带导热件的散热器的制作方法

专利名称：带导热件的散热器的制作方法
技术领域：
本发明是共同未决的Reis等人的美国专利申请序列号11/267933的部分继续案，该美国专利申请于2005年11月4日提交，标题为“散热电路组件”，本文通过引用将其结合进来。
本发明大体上涉及由各向异性的石墨平面材料制成的散热器，具体地说涉及这种包括导热件(via)的散热器，导热件有助于将热量传递出散热器的厚度。
背景技术：
早前已经提出过利用石墨散热器去除来自分散的热源的热量。散热器的一个表面贴靠在分散的热源上，热量从热源移动到散热器中。之后热量经由散热器进行传导，并通过传导或辐射而从散热器的两面消散到较冷的相邻的表面上，或通过对流而消散到空气中。具有高平面热导率的厚的石墨散热器，其具有大的热传导横截面面积，并且可比相同材料制成的薄的散热器散去更多的热量。然而，具有高平面热导率的石墨材料，其具有相对较低的厚度方向的热导率。这种低的厚度方向的热导率阻止了经由石墨厚度的热流，并且不能通过散热器实现最大的热传递。
这个问题可通过在石墨散热器上，于热源位置埋置导热件来实现。这种导热件由各向同性的材料制成，这种材料具有比石墨的厚度方向的热导率更高的热导率。备选的导热件材料包括金、银、铜、铝等，以及其各种合金。导热件通常是圆形的，并且加工成使其直径足以几乎覆盖整个热源的表面那么大。导热件的末端与热源相接触，并且热量流入导热件并穿过导热件。热量经由导热件外径传递到石墨中。导热件有效地将热量传递出石墨的厚度，并使石墨散热器的整个厚度可用于最大的热传递。在受让给Krassowski等人，并受让给本发明受让人的美国专利No.6,758,263中显示了之前关于石墨散热器中使用导热件的一个示例，该专利的细节通过引用而结合在本文中。
由高平面热导率的石墨制成，并包括导热件的厚的石墨散热器是比同等的全石墨、全铜或全铝的散热器更有效的散热器，并且其通常比全铜或全铝的散热器更轻。
使用散热器的一个特殊的应用是结合印刷电路板。印刷电路板通常由绝缘材料例如玻璃纤维迭片(称为FR4板)、聚四氟乙烯等材料制成。在这种板的其中一个表面上，或在绝缘材料层之间具有通常由铜组成的电路。这些电路通常由照相平版印刷、阴极溅镀、丝网印刷等方法来形成(对于设置在层之间的电路，会在迭片形成之前将电路敷设到绝缘材料上。另外，诸如LED、处理器等部件可设置在电路板的表面上，与表面上的电路相接触。这种部件可能产生大量的热量，为了使其运转可靠，并且达到其预期的性能水平，必须将这些热量散去。
由于这些发热部件，印刷电路板必须帮助消散的热量可能是极大量的。目前正在研究所谓的“散热板”，在这种散热板中，将一层散热材料如铜或铝及其合金与绝缘材料层压在与电路和发热部件相对的表面或层面中，以用作电子部件所产生的热量的散热器。重要的是须将散热器定位成使得至少一层绝缘材料将散热器和电路分开，因为散热材料通常是电传导的，并且如果它们接触的话可能会干扰电路的操作。
目前有几种商业可用的“散热板”，有时候称为金属芯印刷电路板(MCPCB)，例如来自Bergquist公司的Insulated Metal SubstrateTM散热板，来自Thermagon的T-CladTM散热板，来自Denka的HITT Plate板和来自TT电子公司的AnothermTM板。这些散热板在前三个情况下通过用热传导颗粒填充绝缘层，或者在或AnothermTM方案的情况下，通过位于铝散热层的顶面上的薄的阳极氧化层而使用了热传导的绝缘层。然而，热传导颗粒的使用是昂贵的，并且后续的层必须足够厚，以保证其是没有针孔，这增加了设计中的热阻。这种方案的另一限制起因于缺乏制造架构或非平面电路结构的适应性，以及绝缘材料覆盖散热层整个表面的实际情况。使用阳极氧化作为绝缘层试图克服某些问题，但是迫使使用铝作为其散热层，因为铜是不能阳极氧化的。因为铝的热导率远小于铜，所以这可能是一个热缺陷。然而，所有前面的方案都可能遇到锡焊困难，因为在印刷电路板和部件操作期间利用的相同的散热特性抑制了装配工艺过程，这种装配工艺过程需要锡焊的点热源(例如热杆粘接)。
为了克服某些，但不是所有这些问题，可以在单独的工艺过程中将传统的印刷电路板与单独的金属散热层结合起来。在这种装置中，可将印刷电路板设计成具有导热件(通常镀有铜的钻孔)，从而更好地将热量传导出印刷电路板的未填充的绝缘层，但是这些只是用于不需要部件至部件的电绝缘的应用场合。
而且，传统的散热材料如铜或铝还极大地增加了板的重量，这是不合适的，并且这些材料的热膨胀系数(CTE)并不与玻璃纤维迭片的热膨胀系数相匹配，导致了由于热作用而引起的印刷电路板上的物理性应力，并且可能导致脱层或破裂。
另外，因为这些板上的散热层由各向同性的、薄(相对于其长度和宽度而言)的金属材料组成，所以热量倾向于流经散热器的厚度，并导致在与热源直接相对的位置产生过热点。
另一类在工业上称为“柔性电路”的电路组件，其具有相似的热管理问题。通过在用作绝缘层的聚合体材料例如聚酰亚胺或聚酯的表面上提供电路，诸如上述铜电路，从而形成柔性电路。如名称所示，这些电路材料是可弯曲的，并且甚至可以电路卷材形式来提供，这些电路卷材可以在后面与铜或铝等散热层相结合。虽然非常薄，但是柔性电路中的绝缘层仍然增加了给定设计中的热阻，并且受到印刷电路板中所观察到的相同问题的困扰。导热件的使用仍然局限于如之前所述的电绝缘应用。并且明显的是，刚性金属层例如铜或铝的使用并不会让人们利用柔性电路的挠性，这种特性对于终端用户的应用是很重要的。
由膨化(exfoliated)石墨的压缩颗粒层形成的散热器的使用可以弥补使用铜或铝散热器所遭遇的许多缺陷，因为同铜比较，这种石墨材料提供了减少80％的重量的优势，同时能够匹配或甚至超过铜在平面方向上的热导率，平面方向的热导率是印刷电路板经表面散热所需要的。另外，石墨具有基本上为零的平面方向上的CTE，以及比铜或铝更低的硬度，所以降低了在石墨绝缘介质上的热应力。
