼、钨合金、钼合金中的1种金属，或者2种或更多金属的组合。

[0013] 根据一个实施方案，第一和第二基底各有大约4-大约13ppm/℃的热膨胀系数。

[0014] 根据一个实施方案，按体积计，复合物包含大约20-大约90%的热解石墨。

[0015] 根据一个实施方案，按体积计，复合物包含大约40-大约80%的热解石墨。

[0016] 另一方面，按体积计，复合物包含大约55-大约87%的热解石墨。

[0017] 根据一个实施方案，基底具有大约300GPa或以上的弹性模量。

[0018] 根据一个实施方案，基底具有大约400GPa或以上的弹性模量。

[0019] 根据一个实施方案，复合物具有大约4-大约9ppm/℃的热膨胀系数。

[0020] 根据一个实施方案，复合物具有大约4-大约7ppm/℃的热膨胀系数。

[0021] 根据一个实施方案，热解石墨包含多个层状平面，并且石墨以层状平面水平于金属基底平面的方向取向放置于复合物中。

[0022] 根据一个实施方案，其中热解石墨包含多个层状平面，并且石墨以层状平面垂直于金属基底平面的方向取向放置于复合物中。

[0023] 根据本发明的另一方面，电子结构包含一个电子装置和一个与电子装置热接触的散热片组件，所述散热片组件包含一种导热复合物，所述导热复合物包含一片放置于第一和第二金属基底之间的热解石墨，第一和第二金属基底结合到石墨上并各自包含一种具有弹性模量大约200GPa或以上的金属，所述复合物具有大约13ppm/℃或以下的热膨胀系数和大约200W/m-K或以上的热导率。

[0024] 根据电子装置的一个实施方案，第一和第二金属基底各自包含选自钨、钼、钨合金、钼合金中的1种金属或2种或更多金属的组合。

[0025] 根据电子装置的一个实施方案，第一和第二金属各有大约300GPa或以上的弹性模量。

[0026] 根据电子装置的一个实施方案，按体积计，复合物包含大约20-90%的热解石墨。

[0027] 根据电子装置的一个实施方案，按体积计，复合物包含大约40-80%的热解石墨。

[0028] 根据电子装置的一个实施方案，热解石墨包含多个层状平面，并且石墨以层状平面垂直于金属基底平面的方向取向放置于复合物中。

[0029] 本发明的再一方面，一种复合片包含第一金属基底，第一金属基底选自钨、钼、钨合金和钼合金中的至少一种；第二金属基底，第二金属基底选自钨、钼、钨合金和钼合金中的至少一种；和放置于第一和第二金属基底之间的热解石墨片，所述热解石墨片包含多个层状平面，所述复合片具有大约13ppm/℃或以下的热膨胀系数和大约200W/m-K或以上的热导率。

[0030] 根据复合物的一个实施方案，所述复合物按体积计，包含大约20-90%的热解石墨。

[0031] 根据复合物的一个实施方案，所述复合物按体积计，包含大约55-87%的热解石墨。

[0032] 根据复合物的一个实施方案，所述复合物表现出大约300-大约1000W/m-K的热导率。

[0033] 根据复合物的一个实施方案，所述复合材包含结合到石墨片上的基底。

[0034] 这些或其他的特性将参考下面的说明书和附图进行描述。在本发明的说明书和附图中，尤其是实施方案中详细公开了本发明实施原则的一些指导性实施方式，但是应当明白，本发明不限于这些实施方案。当然，本发明还包含落在本发明所附上的权利要求的精神和条款内的所有的变换、修改和等同。

