石墨散热片及散热膜技术.docx

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1、石墨散热片及散热膜技术目录1 .前言12 .导热石墨膜的主要特性2?天然石墨特性2?人工石墨散热膜33 ?石墨散热片及散热膜技术4?导热机理4?工艺原理5?技术特点5?石墨散热片特性：5?天然石墨片5?质量标准6?石墨散热片及散热膜市场61 .前言随着电子产品的升级换代和迷你、高集成，以及高性能电子设备的散热管理需求，市面上就推出了全新的电子产品散热技术，即高导热石墨膜。这种全新的散热解决方案，散热效率高、占用空间小、重量轻，沿两个方向均匀导热，消除“热点”区域，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。石墨导热膜通过将热量均匀的分布在二维平面从而有效的将热量转移，在这个表面上热力被转移并

2、有外界冷却媒介带走，保证组件在所承受的温度下工作。导热石墨膜又被称为导热石墨片、散热石墨片、石墨散热膜等，是一种新型的导热散热材料，导热散热效果十分明显。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PDP1CDTVNotebookPC、UMPC、F1atPane1Disp1ayMPU、Projector、PowerSupp1y1ED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1ED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、

3、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。2 .导热石墨膜的主要特性导热石墨膜的重要特性包括：重量轻、低热阻、高导热系数等等。止匕外，导热石墨膜与其他诸多导热散热材料最大的不同在于它可以沿两个方向进行均匀导热，将其应用于电子产品时，能够在屏蔽热源与组件的同时改进电子产品的性能。按照性能不同可将导热石墨膜分为人工合成散热石墨膜和纳米复合石墨膜两大类。人工合成散热石墨膜是在极高温环境下通过石墨合成的方法制得，是一种碳分子高结晶态的石墨膜。纳米复合石墨膜以可膨胀的石墨为基本原料、经过高温膨胀和超声波震荡处理得到，因

4、其制作工艺复杂、成本高，目前应用并不是很广泛。?.天然石墨特性高导热：平面内热传导可达350-700WmK,热阻比铝低40%,比铜低20%超轻：比同样尺寸的铝要轻30%,比铜要轻80%超薄：厚度可以从0.03至15mm,密度1.35耐温性：使用温度最高可达400,最低可低于-40易加工：可以模切制作成不同大小、形状及厚度，可以提供模切平面板易用性：石墨散热片能平滑贴服在任何平面和弯曲的表面灵活性：很容易与金属、绝缘层或者双面胶制程层板，增加设计灵活性，可以在背后有粘合剂天然石墨散热膜第一个问题是不能做很薄，一般都是成品最薄做到O1mm厚度，这种厚度在手机结构中占有太多的空间，如果手机多个部位要

5、用散热膜的话，会直接影响手机的结构，在手机日益做薄的前提下，天然石墨的市场占有率越来越低，同时因为天然石墨自身的结构因素，天然石墨的散热效果是三种材料中最差的，导热系数只有300700WmK0?.人工石墨散热膜人工石墨能做很薄，散热效果非常好，主要体现在散热速度很快，但是人工石墨的一个大问题就是价格太贵，动辄上几百元一平米，这样的价格在智能机成本管控越来越严的今天，对于手机设计人员来说，还是非常大的压力。石墨散热膜有一个通病，就是石墨是挤压成型，做成成品过程还要涂胶，覆膜，加工过程有很多的不良等等，同时在模切过程中，石墨的边缘容易掉粉,所以还要做包边处理，包边处理成本较高，并且很麻烦，所以对于

6、终端的手机研发人员和成本控制人员来说，石墨片本身的材料的价格已经很贵了，但是石墨片的加工费和模切管理费有时候比材料还贵。图1纳米碳散热膜纳米碳散热膜是纳米碳材料做的散热膜，最薄能做到0.03mm,纳米碳和石墨是同素异构体，散热原理差不多，一般天然石墨的散热功率在400左右，人工石墨在1500,纳米碳的散热功率在1000-6000WmK,散热还是非常有效果的。同时纳米碳散热膜做出来已经是成品了，加工只用开模，冲切就可以，加工过程很简单，费用低。最重要的因素在于，纳米碳散热膜的成本不高，在市场上售价远低于人工石墨，甚至比有些天然石墨的价格还便宜。三种类型的散热膜各有优缺点，目前广泛应用在各个品牌的

7、手机等消费类电子产品上。?.石墨散热片及散热膜技术?.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150-1500Wm-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。SwfcIetnperMreunbut

8、ooc4A11M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。项目d天然石墨片人工石墨片厚度C很难做到最薄可以做到0.03mme导热系数（水平方向）d400WmK1500WmKQ导热系数（垂直方向）310-20WmKr10-40W.mK,材料/导热系数WmIa比热容JkgKp密度gem5P铝一200880平2.7铜380F385。8.96-石墨“水平IOo1500;垂直1040一7100.7-2g通

9、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

10、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S1-Imm之间；而国外产品，如松下，目前已经能够制备碳层厚度仅为（HHmm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2000WmK?.4.质量标准参照GB10698-89可膨胀石墨标准。?.石墨散热片及散热膜市场在我国，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

11、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。石墨产品产业链示意图如下所示：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。