虽然膨化石墨的压缩颗粒层甚至可以具有用于柔性电路的挠性，但是增加基于石墨的散热层并不能抵消散热器位置引起的所有缺点，使得一层或多层绝缘材料将散热器与发热部件分开，降低了从部件到散热层之间的热传递。
由柔性石墨片组成的一层或多层的迭片在本领域中是已知的。这些结构可在例如衬垫制造中找到用途。参见受让给霍华德的美国专利4,961,991。霍华德公开了包含金属片或塑料片的各种层压结构，这些金属片或塑料片粘接在柔性的石墨片之间。霍华德揭示了可通过在金属丝网的双面上冷加工柔性的石墨片，之后将石墨压接在金属丝网上，从而准备好这种结构。霍华德还揭示了将被覆织物的聚合树脂放置在两片柔性石墨之间，同时加热到足以软化聚合树脂的温度，从而将被覆织物的聚合树脂粘接在两片柔性石墨之间，生产出柔性的石墨迭片。类似地，Hirschvogel的美国专利5,509,993公开了通过一种工艺过程准备的柔性石墨/金属迭片，这种工艺过程包括将表面活性剂敷设到其中一个要粘接的表面上的第一步骤。Mercuri的美国专利5,192,605也可由柔性的石墨片粘接在芯材料上而形成迭片，芯材料可以是金属、玻璃纤维或碳。在通过砑光辊供给芯材料和柔性石墨以形成迭片之前，Mercuri将环氧树脂涂层和热塑剂颗粒沉降在芯材料上，并使之硬化。
除了其在衬垫材料上的用途之外，石墨迭片还可用作热传递或冷却装置。各种实心结构用作热交换器的用途在本领域中是已知的。例如，Banks的美国专利5,316,080和5,224,030揭示了金刚石和气体衍生的石墨纤维加上合适的粘接剂而用作热交换器装置的用途。这种装置用于被动地传导从热源如半导体至散热片的热量。
在美国专利6,758,263中，Krassowski和Chen揭示了将高传导率的插入物结合到散热部件例如石墨散热片中，从而从热源通过部件厚度，并在平面方向上传递热量。然而在Krassowski和Chen的说明书中没有描述经由相对非传导材料层，例如电路组件的绝缘层而传递来自热源的热量。
如所述，优选用作本发明散热器材料的石墨材料是膨化石墨的压缩颗粒片材，其通常称为柔性石墨片材。
以下是石墨和通常对其加工以形成柔性石墨片材的方式的简要描述。从微观规模看，石墨是由碳原子的六边形阵列或网状结构的层面组成。这些六边形设置的碳原子层面基本上是平的，并且定向或排序成基本上相互平行并且等距。这种基本平直、平行、等距的碳原子片材或碳原子层通常称为石墨层或基面，其链接或粘接在一起，并且其分组设置成微晶形式。非常有序的石墨材料由相当大尺寸的微晶组成，这些微晶彼此相对高度对准或定向，并具有非常有序的碳层。换句话说，非常有序的石墨具有高度优选的微晶取向。应该注意，根据定义，石墨拥有各项异性的结构，从而展现或拥有许多与方向高度相关性的特征，例如热导率和电导率以及流体扩散性。
简单地说，石墨可表征为碳的层压结构，即由碳原子层叠层或层片组成的结构，这些碳原子通过弱的范德瓦尔斯力而连接在一起。在考虑石墨结构时，通常标记两个轴或方向，即“c”轴或方向和“a”轴或方向。为了简便起见，可认为“c”轴或方向是垂直于碳层的方向。“a”轴或方向可认为是平行于碳层的方向或与“c”方向垂直的方向。适合于制造柔性石墨片的石墨拥有非常高度的微晶取向。
如上所述，将平行的碳原子层保持在一起的粘接力只是弱的范德瓦尔斯力。天然石墨可进行化学处理，使得层叠的碳层或层片之间的间隙能够适当地张开，从而可在垂直于层的方向，即“c”方向上提供显著的膨胀，并从而形成一种基本保持了碳层的层压特征的扩张或膨胀的石墨结构。
经过化学膨胀或热膨胀，尤其膨胀到最终尺寸或“c”方向尺寸大约为原始“c”方向尺寸80倍或以上的石墨片，其可以在粘接或结合的膨胀的石墨片中不使用粘接剂的条件下形成，这些粘接剂例如织物、纸张、条、胶带等(通常称为“柔性石墨”)。
在没有使用任何粘接材料的条件下，通过压缩而将已经膨胀到最终尺寸或“c”方向尺寸大约为原始“c”方向尺寸80倍或以上的石墨颗粒整合到柔性片材中，这由于体积膨胀的石墨颗粒之间获得的机械联锁或粘接而被认为是可行的。
除了柔性之外，如上所述还发现片材由于膨胀的石墨颗粒基本平行于片材的相对面的微晶取向而拥有与热导率和电导率以及流体扩散性相关的高度的各向异性，其虽然较少，但可比拟于天然石墨的原材料，片材通过非常高的压缩例如滚轧加工而成。这样所生产的片材具有优良的柔性，良好的强度和非常高的粘度或微晶取向。目前存在对更完全地利用这些特性的加工过程的需求。
简要地说，生产诸如织物、纸张、条带、胶带、箔、席子等柔性无粘接剂的各向异性的石墨片材的过程，其包括在预定的负载下，并在缺乏粘接剂的条件下，对“c”方向尺寸大约为原始颗粒“c”方向尺寸80倍或以上的膨胀的石墨颗粒进行压缩或压挤，从而形成基本平直的、柔韧的、完整的石墨片。外观上通常蠕虫状或蚓状的膨胀的石墨颗粒一旦压缩，其将保持压缩形变，并与片材的相对的主表面对准。通过在压缩步骤之前敷设和/或添加粘接剂或添加剂可改变片材的特性。参见Shane等人的美国专利3,404,061。通过控制压缩的程度可改变片材的密度和厚度。
在需要嵌入或模制表面花纹的情况下，较低的密度是有优势的，并且较低的密度有助于获得良好的花纹。然而，更密实的片材通常优选较高的平面强度和热导率。通常，片材的密度将大约在0.04g/cm3至1.9g/cm3之间的范围内。
上述制成的柔性石墨片材通常展示了由于石墨颗粒与片材相对的主平行面平行对准而引起的恰当程度的各向异性，当片材为提高密度而进行滚轧加工时，各向异性的程度会增加。在滚轧的各向异性的片材中，厚度方向，即与相对的、平行的片材表面垂直的方向包括“c”方向，而沿着长度和宽度，即沿着相对的主表面或与相对的主表面平行的方向，其包括“a”方向，并且片材在“c”和“a”方向上的热属性是极其不同的，通常相差几个等级。