[0035] 关于在一个实施方案中描述和表明的特性可以同样或类似的方式用于其他的一个或多个实施方案中和/或结合或替代其他实施方案中的特性。

[0036] 附图简述

[0037] 图1是一种具有低CTE和高热导率的导热复合物的透视示意图；

[0038] 图2是根据本发明的一个方面，一种具有层状平面垂直于x-y方向取向的石墨层的复合物剖视示意图；

[0039] 图3是根据本发明的一个方面，一种包含通孔的导热复合物的透视示意图；

[0040] 图4是图3的复合物的剖视示意图；

[0041] 图5是根据本发明的一个方面，一种具有层状平面z方向取向的石墨层的导热复合物的透视示意图；

[0042] 图6是根据本发明的一个方面，使用导热复合物的一种电子组件的透视示意图；

[0043] 图7是根据本发明，表明在不同的石墨装载下导热复合物的热膨胀系数的曲线图；和

[0044] 图8是根据本发明，表明在不同的石墨装载下导热复合物的热导率的曲线图。

[0045] 发明详述

[0046] 本发明将详细参考示例性实施方案，表明附图的例子。附图仅为表明本发明所述目的的图示，并未按比例绘制。应当明白，其他的实施方案可用作指导，并且在不脱离本发明各自范围的情况下可作功能性的变化。同样，仅以实例下面的说明中，不应被解释为以任何方式的限制对示例性的实施方案在本发明的精神和范围内作出的各种替换和修改。

[0047] 术语“散热片”也可使用“耗散器”替换，指的是一种不仅收集热量而且还表现出扩散功能的元件。这些术语可为单数或复数形式，表明可出现一或多个。

[0048] 此文使用的术语“散热器”或“热传递层压制品”可交换使用，指的是一种与热源和散热片接触的装置。

[0049] 同样此处使用的术语“热解石墨”(“TPG”)可与高定向热解石墨(“HOPG”)、退火热解石墨(“APG”)、压缩退火热解石墨(“CAPG”)交换使用，指的是具有大量微晶的石墨材料，所述微晶相互高度排列或取向，并具有秩序井然的石墨烯层或高度的优选的微晶定向，具有大于大约800W/m-K的面内(a-b方向)热导率。在一个实施方案中，TPG具有大于大约1,000W/m-K的面内热导率，在另一个实施方案中大于大约1,500W/m-K。

[0050] 所公开的技术提供一种适用于热管理组件（例如散热器、散热片等等）的复合物，其中所述复合物具有相对较低的热膨胀系数和相对较高的热导率。所公开技术还公开一种包含使用低的CTE、高TC复合物的热管理装配的电子装配。

[0051] 关于图1，显示导热复合物10包含第一基底12，第二基底14，和放置于基底12和14之间的层16。基底12和14由具有相对较低CTE的材料构成，层16由具有相对较高的热导率（例如TPG）的材料构成。申请人发现将具有高热导率的材料，如TPG，夹在或封装在低CTE的金属基底中，可提供一种表现出相对较低CTE和相对较高热导率的复合物。

[0052] 基底可由具有相对较高的抗挠性和相对较低的CTE的金属构成。在一个实施方案中，基底包含一种具有大约200GPa或以上弹性模量的金属，在另一实施方案中大约300GPa或以上，还有一实施方案中大约400GPa或以上。如下面进一步讨论的，发明人发现使用具有高弹性模量和低CTE的金属基底，可提供一种低CTE的复合物，即使高热导率材料的组分在浓度非常大的情况下。

[0053] 基底材料可具有大约13ppm/℃或以下的面内热膨胀系数。在一个实施方案中，基底具有大约4-大约13ppm/℃的热膨胀系数。在另一个实施方案中，基底具有大约4-大约9ppm/℃的热膨胀系数。还有一个实施方案中，基底具有大约4-大约7ppm/℃的热膨胀系数。
一个基底的热膨胀系数与另一个基底的热膨胀系数可相同或不同。

[0054] 可选择满足特定用途或预期用途的金属。所述金属可选择自，例如，钼、钨、钼合金、钨合金，两种或两种以上的组合等等。在复合物中，各自的的基底可由相同或不同的金属（具有由相同合金组分但不同百分含量构成的合金的基底，认为由不同金属构成）构成。在一个实施方案中，所述金属选自钨-铜合金，包含大约10%-大约70%的铜。在另一个实施方案中，所述金属选自钼-铜合金，包含大约10%-大约70%的铜。非限制性地，适当的例子包括W-l0Cu(10%Cu)；W-15Cu(15%Cu)；Mo-30Cu(30%Cu)，等等。

