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石墨片知識(shí)

一、石墨的理化特性

1.石墨的結(jié)構(gòu)

石墨晶體具有六角平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可分為天然石墨和人造石墨兩種。前者多呈鱗狀,由石墨礦中提煉出來(lái)。

特性:①潤(rùn)滑性②熱膨脹性?、哿己玫膶?dǎo)熱、導(dǎo)電性④廣泛溫區(qū)內(nèi)的可使用性⑤化學(xué)性能穩(wěn)定且無(wú)毒性⑥其他特性:具有可涂敷性、質(zhì)輕、可塑性大、易加工成形等特點(diǎn)。


石墨的分子結(jié)構(gòu)圖


石墨的晶體結(jié)構(gòu)圖

2、石墨的作用

石墨散熱片表面可以與金屬、塑膠、不干膠等其它材料組合以滿足更多的設(shè)計(jì)功能和需要。

①高導(dǎo)熱:平面內(nèi)熱傳導(dǎo)率最大可以達(dá)到1500W/mK;

②低熱阻:熱阻比鋁低40%,比銅低20%;

③非常輕:比同樣尺寸的鋁要輕30%,比銅要輕80%;

④易加工:可以模切制作成不同大小、形狀及厚度,厚度可以從0.075至1.5mm;

⑤靈活性:很容易與金屬、絕緣層或者雙面膠制成層板,增加設(shè)計(jì)靈活性,可以在背后有粘合劑;

⑥耐溫性:使用溫度最高可達(dá)400℃,最低可低于 - 40℃;

⑦易用性:石墨散熱片能平滑貼附在任何平面和彎曲的表面。



3、天然石墨、

天然石墨一般都是石墨片巖、石墨片麻巖、含石墨的片巖及變質(zhì)頁(yè)巖等礦石中出現(xiàn)。


天然石墨的大致成分(%)

品種    

固定碳

灰分

揮發(fā)份

水分

鱗片石墨    

85-95

0.1-0.7

5-15

1-2

-

微晶石墨    

60-80

0.1-0.2

20-40

1-2

0.5

4、人工石墨

人工石墨是將炭原料(如石油焦、瀝青焦、無(wú)煙煤、冶金焦、炭黑等)經(jīng)過(guò)煅燒、破碎與篩分、與粘接劑(主要用煤瀝青)混捏后,再經(jīng)壓型和焙燒、高溫石墨化,最后加工成所需規(guī)格尺寸。                              

                            

   5、石墨的微觀結(jié)構(gòu)


二、石墨散熱片的散熱原理

項(xiàng)目

天然石墨片  

人工厚度

厚度

很難做到≤0.1mm

最薄可以做到0.003mm

導(dǎo)熱系數(shù)(水平方向)

≤400w/mk

≤1500w/mk

導(dǎo)熱系數(shù)(垂直方向)  

10~20w/mk

10~240w/mk

1.熱傳遞

熱傳遞,是熱從溫度高的物體傳到溫度低的物體,或者從物體的高溫部分傳到低溫部分的過(guò)程。

2.導(dǎo)熱系數(shù)公式

導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1度(K,°C),在1秒內(nèi),通過(guò)1平方米面積傳遞的熱量,用λ表示,單位為瓦/(米·度),w/(m·k)(w/m·k,此處的k可用℃代替)。

λ=ρ* a*Cp;λ—材料導(dǎo)熱系數(shù);

ρ-材料密度;

a-熱擴(kuò)散系數(shù);

Cp-比熱容。

材料

導(dǎo)熱系數(shù)w/mk

比熱熔j/kg·k

密度g/cm3

200

880

2.7

380

385

8.96

石墨

水平100-500垂直5-40

710

0.7-2.1


上圖為常用材料的導(dǎo)熱系數(shù)比較圖,石墨較常規(guī)的材料有著比較高的

導(dǎo)熱系數(shù),這是石墨作為新型導(dǎo)熱材料的基礎(chǔ)。

石墨獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu),致使其熱量傳輸主要集中在兩個(gè)方向:XY軸和Z軸。

X-Y軸的導(dǎo)熱系數(shù)為300---1500W/mk

Z軸的導(dǎo)熱系數(shù)約為10W/mk


三、石墨加工

為了更好地適應(yīng)電子器件及電路模塊起伏的表面,需要對(duì)石墨導(dǎo)熱片進(jìn)行一定的加工處理,主要的加工方法為:

1、背膠加工;

2、背膜加工。

背膠加工

以更好地粘附IC及電路板為目的,在導(dǎo)熱石墨片的表面進(jìn)行背膠加工。

背膜加工

在某些需要絕緣或隔熱的電路設(shè)計(jì)中,為了更好地實(shí)現(xiàn)功能最優(yōu)化,石墨片的表面進(jìn)行背膜處理。

四、石墨片的廣泛應(yīng)用

在消費(fèi)類電子向超薄化、智能化和多功能化方向發(fā)展的今天,功率的日益增加和產(chǎn)品的越做越薄日益凸現(xiàn)出熱量發(fā)散的問(wèn)題。

因其在導(dǎo)熱方面的突出特性,石墨導(dǎo)熱片受到了越來(lái)越多的關(guān)注,在智能手機(jī)、超薄的PC和LED電視等方面有著廣泛的應(yīng)用。

GTS在智能手機(jī)上的應(yīng)用

智能手機(jī)所采用的CPU速度不斷增大,內(nèi)存容量擴(kuò)大,操作系統(tǒng)性能提高,超薄的機(jī)身,對(duì)散熱的要求逐漸增大。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的智能手機(jī)越來(lái)越多的采用石墨片作為導(dǎo)熱材料,例如蘋果、三星、HTC、小米等等。

GTS在iphone上的應(yīng)用


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