发明内容
因此，本发明的一个目的是为石墨散热器中的导热件提供改进的结构。
本发明的另一目的是提供制造这种包括导热件的散热器的改进的方法。
并且本发明的还一目的是提供一种带凸缘的导热件，其具有与石墨散热器的其中一个主表面相结合的凸缘，用于改进导热件和石墨散热器之间的热传递。
并且本发明的另一目的是提供一种利用廉价的推挤螺母来制造带导热件的散热器的低成本方法。
本发明的另一目的是提供构造石墨散热器的结构和方法，这种石墨散热器具有齐平的导热件。
本发明的另一目的是提供一种带有导热件和一层覆层的石墨散热器，从而为散热器的安装提供了结构完整性。
本发明的又一目的是提供对导热件和石墨散热器进行共锻的方法。
通过结合附图阅读以下说明书，本领域中的技术人员将很容易明晰本发明的其它目的、特征和优势。


图1是根据本发明的电路组件的局部剖切的透视图，其具有位于其一个表面上的散热层以及位于散热层和发热部件之间的热通道，发热部件定位在电路组件的第二表面上。
图2A-2C是图1电路组件的热通道不同的备选设计的局部横截面图，其显示了沿着图1的剖面线2-2的横截面图，并且分别显示了延伸到电路组件的第二表面上方、与电路组件的第二表面齐平和陷入电路组件的第二表面的热通道。
图3是根据本发明的柔性电路的局部剖切的透视图，其具有位于其一个表面上的散热层以及位于散热层和发热部件之间的多个热通道，发热部件定位在柔性电路的第二表面上。
图4是根据本发明的电路组件的局部横截面图，其具有位于其一个表面上的散热层以及位于散热层和发热部件之间的热通道，发热部件定位在电路组件的第二表面上，其中热通道与发热部件是整体的。
图5是根据本发明的电路组件的局部横截面图，其具有位于其一个表面上的散热层以及位于散热层和发热部件之间的热通道，发热部件定位在电路组件的第二表面上，其中热通道延伸到散热层之外，并支撑辅助的散热层。
图6A是根据本发明的电路组件的底平面图，其具有伸长的基本热收集通道。
图6B是图6A的电路组件的顶部平面图。
图7是石墨散热器的正面局部横截面图，热铆钉类型的导热件利用推挤螺母而安装在石墨散热器上。
图7A是与图7相似的视图，其显示了可选的位于推挤螺母下面的垫片的用途。
图8是图7的带凸缘的导热件的平面图。
图9是图8的带凸缘的导热件的正面图。
图10是图7的推挤螺母的平面图。
图11是图10的推挤螺母的正面横截面图。
图12是图7的石墨平面元件的部分平面图，其显示了冲切的导热件，其接受带凸缘的导热件。
图13是以横截面显示的图7和12的石墨平面元件的正面图。
图14是在带凸缘的导热件经由冲切孔而压配合到石墨平面元件中之后，从而产生蘑菇状的石墨圆角的正面横截面图。直接定位在石墨平面元件和导热件上面的是冲头，其将用于压缩石墨圆角。
图15是本发明另一实施例的正面局部横截面图，其利用具有两个凸缘的导热件，一端各一个凸缘。这个示例中显示了热源定位在下面凸缘上，但可定位在这个导热件的任一凸缘上。如图15横截面部分所示，导热件由两个部分组成，一个包括杆部和下面凸缘，第二部分是上面凸缘。
图15A是与图15相似的视图，其显示了带双凸缘的导热件的备选变型。
图16是图15的杆部和下面凸缘的平面图。
图17是图16的杆部和下凸缘的正面图。
图18是上凸缘在其与图15的导热件装配之前的平面图。
图19是图18的上凸缘的正面横截面图。
图20是与图14几分相似的视图，其显示了图17的带凸缘的导热件的杆部已经压缩到石墨平面元件中，从而形成蘑菇状的石墨圆角。图中显示了冲头位于导热件上方位置，其准备向下移动以压缩石墨圆角。
图21是带凸缘的导热件的备选结构的平面图。
图22是图21的带凸缘的导热件的正面图。
图23是第二凸缘的平面图，其具有用于图21和22的带凸缘的导热件的直孔。
图24是图23的第二凸缘的正面横截面图。
图25是本发明另一实施例的正面局部截面图，其具有与石墨平面元件的主平面齐平的导热件。
图26是图25的导热件的平面图，其是各端具有倒角边的圆盘形状。
图27是图26的导热件的正面图。
图28是用于将图26和27的导热件埋置在石墨平面元件中，从而形成图25所示的散热器结构的固定器的正面局部横截面分解图。图28从上至下显示了冲头，导热件，上半模，石墨散热器，和下半模。
图29是图28的固定器在冲头迫使导热件穿过上半模并进入石墨散热器中之后的正面横截面图。
图30是用于压缩石墨散热器的环状凸起部的压机的两个压板的正面分解截面图，石墨散热器具有齐平的导热件。
图31是上面具有表面层的石墨散热器的正面横截面图。
图32是与图25相似的视图，其显示了装配好的石墨散热器，其具有表面层，并包括齐平的导热件，且具有显示位于其上面的热源。
图33是与图25相似的视图，其显示了存在于散热器的一种使用模式下的安装模式。
图34是与图33相似的视图，其显示其中两个螺钉穿过石墨平面元件，从而造成石墨散热器弯曲的另一安装模式。
图35是与图34相似的本发明改进的实施例的视图，其中已经将镀层添加到石墨散热器上，并且安装孔延伸穿过镀层，其为石墨散热器提供了结构完整性，从而最大程度地减小了其任何弯曲。
图36是石墨平面元件的正面横截面图，其具有埋置在石墨平面元件中的齐平型导热件，其将由图28和29中所示的工艺过程成形。
图37是用于对导热件和石墨平面元件进行共锻的冲模的分解图。这两个半模分开，并且石墨散热器显示处于这两个半模之间。
图38是图37的冲模组件的另一视图，其显示了两个半模已经合在一起，对导热件和石墨平面元件进行共锻，从而导致导热件和石墨平面元件的横向扩展。
图39是由图37和38所示的工艺过程对石墨平面元件进行共锻的正面横截面图。如相对图36所示，导热件和石墨平面元件由于其锻造原因而已经发生了横向扩展。