[0055] 导热材料16可选自具有高的热导率的任何材料，包括热解石墨、热解石墨、退火热解石墨、压缩退火热解石墨、高定向热解石墨，等等。对每种热解石墨材料，高热导率的内层材料16的面内热导率大于200W/m-K，优选大于500W/m-K。同样，此处所用的术语“热解石墨”(″TPG″)包含如高定向热解石墨(″HOPG″)、退火热解石墨(″APG″)和压缩退火热解石墨(″CAPG″)材料。在一个实施方案中，热解石墨也可指由大量微晶组成的石墨材料，所述微晶相互高度排列或取向，并具有秩序井然的石墨烯层或高度的优选的微晶定向，具有大于800W/m-K的面内(此处指的是a-b或x-y方向)热导率。在一个实施方案中，TPG具有大于1,000W/m-K的面内热导率，在还有一个实施方案中大于1,500W/m-K。

[0056] 尽管，此处使用了通用术语“石墨”，但是，取决于用途的散热片既可使用具有典型的面内热导率小于500W/m-K的热解石墨(PG)，也可使用具有面内热导率大于600W/m-K的热解石墨(TPG)。在一个实施方案中，初始原料为商购自包括Panasonic,Momentive Performance Materials等等的石墨片。

[0057] 石墨材料拥有各向异性结构，并因此表现或拥有许多特性即高取向性诸如，例如导热性、导电性和流体扩散。石墨由具有六角形排列或网状的碳原子的层状平面组成。这些六角形排列碳原子的层状平面是大体平整并取向或有序的，以便基本相互平行并等距离。基本的平整、平行等距离片或碳原子层，通常是指石墨烯层或底面连接或结合在一起，其群组微晶排列。石墨中叠加的碳原子层或层压制品通过范德华力结合在一起。

[0058] 应当领会到，导热材料的大小和厚度并没有特别限定，可选择满足特定用途或预期用途的导热材料。在一个实施方案中，提供的导热材料为厚度1mm-5mm的石墨片。在另一个实施方案中，提供的导热材料为“石墨层，”指的是热解的单个裂层（cleaving）或包含至少一个毫米级或纳米级厚度的石墨层的热解石墨。在美国专利号11/555,681中描述了石墨的裂开获得毫米厚度的石墨层和/或超薄纳米厚度，此处将其全部引入作为参考。

[0059] 如上所述，石墨或石墨片包含在板内有序的层状平面，这样他们相互基本平行并等距离。目前的高热导率/低CTE复合物中，石墨片可放置在金属基底之间，放置方式为层状平面取向基本平行于金属基底的平面，或基本垂直于金属基底的平面。在一个实施方案中，石墨取向为层状平面的取向基本平行于基底平面（此处指的是a-b或x-y方向，这些术语可交换使用）。以层状平面基本平行于金属基底平面的层状平面取向提供了主要在侧面方向具有导热通道的复合物和热传递组件。关于图2所示的复合物20，包含金属基底12和14和放置于金属基底之间的高热导率层（如石墨片）22。所述石墨片包括层状平面24，其是平行于金属基底12和14平面方向(例如x-y方向)取向的（层状平面24不是按比例绘制的，但是为了在该实施方案中显示它们的取向，将它们的尺寸放大了）。当表现良好的面内热导率时，具有石墨取向x-y方向的复合物可能表现出较低的层面之间的热导率。低的层面之间的热导率对整体性能可能不存在任何重要影响，因为厚度方向的短的导热通道相对于整体导热通道通常是微不足道的。

[0060] 对于特定的用途，如果复合物层面之间的传导性的提高能够获得令人满意的结果，那么可提供具有散热通孔的复合物，例如，在美国专利号12/077,412中所描述的那些，此处将其全部引入作为参考。

[0061] 关于图3和图4，热传递复合物20包含图中所示的通孔。热传递复合物20包含第一基底12，第二基底14和放置于基底12和14之间的高热导率层22。导热层22包括多个通孔26。

[0062] 通孔的形状和数量可根据特定用途或预期用途的需要进行选择。在一个实施方案中，通孔相对于导热材料的体积百分比可占大约0.1-大约40%。通孔占导热材料的体积百分比也可指通孔的装载密度。在另一个实施方案中，通孔的装载密度可为大约0.1%-大约20%。提供通孔的装载密度大约0.1%-大约20%的导热材料，可提供机械强度和热导率均表现优异的层压制品。例如，具有通孔的装载密度大约0.1%-大约20%的层压制品，可表现出足够的结合强度（例如大于40psi）以克服300℃下的热应力，和优异的面内热导率（例如大于1,000W/m-K）。

[0063] 在另一个实施方案中，高热导率层以层状表面基本垂直于基底平面（此处指的是“z方向”）的取向放置于基底之间。关于图5，所示的复合物30包含金属基底12和14和放置于基底之间的导热层32（例如石墨层）。导热层32可包含由层状平面34组成的石墨材料，石墨层以层状平面34垂直于基底12和14平面的取向放置于基底之间（层状平面34不是按比例绘制的，但是为了在该实施方案中显示它们的取向，将它们的尺寸放大了）。以石墨层平面垂直于基底平面取向的结构，提供了良好的厚度方向的传导性和优异的一个横向扩散性。由于有高的层面之间的传导性和石墨基底的高的抗拉强度，在这样的结构中不需要散热通孔。

[0064] 申请人发现可提供具有相对较宽范围石墨装载（以体积为基础）的复合物，并且仍表现出优异的CTE和TC。在一个实施方案中，导热复合物包含大约20-大约90%体积的石墨。在另一个实施方案中，导热复合物包含大约40-大约80%体积的石墨。还有一个实施方案中，导热复合物包含大约50-大约87%体积的石墨。

[0065] 关于复合物，其中石墨是以层状平面基本垂直于基底平面（例如z方向）取向的，申请人发现，即使石墨负载相对较高时，也可提供具有优异的热导率和基本低的热膨胀系数的复合物。这是由于石墨热膨胀系数的各向异性，具有z方向取向的石墨，复合物的面内热膨胀系数在两个方向可稍有不同。特别是，可以预计，x和y方向的热膨胀系数随着石墨负载在复合物中的增加，相互是背离的（参见，例如图7显示了用TPG放置于Mo-30Cu基底之间的复合物的理论CTE）。因此，可以预见更高浓度的材料将控制复合物的CTE，并且更高浓度的石墨负载预计将损害复合物的CTE。申请人发现，虽然复合物中的基底有着大的弹性模量和z方向的石墨取向，但是即使在高的石墨负载时，复合物仍表现出足够低的热膨胀系数并且x和y方向相互基本相似（参见图7）。

[0066] 复合物可有大约200-大约1,100W/m-K的热导率。在一个实施方案中，复合物可有大约300-大约1,000W/m-K的热导率。还有一个实施方案中，复合物可有大约300-大约1,000W/m-K的热导率。复合物可有大约13ppm/℃或以下的热膨胀系数。在一个实施方案中，复合物可有大约4-大约13ppm/℃的热膨胀系数。在另一个实施方案中，复合物可有大约4-大约9ppm/℃的热膨胀系数。还有一个实施方案中，基底可有大约4-大约7ppm/℃的热膨胀系数。

[0067] 此外，在热解石墨大的负载情况下，为了能提供高的热导率/低的热膨胀系数的复合物，可提供具有轻的TPG材料（密度<3gm/cm3）的密度相对较低的复合物。在一个实施方案3
中，复合物的密度为大约3-大约8gm/cm。