具体实施例方式
本发明提供优选的用于制造具有导热件的石墨散热器的结构和方法。在一个实施例中，提供了带凸缘的导热件，其具有至少一个与石墨散热器的石墨平面元件的其中一个主平面相结合的凸缘。这种带凸缘的导热件可通过使用推挤螺母或使用第二凸缘而连接在石墨散热器上，推挤螺母或第二凸缘刚性地连接在导热件的杆部上。这样，这种带凸缘的导热件包括至少一个凸缘，和第二凸缘或推挤螺母，其在石墨散热器元件的表面上延伸。在另一实施例中，提供了齐平的导热件，其在最终位置与石墨散热器元件的主平面是齐平的。本发明提供了用于制造这两个实施例的各种优选的技术。
这两个实施例最好包括其中将导热件的杆部压配合到穿过石墨平面元件的形状相似但略微较小的开孔中，从而在杆部和穿过石墨平面元件的开孔之间提供紧密配合的制造方法。
这种石墨散热器的一个特殊的应用是其在印刷电路板的电路组件上的用途。当在发热部件尤其发光二极管和散热层之间提供热通道，即导热件时，电路组件上的散热层的散热功能将获得极大的改进。实际上，通过使用这种热通道，基于石墨的散热层的使用可改进散热性能，甚至可与使用铝或铜散热器相比，同时增加了减轻重量的优势。
术语″电路组件″意味着一种包括定位在绝缘材料上的一个或多个电子电路，并且可包括迭片，一个或多个电路夹在绝缘材料层之间。电路组件的特定示例是熟练技术工人所熟悉的印刷电路板和柔性电路。
在描述本发明改良目前材料的方法之前，将对石墨和其形成柔性片材进行简要描述，其将成为用于形成本发明产品的主要的散热器。
石墨是微晶形式的碳，其包括在平的层面上利用层面之间的弱的粘接力而共价连接的原子。通过利用嵌入剂，例如硫酸和硝酸溶液对石墨颗粒，例如天然的石墨片进行处理，石墨的晶体结构发生反应，从而形成石墨和嵌入剂的复合物。处理后的石墨颗粒在后文中称为″嵌入的石墨颗粒″。当暴露于高温下，石墨中的嵌入剂发生分解和挥发，导致嵌入的石墨颗粒尺寸在″c″方向上以折式插孔的方式膨胀为大约原始体积的80倍或以上，″c″方向即垂直于石墨的晶体平面的方向。膨化的石墨颗粒在外表上是蠕虫状的，并因此一般称为蠕虫石墨。蠕虫石墨可压缩在一起形成柔性片材，其不同于原始石墨片，可形成并切割成各种形状。
适用于本发明的石墨原材料包括高石墨化的碳质材料，其能够嵌入有机和无机的酸以及卤素，之后在暴露于受热时发生膨胀。这些高石墨化的碳质材料最好具有大约1.0的石墨化程度。如本说明书中所用术语″石墨化程度″指根据公式计算出的值gg=3.45-d(002)0.095]]>其中d(002)是在晶体结构中以埃单位测量的碳的石墨层之间的间距。石墨层之间的间距d在通过标准的X射线衍射技术进行测量。对应于(002)，(004)和(006)密勒指数的衍射峰值的位置经过测量，并且采用标准的最小二乘法导出可使所有这些峰值的总误差减少到最小的间距。高石墨化程度的碳质材料的例子包括各种来源的天然石墨，以及碳质材料例如由化学汽相淀积，聚合体的高温热裂解，或熔融金属溶液结晶等方法而准备好的石墨。天然石墨是最优选的。
用于本发明的石墨原材料可包含非石墨成分，只要原材料的晶体结构保持所需的石墨化程度，并且能够膨化即可。通常其晶体结构具有所需石墨化程度并可进行膨化的任何含碳材料都可适用于本发明。这种石墨优选具有重量百分比至少大约80％的纯度。更优选的是，本发明采用的石墨将具有至少大约94％的纯度。在最优选的实施例中，采用的石墨将具有至少大约98％的纯度。
Shane等人在美国专利No.3,404,061中描述了一种用于制造石墨片的普遍方法，其说明书通过引用而结合在本文中。在Shane等人的方法的典型实例中，通过将石墨片分散在包括例如硝酸和硫酸的混合物的溶液中，可使嵌入天然的石墨片，硝酸和硫酸的比例优选每100份重量的石墨片大约20到大约300份重量的嵌入剂溶液(pph)。嵌入剂溶液包括本领域中已知的氧化剂和其它嵌入剂。示例包括那些包含氧化剂和氧化混合物的嵌入剂，例如溶液包含硝酸、氯酸钾、铬酸、高锰酸钾、铬酸钾、重铬酸钾、高氯酸盐等或混合物，例如浓缩的硝酸和氯酸盐、铬酸和磷酸、硫酸和硝酸或混合物强的有机酸，例如三氟乙酸，以及可溶于有机酸中的强的氧化剂。作为备选，电势可用于引起石墨的氧化。利用电解氧化可引入石墨结晶的化学物质包括硫酸以及其它酸。
在优选的实施例中，嵌入剂是硫酸，或硫酸和磷酸，以及氧化剂即硝酸、高氯酸、铬酸、高锰酸钾、过氧化氢、碘酸或高碘酸等混合物的溶液。虽然不是优选的，但是嵌入剂溶液可包含金属卤化物，例如氯化铁和混合硫酸的氯化铁，或卤化物，例如溴、溴和硫酸的溶液或有机溶剂中的溴。
嵌入剂溶液的数量可在大约20至大约350pph范围内，更典型地为大约40至大约160pph。在嵌入石墨片之后，从石墨片中吸取任何过量的溶液，并对石墨片用水清洗。作为备选，嵌入剂溶液的数量可限制在大约10和大约40pph之间，如美国专利No.4,895,713中所述，这允许消除清洗步骤，其说明书通过引用而结合在本文中。
利用嵌入剂溶液处理后的石墨片的颗粒可选地通过例如混合而与有机还原剂相接触，有机还原剂可选自醇、糖、醛和酯，其在25℃和125℃的温度范围内会与氧化的嵌入剂溶液的表面膜发生反应。合适的特定的有机试剂包括十六醇、十八烷醇、1-辛醇、2-辛醇、癸醇、1，10癸二醇、癸醛、1-丙醇、1，3丙二醇、乙二醇、聚丙二醇、右旋糖、果糖、乳糖、蔗糖、马铃薯淀粉、乙二醇一硬脂酸、二苯甲酸二甘醇酯、丙二醇一硬脂酸、甘油硬脂酸酯、二甲基酰胺、二乙基酰胺、甲酸甲酯、甲酸乙酯、抗坏血酸和木素化合物例如木质磺酸钠。有机还原剂的数量合适于重量大约为石墨片颗粒的0.5到4％。
在嵌入之前、期间或之后应用的膨胀助剂还可提供改进之处。这些改进可包括降低膨化温度和增加膨胀体积(也称为″蠕虫体积″)。本文中的膨胀助剂将优选为可充分溶于嵌入剂溶液中以改善膨胀性能的有机材料。更狭义上讲，可采用的这类有机材料包括碳、最好不包含氢和氧。羧酸发现是特别有效的。用作膨胀助剂的合适的类羧酸可选自芳香族、脂肪族或环脂化合物，直链或支链、饱和和不饱和的单羟基酸、联羧基酸和聚碳酸酯酸，其具有至少1个碳原子，并且最好高达大约15个碳原子，其可有效数量地溶于嵌入剂溶液，从而可观地改善一个或多个膨化方面。合适的有机溶剂可用于改良有机膨胀助剂在嵌入剂溶液中的可溶性。
饱和的脂族羧酸的典型示例是诸如那些配方为H(CH2)nCOOH的酸，其中n大约是从0至5的数字，这些酸包括甲酸、醋酸、丙酸盐、奶油、戊醇、正己醇等等。除了羧酸以外，还可采用酐或起反应的羧酸派生物例如烷基酯。烷基酯的代表是甲酸甲酯和甲酸乙酯。硫酸、硝酸以及其它己知水性嵌入剂具有将甲酸最终分解成水和二氧化碳的能力。为此，甲酸以及其它敏感的膨胀助剂优选在石墨片浸渍到水性嵌入剂之前与石墨片接触。二羧酸的代表性实例是具有2-12个碳原子的脂肪族的二羧酸，尤其酢浆草酸、反丁烯二酸酸、丙二酸、顺丁烯二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、1，5-戊二醇酸，1，6-己二酸，1，10-癸二酸，环己烷-1，4-二羧酸和芳香族二羧酸例如邻苯二甲酸或对苯二甲酸。烷基酯的代表性实例是二甲基甲酰胺和二乙基甲酰胺。脂环族酸的代表性实例是环己烷类羧酸，并且芳香族类羧酸的代表性实例是安息香酸、萘甲酸、邻氨基苯酸、对氨基苯酸、水杨酸、邻、间、对苯二甲酸，甲氧基苯甲酸和乙氧基苯甲酸、乙酞乙酸胺基苯甲酸和乙酸胺基苯甲酸、苯乙酸和茶甲酸。羚基芳族酸的代表性实例是羚基苯甲酸(naphthoic)、3-羟基-1-茶甲酸、3-羚基-2-茶甲酸、4-舟基-2-茶甲酸、5-羚基-1-茶甲酸、5-羚基-2-茶甲酸、6-羟基-2-茶甲酸和7-羚基-2-茶甲酸。多脂酸中突出的是柠檬酸。
嵌入剂溶液通常是水性的，并且最好含有约1-10％用量的膨胀助剂，此用量作用以加强膨化。在一个实施例中，膨胀助剂在石墨片用水性嵌入剂溶液浸渍之前或之后与石墨片接触，膨胀助剂可以与石墨以合适的方式例如用V型搅拌机混合，一般以石墨片的重量比约0.2％-约10％的用量相混合。
在插入石墨片之后，接着将涂覆嵌入剂的经嵌入的石墨片和有机还原剂相混合，混合物暴露于25℃-125℃范围内的温度下以促进还原剂和嵌入涂层的反应。加热时段不超过约20小时，其中较短的加热时段(例如至少约10分钟)在高于上述范围的温度内进行。可以在更高温度下采用一个半小时或更少的时间例如10到25分钟。
这样处理的石墨颗粒有时称为“嵌入的石墨颗粒”。在暴露于例如至少约160℃的高温和很多情况下约700℃-1000℃以及更高温度下，嵌入的石墨颗粒以摺状方式在c方向上，即在垂直于石墨颗粒构成的晶体平面的方向上膨胀到相当于其原来体积的80-1000倍或更高倍数。经膨胀的、即膨化后的石墨颗粒是蠕虫状外观，并因此通常称为蠕虫。所述蠕虫可以压缩在一起形成柔性片材，其不同于初始的石墨片，其可以形成和切成不同形状。
柔性石墨片材和箔是内聚的，具有良好的加工强度，并可进行适当的压缩，例如通过滚压而形成大约0.075mm-3.75mm的厚度，并且通常密度大约为0.1-1.9克每立方厘米(g/cm3)。如在美国专利5,902,762中所述(其通过引用而结合在本文中)，可以向嵌入的石墨片掺混重量比约1.5-30％的陶瓷添加剂，以便在最终柔性石墨产物中提供强化的树脂浸渍作用。添加剂包括具有长度约0.15-1.5毫米的陶瓷纤维颗粒。合适的颗粒宽度大约为0.04-0.004mm。陶瓷纤维颗粒不与石墨反应，且不附着于石墨上，并在高达约1100℃，优选约1400℃或更高的温度下是稳定的。合适的陶瓷纤维颗粒是由浸渍的石英玻璃纤维、碳纤维和石墨纤维、氧化错、氮化硼、碳化硅和氧化镁纤维，天然存在的矿物纤维例如偏硅酸钙纤维、硅酸铝钙纤维、氧化铝纤维等加工成型的。
如在国际专利申请No.PCT/US02/39749中所述，可通过在石墨化温度，即在大约3000℃和以上范围的温度下对石墨片的预处理，并通过嵌入润滑剂可有利地增强上述用于嵌入和剥落石墨片的方法，其说明书通过引用而结合在本文中。
当石墨片接下来经历嵌入和膨化处理时，石墨片的预处理或退火可导致显著增加的膨胀(即提高到高达300％或更大的膨胀体积)。实际上，同没有经过退火步骤相似的处理工艺比较而言，膨胀增加至少大约50％。退火步骤所采用的温度将不会显著低于3000℃，因为即使低100℃的温度都可能导致膨胀极大地减小。
本发明的退火处理需执行一段时间，其足以导致石墨片在进行嵌入处理和后续膨化处理时，具有增强程度的膨胀度。通常所需要的时间为1小时或更多，优选1至3个小时，并且最好在惰性环境下执行。为了达到最有效的结果，退火的石墨片还将经历本领域中己知的其它工艺，以增强膨胀度，即在存在有机还原剂，嵌入助剂例如有机酸的条件下进行嵌入处理，并在嵌入处理之后用表面活性剂清洗。此外，为了达到最有效的结果，可以重复嵌入步骤。
本发明退火步骤可在感应炉或其它在石墨化领域中己知并熟悉的装置中进行；对于这里所采用的3000℃范围内的温度，其是在石墨化工艺中所遇到的温度范围内的高端温度。
因为已经观察到，利用受到过嵌入前退火处理的石墨所生产出的蠕虫石墨有时可能会″结块″，这可能对区域重量的均匀性造成负面影响，有助于使蠕虫石墨″自由流动″的添加剂是极其需要的。将润滑的添加剂添加到嵌入剂溶液中促进了蠕虫石墨在压缩装置的底床(例如砑光机的底床)上的更均匀分布，这种压缩装置通常用于将石墨蠕虫压缩(或″砑光″)到柔性石墨片中。因此最终的片材具有更高的区域重量均匀性和更大的抗拉强度。润滑的添加剂优选是长链烃，更好的是具有至少大约10个碳的碳氢化合物。其它具有长链烃群的有机化合物，即使存在其它原子团也是可以采用的。