[0068] 在一个实施方案中，基底结合到高热导率层。一方面，基底结合到高热导率层，这样在基底/高热导率层的界面基本没有滑动。

[0069] 复合物可通过任何合适的方法，将基底粘附于导热材料上形成。在一个实施方案中，层压制品可通过提供金属基底，并将其层叠于导热材料相反的面形成。基底可放置在邻近导热材料各自的表面，上述结构通过辊将基底材料层叠于导热材料各自的表面。可在导热材料表面提供一种粘结材料以使基底结合到导热材料上。所述粘结材料可提供在导热材料表面的不连续区域或通常是用于全部表面。在一个使用通孔的实施方案中，至少要在通孔附近使用粘结材料，这样在粘结过程中，一些粘结材料填充在通孔中。应当领会到，为了设置或处理粘结材料，需要使用固化或活化操作。在一个实施方案中，使用导热环氧树脂、铜焊、焊料或其他类似材料，随之可进行加热工序以激活用于TPG板表面的粘结材料。处理后的层压制品随之修正成所需要的成品尺寸。在另一个实施方案中，在金属基底和导热TPG连接之前，在活化温度下，将导热环氧树脂、铜焊、焊料或其他类似材料用于连接表面。在另一个实施方案中，不使用粘结材料，在高温和高压下通过扩散粘结形成TPG-金属粘结。

[0070] 将基底粘结到高导热层（例如石墨层）上，提供在热导率和热膨胀系数上更高性能的导热材料。申请人发现，将如钼、钨、钼合金、钨合金等等的低CTE基底粘结到高热导率层，可提供一种具有优异热导率和低热膨胀系数的复合物。申请人发现，在金属/高热导率层界面提供良好的机械结合，可提供一种具有低界面热阻、高层面之间热导率的复合物，并且复合物的CTE仍然很低的并接近金属基底的CTE。申请人发现，基底/石墨界面的滑动可对复合物在热导率和热膨胀上的热性能产生不利影响。

[0071] 金属基底可以任何合适的形式和厚度提供，以满足特定用途和预期用途。在一个实施方案中，金属基底可为金属箔。在一个实施方案中，基底的厚度为大约0.001-大约2mm。

[0072] 在使用通孔的一个实施方案中，洞和通孔以所需的能产生最优结果的大小和间隔预先打好。将导热环氧树脂、铜焊、焊料或其他类似材料用于TPG板表面，可用来填充部分或全部的通孔。通孔的装载密度范围可从少于0.01%所占面积-接近40%所占面积。在另一个实施方案中，通孔装载密度可从大约0.1%-大约20%。在另一个实施方案中，通孔间隔范围从大约0.5-125mm以达到所需的最优结果。在另一个实施方案中，通孔间隔范围从大约1-25mm。随之在至少两个金属基底之间层压TPG板。在一个实施方案中，在涂层之前，利用本领域已知方法包括放电加工（EDM）、电火花磨削（EDG）、激光和等离子体，在薄石墨片上钻开直径为
0.1-5mm大小，间距为1-25mm分开的洞或通孔。在另一个实施方案中，薄带石墨处理之前制造出裂缝。

[0073] 还有一个实施方案中，百叶、裂缝或通孔通过利用EDM、EDG、激光、等离子体或任何其他本领域已知方法在石墨层上形成或打孔。在一个实施方案中，任何地方的通孔直径为0.1-5mm，并安排1-25mm之间的间隔，以优化热力性能。

[0074] 通孔可使用材料填充以提供具有结构支撑的层压制品。通孔可由粘结材料如胶粘材料、焊料金属或金属合金、或硬焊金属或金属合金填充。合适的胶粘材料包括，例如，无机和有机粘合剂。典型的胶粘材料为环氧树脂。在一个实施方案中，粘结材料表现出导热性能，例如，导热环氧树脂。