润滑的添加剂更优选为油，矿物油是最好的，尤其考虑到矿物油较少可能发生酸败和发出气味，这是长期贮藏非常重要的考虑因素。应该注意上面详述的某些膨胀助剂也可满足润滑的添加剂的定义。当这些材料用作膨胀助剂时，其可能并不需要在嵌入剂包括单独的润滑的添加剂。
润滑的添加剂以至少大约1.4pph，最好至少大约1.8pph的用量而存在于嵌入剂中。虽然所包含的润滑的添加剂的上限并不如下限那么关键，但是并不见得包括超过大约4pph水平的润滑的添加剂有任何显著增大的优势。
如Reynolds，Norley和Greinke的美国专利No.6,673,289中所述，如果需要，本发明的柔性石墨片可利用重新研磨的柔性石墨片的颗粒，而非新膨胀的蠕虫石墨，其说明书通过引用而结合在本文中。这些片材可以是新近形成的片材、再循环的片材、刮研的片材或任何其它合适的来源。
同样可使用本发明的工艺来混和纯净的原材料和再循环的材料。
用于再循环材料的源材料可以是片材或如上所述经过压缩模制的片材经修整后的部分，或者是利用预砑光滚筒压缩过，但还未用树脂浸渍过的片材。此外，源材料可以是已经用树脂浸渍过，但还未固化的片材或经修整后的片材部分，或者是已经用树脂浸渍过并且固化后的片材或经修整后的片材部分。源材料还可以是再循环的柔性石墨质子交换膜(PEM)燃料电池部件，例如流场板或电极。各种石墨源都可用作天然石墨片或和天然石墨片混合。
一旦获得柔性石墨片的源材料，即可通过己知的工艺或装置例如喷磨机、空气碾机、混合器等等对其进行碎磨，以产生颗粒。颗粒大部分优选具有使其穿过20U.S.网孔的直径；而主要部分(超过大约20％，更优选超过大约50％)不超过80U.S.网孔则更好。颗粒最好具有不超过大约20U.S.网孔的粒径。当柔性石墨片磨碎而用树脂浸渍时需要对其进行冷却，以避免在磨碎工艺期间对树脂系统造成热破坏。
磨碎颗粒的尺寸可选择成使石墨物质的可加工性和成型性能与所需的热特性达成平衡。因而，小的颗粒将导致更容易加工和/或成形的石墨物质，而大的颗粒将导致具有较高的各向异性，并因而具有更大的平面电导率和热导率的石墨物质。
一旦磨碎源材料，即可对其进行再膨胀。通过利用上述嵌入和膨化工艺以及Shane等人的美国专利No.3,404,061和Greinke等人的美国专利No.4,895,713中所述的那些工艺可发生再膨胀。
通常，在嵌入之后，通过炉内加热嵌入的颗粒可使颗粒剥落。在这剥落步骤期间，可将嵌入的天然石墨片添加到再循环嵌入的颗粒中。优选地，在再膨胀步骤期间，颗粒膨胀到具有范围至少在大约100cc/g至高达大约350cc/g或更大的比容。最后，在再膨胀步骤之后，可将再膨胀的颗粒压缩到柔性片材中，如下文所述。
根据本发明，上述预备的石墨片(其通常具有大约0.075mm至大约10mm的厚度，但其可根据例如所采用的压缩度而改变)可用树脂进行处理，并且被吸收的树脂在硬化之后将增强片材的防潮性能和操作强度即刚性，以及″固定″片材的形态。在环氧树脂浸渍的石墨片中的树脂用量应该足以保证最后装配和固化的分层结构是密室和凝聚的，而对增密后的石墨结构相关联的各向异性的热导率没有造成负面影响。合适的树脂含量优选重量比为至少约5％，更优选约10-35％和合适地高达约60％。
在本发明的实践中发现特别有用的树脂包括丙烯酸树脂、环氧树脂和酚醛基树脂体系、氟代基聚合物或其混合物。合适的环氧树脂体系包括基于二环氧甘油醚或双酚(DGEBA)的那些和其它的多官能树脂体系；可以采用的酚醛树脂包括甲阶酚醛树脂和酚醛清漆树脂。可选地，除了树脂或替代树脂，柔性石墨还可用纤维和/或盐进行浸渍。另外，可利用相对树脂体系活性或非活性的添加剂来修改属性(例如粘性、材料流动性、疏水性等等)。
在Mercuri、Capp、Warddrip和Weber的美国专利No.6,706,400中显示了一类用于连续地形成树脂浸渍且压缩的柔性石墨材料的装置，其说明书通过引用而结合在本文中。
有利的是，膨化石墨的压缩颗粒的片材在压缩步骤(例如砑光)之后进行树脂浸渍，浸渍后的材料切成尺寸合适的物件，并放置在压力机中，树脂在压力机中在高温下固化。另外，柔性石墨片可采用迭片的形式，其可通过在压力机将单个的石墨片堆叠在一起而准备好。
压力机中所采用的温度应该足以确保石墨结构在固化压力下增密，同时不会对结构的热属性造成负面影响。这通常将需要至少大约90℃的温度，并且一般高达大约200℃。固化最好在大约150℃至200℃温度下进行。固化所采用的压力将是所利用温度的函数，但将足以确保石墨结构增密，而不会对结构的热属性造成负面影响。为了便于制造，将通常利用使结构增密到所需程度所需要的最小压力。这种压力通常为至少大约7百万帕斯卡(MP，相当于大约1000磅每平方英寸)，并且不需要超过大约35MP(相当于大约5000psi)，更普遍地在大约7至大约21MP(1000至3000psi)之间。固化时间可根据所采用的树脂体系和温度和压力而改变，但通常在大约0.5小时至2小时的范围内。在完成固化之后，可看出材料具有至少大约1.8g/cm3，并且通常在大约1.8g/cm3至2.0g/cm3之间的密度。
有利的是，柔性石墨片本身呈现一种迭片形式，存在于浸渍片材中的树脂可用作迭片的粘合剂。然而，根据本发明的另一实施例，在柔性片材堆迭和固化之前，砑光的、浸渍的柔性石墨片被覆有粘合剂。合适的胶粘剂包括环氧树脂、丙烯酸树脂和酚醛基树脂。在本发明的实践中发现特别有效的酚醛树脂包括酚醛基树脂体系，包括可溶酚醛树酯和酚醛树脂塑料。
虽然通过砑光或浇铸而形成石墨片是形成本发明实践中有效的石墨材料最普遍的方法，但是还可采用其它成形方法。
在温度和压力下固化的本发明的石墨/树脂成分提供了基于石墨的复合材料，其具有达到或超过铜的平面热导率，而只有铜重量的一部分。更具体地说，该复合材料展现了至少大约300W/m°K的平面热导率，以及小于大约15W/m°K，且最好小于大约10W/m°K的透过平面的热导率。
现在参看附图，尤其图1，标号10标示了电路组件，其包含根据本发明的带有导热件的石墨散热器。电路组件10包括至少绝缘层20和散热层30，其中散热层30与绝缘层20相邻。散热层30最好包括至少一个层如上述准备的膨化石墨的压缩颗粒。电路组件10通常是印刷电路板或柔性电路，但还可包括例如绝缘层20上的导电墨水印刷或丝印的图样。
电路组件10上面通常还包括常规由铜形成的电路40，其通过照相平版、溅射、丝印等方法而敷设到绝缘层20上。如上所述，电路40还可由导电墨水形成，其通过例如印刷或丝印工序而敷设到绝缘层20上。
绝缘层20可以是印刷电路板工业中传统的那些，例如最好成形成迭片形式的玻璃纤维和树脂(FR-4)；聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)，商业可用的Tefl商标材料；和膨胀的PTFE，有时称为PTFE，以及前面树脂浸渍的或吸取的变体。另外，绝缘层20可以是聚合体，例如用于形成柔性电路的聚酰亚胺或聚脂。绝缘层20还可包括陶瓷材料，例如氮化铝、氧化铝或矾土，其呈现为离散的层形式，或者通过例如阳极处理、汽相淀积或火焰喷涂工艺尔敷设到衬底层(例如散热层30)上；使用阳极处理与散热层30是铝的情况特别相关。
另外，在某些情况下，还需要至少部分地封装散热层30，或者在散热层30的表面上提供覆层，以防止颗粒材料从散热层30上脱落下来。例如，感觉某些石墨材料易于脱落。无论是否是真的，提供用以抑制脱落的聚合材料的覆层(通常小于20微米厚度)例如聚酯薄膜材料可减轻这种感觉。在这种情况下，聚合材料可用作电路组件10的绝缘层20，因为所使用的材料可以是电绝缘的，并且足够薄而不会显著地干涉散热层30的热传导。作为备选，阳极化处理的铝层还可用于抑制脱落，这种阳极化处理层也可用作绝缘层20。
散热层30优选大约0.25mm至大约25mm的厚度，更优选大约0.5mm至大约14mm的厚度，并且包括至少一个石墨片。有利的是，散热层30可以是高达十个或更多个石墨片的迭片，从而提供所需的散热能力。石墨成分可用于至少部分地，并且在优选的实施例中完全地替代铜或其它金属作为电路组件的散热器。
令人惊讶的是，当散热层30通过例如着色变成黑色时，尤其当由一片或多片膨化石墨的压缩颗粒形成时，可观测改进的热阻。换句话说，在那些石墨散热层30不贴靠绝缘层20的表面是黑色的情况下，降低了发热部件的热通道的有效的热阻。虽然该现象的精确原因不详，但是使石墨散热层30变黑改进了散热层30放热能力，从而改进了散热层30辐射热量的性能。
散热层30并不需要是平面的，而是可以包括一个或多个″弯曲″，从而形成三维的形状。这在需要电路组件10位于与散热层30不同平面上的情况下是特别的优势。例如在液晶显示器(″LCD显示器″)可采用这种装置，这种情况下，LED安装在有限空间(即LCD显示器的厚度)的电路组件10的平面上，并且散热层30垂直于LED安装平面而延伸。
实际上，在本发明的一个实施例中，散热层30具有比绝缘层20和其上面的任何电路40更大的表面面积。这样，绝缘层20和发热部件50以及电路40可位于一个表面(例如用于侧边照亮的LCD显示器的LED表面)上，而散热层30可如上所述延伸到另一平面(例如带大约90度弯曲的垂直平面，如LCD显示器的后部平面)，并从而将热量散布到其它平面上，以用于补充散热。
石墨/绝缘材料迭片可在形成电路组件层板时通过传统方法，例如利用传统的胶粘剂将绝缘层20和散热层30层压在一起而成形。
作为备选，石墨/绝缘材料迭片可在压力固化石墨材料时形成预压缩的堆叠形式。浸渍的石墨片中的环氧聚合物在固化时足以黏附地将结构的非石墨材料以及浸渍的石墨层粘合起来。在任何情况下，在优选的实施例中，石墨复合物用作电路组件10的散热层30，以替换所谓″金属背衬″的印刷电路板或柔性电路中的铜或铝散热器。
如上所述，形成电路组件10的中心部分的绝缘材料20具有两个主表面20a和20b。散热层30邻接绝缘材料20的其中一个表面20a；另一表面20b定位在至少一个发热部件50上，并且通常是多个发热部件50a，50b，50c等等，例如LED、芯片或其它熟练的技术工人所熟悉的部件。发热部件50定位成使其与电路40定位在电路组件10的表面20b上的部分相接触，部件50定位在表面20b上。
某些制造商的LED包括帮助耗散LED本身热量的散热嵌片。这些散热嵌片通常并不被认为是电中性的。因此，当超过其中一个这种LED定位在电路组件10上时，必须谨慎考虑以避免在组件的两个或多个LED上的嵌片之间发生电短路；因而相应的LED必须是电绝缘的。
为了促进发热部件50至散热层30的热传递，热通道60，也称为导热件或简单地称为通孔60，其延伸穿过散热层30，与发热部件50相邻。有利的是，导热件60还穿过位于各发热部件50和散热层30之间的电路组件10。导热件60包括高热导率材料，例如铜或其合金的嵌片或″铆钉″，但是也可使用其它高热导率材料，如铝或膨化石墨的压缩颗粒。″高的热导率″意味着导热件60在发热部件50和散热层30之间的方向上的热导率大于绝缘层30厚度方向上的热导率；导热件60的热导率优选为至少大约100W/m°K，更优选为至少大约200W/m°K，并且大于350W/m°K甚至更好。各导热件60可采用任何特殊的横截面形状，但导热件60最通常是圆柱形的形状。