[0075] 在一个实施方案中，钼、钨、钼-铜合金、钨-铜合金等等的箔胶带，背面有高传导性的压敏胶，压在热解石墨基底上并剥离，因为热解石墨的裂缝至少有一个石墨膜或层。在一个实施方案中，金属箔的厚度为大约5.0-大约25μm厚，背面有碳或聚对二甲苯，然后为高传导性的压敏胶层。金属箔可商购自包括Chomerics和Lebow的公司。

[0076] 在另一个实施方案中，基底可通过如化学气相沉积、物理气相沉积、电浆气相沉积、电镀、非电解镀层、浸渍涂层、喷涂等等的涂层工艺提供。如果为超薄热传递层压制品，基底可通过美国专利号11/339,338中所确定的内容提供，此处将其全部引入作为参考。

[0077] 复合物和层压制品可用作散热片材料并用于电子器材中。关于图6，电子结构40包含与散热片44热接触的电子装置42，散热片44包含高热导率/低热膨胀系数的复合物（具有低CTE的基底12和14和导热层16）。散热片可为任何形式，以满足特定用途或预期用途。一方面，例如，散热片可包含具有高热导率/低热膨胀系数复合物的片。此处所述的导热层可具有石墨材料层，石墨材料层的层状平面相对于基底材料以x-y或z方向取向。另一方面，散热片由包含高热导率/低热膨胀系数复合物的底部和多个片构成。电子装置可以任何合适的方式浮在散热片上，包括，例如，通过环氧树脂、粘合剂、焊料、铜焊或紧固件（如夹具、螺丝、螺栓）等等，以满足或适用于特定用途。

[0078] 散热片设计是一项复杂的任务，需要大量的数学-有限元分析、流体动力学等等。在设计散热片时，需要考虑各种因素，包括耐热性、散热片面积、散热片形状，也就是是否是片状或钉状设计，还有片和钉的高度，是否使用风扇或液体泵和其空气/液体流速，散热片材料和极限时允许的最高温度。

[0079] 耐热性是设计散热片时的关键参数。耐热性与材料的厚度成正比，和材料的热导率和热流的表面面积成反比。本发明涉及具有最佳耐热性的高级温度管理系统，可用来提供散热片或超薄散热片，其包含如石墨的传导性材料，具有4-13ppm/℃之间的CTE和高达400W/m-K或以上的热导率。
实施例

[0080] 通过下面示例，进一步描述和理解本发明。为了表明本发明的各方面提供所述示例，并不能以任何方式，在任何特殊方面如材料、工艺参数、设备、条件等等限制文中所公开的发明。

[0081] 提供一种包含金属基底和放置其间的TPG板的复合物，其中TPG层状平面垂直于金属基底平面的取向。金属基底是由含70钼和30%铜的钼铜合金构成的金属箔，复合物通过使用硬焊方法将基底层压于TPG板上形成。提供了几个石墨负载为体积比20%、50%、59%、77%和87%的层压制品。同时确定了复合物的实际的和理论的热膨胀系数和实际的和理论的热导率（参见图7和图8）。如图7所示，预计当这些复合物的x和y方向的热膨胀系数，在更高的石墨负载下背离时，发现复合物在两个方向上均具有优异的热膨胀系数，即使在高的TPG负载下。这是由于钼-铜基底格外高的弹性模量(240GPa相对于TPG11～30GPa)决定了由于硬的金属基底引起的复合物热膨胀系数的接近(dictation)。对于TPG-铜基底的同样的研究表明，在50%附近体积负载时，复合物的热膨胀系数开始背离，由于铜的相对较低的模量(110GPa)。如图8所示，在各种TPG负载时，测量的层面之间的热导率和计算值相一致，表明通过使用硬焊方法达到了超低的界面热阻。

[0082] 尽管导热复合物和包含所述复合物的电子装置的各个方面已经通过某些实施方案进行了说明和描述，但是应当明白，对本领域其他技术人员在阅读和理解本说明书的基础上可作出等同或修改。本发明包括所有的这些等同和修改。

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