导热件60可以是单独的整体元件，但是还可以包括不止一个工件，例如压配合或通过其它方式连接在一起的一对分开的部分，如以下进一步参看图7-27所述。另外，出于定位考虑，有利的是导热件60具有位于相邻绝缘层一侧的肩部或阶梯部。如果需要电绝缘，那么可将绝缘层，例如阳极化处理的铝、氮化铝、氧化铝或矾土放置在导热件60的某些或所有表面上，如将矾土火焰喷涂或气相沉淀在铜上，或通过使用阳极化处理的铝作为导热件60。另外，导热件60的表面可保持锡焊能力，或者可电镀成可焊的，从而便于将发热部件50连接到导热件60上。
各导热件60延伸到散热层30中，并和散热层30发生热接触。
例如，利用热粘合剂或压配合，例如所谓″速度螺帽″，或压铆螺母可将导热件60装配到散热层30的凹槽或孔中，以确保在导热件60和散热层30之间的良好的热接触，并确保导热件60经由散热层30的厚度进行的热传递。一种将导热件60装配到散热层30中，使其建立充分的热接触的合适的方式是迫使导热件60穿过散热层30的开孔，其具有小于导热件60的直径，如下图14，20，30和36所示；通过这种方式，迫使导热件60穿过开孔的作用提供了这两者之间的压配合。作为备选，散热层30中的孔可通过将导热件60本身用作冲头而成形。膨化石墨的压缩颗粒片材的性质允许在不会对热通道60或散热层30造成不合适的损伤的条件下实现这种配合。
类似地，导热件60需要处于与发热部件50保持良好的热接触。因而，导热件60需要热连接在发热部件50上或利用焊料、热油脂、热粘合剂如环氧树脂、膨化石墨的压缩颗粒片材等而粘附在发热部件50上。这样，导热件60最好穿过电路组件10，并暴露于电路组件10的表面上，发热部件50定位在该表面上。因而，在这个实施例中，导热件60具有的长度大致等于绝缘层20和散热层30的结合厚度加上导热件60从绝缘层20或散热层30延伸出来的任何距离，如图2A所示。作为备选，导热件或热传导的绝缘材料可用于传递发热部件至导热件60的热量，导热件60只穿过散热层30而在散热层30的厚度方向上消散热量；因此，在这种情况下，导热件60的长度将近似等于散热层30的厚度，加上导热件60从散热层30的表面延伸出来的任何距离。
为了提供在导热件60和发热部件50之间的良好的热接触，导热件60可延伸到绝缘层20的表面20b上面，如图2A所示。作为备选，根据发热部件50的性质和提供在导热件60和发热部件50之间热接触的优选方法，导热件60可与绝缘层20的表面20b齐平，如图2B中所示，或者相对于绝缘层20的表面20b凹陷进去，如图2C中所示。
一种用于提供在导热件60和散热层30之间的良好热接触的优势方法是使用″铆钉″类型的导热件60，如以下参看图7-27所述。这样，按照与压缩铆钉而将衬底密封起来的相同的方式可将铆钉型式的导热件60压缩或迫使其密封散热层30的外表面(即没有紧贴在绝缘层上的表面)，从而在这两者之间产生良好的热连接。
如上所述，散热层30有利地层压或粘附在绝缘层20上。然而，可以构想导热件60的使用可允许在散热层30和绝缘层20之间存在间隙，以优化散热性能。换句话说，因为在发热部件50和散热层30之间的热传递主要通过导热件60，这与主要通过绝缘层20相反，所以并不需要散热层30和绝缘层20接触。因而，在散热层30和绝缘层20之间通过例如使用垫片等等(未显示)可提供高达大约1mm或甚至更大的间隙。这样，假定散热层30保持和导热件60的热接触，那么将暴露更大的散热层30的表面区域，并且从中可散去更多的热量。简单地说，在这个实施例中，散热层30用作散热器和散热翅。
在图4所示的备选实施例中，导热件60可与发热部件50构成整体。例如，LED如果用作发热部件50，那么其可具有从中延伸出来的高热导率的嵌片或铆钉，之后其可穿过电路组件10并与散热层30(例如，如上所述通过压配合或铆钉型式的连接)保持热接触，以促进LED至散热层30的热扩散。
在图6A和6B中所示的本发明的另一实施例中，导热件60可位于穿过散热层30的收集棒62上，收集棒62包括具有单独的导热件装置64a，64b，64c等等的伸长的部件，这些导热件从中延伸出来，并向上穿过绝缘层20，如图6B中所示。作为备选，收集棒可穿过绝缘层20，而单独的导热件装置穿过散热层30(未显示)。
在本发明的另一实施例中，如图5所示，导热件60可穿过并超过散热层30，从而用作其它热扩散层30a，30b，30c等等，例如散热层或散热翅的支撑。换句话说，如果空间容许，导热件60可穿过散热层30，然后可使其它散热层或散热翅30a，30b，30c等等(最好也是由膨化石墨的压缩颗粒片材形成的)保持与导热件60的热接触，而在补充的层或翅30a，30b，30c等等之间的空隙提供了补充的散热作用。垫片(未显示)可用于保持层30a，30b，30c等等之间的间隔。
如图3所示，本发明在电路组件是柔性电路100时特别有用。由于柔性电路100的性质的原因，传统的散热器材料是不恰实际的，其同膨化石墨压缩片的比较而言相对较刚性。然而，使用一个或多个膨化石墨的压缩片作为散热层30将有效地经由导热件60散开发热部件50的热量，而没有严重地影响到其柔性。此外，因为各导热件60通常是离散的物件，即使多个导热件60a，60b，60c等等基本上都不会影响柔性。
因此，通过使用本发明，可以将电路组件中的有效的热扩散实现到迄今没有达到过的程度，即使在柔性电路和甚至热源是LED的情况下也是如此。
带凸缘的导热件图7-27显示了用于带凸缘的导热件的结构，并显示了将带凸缘的导热件和石墨平面元件装配起来的方法。
1、低成本的热铆钉在某些应用中，容许或必须使导热件伸出散热器的表面以上。另外，在某些应用中，必须减少散热器的成本，同时仍要最大限度底增加穿过散热器的热流量。通过利用散热器中的带凸缘的铆钉型式的导热件可满足这些相冲突的目标，如图7所示。
在图7中，总体上用标号100标示热管理系统。系统100包括各向异性的石墨平面元件102，其具有第一及第二相反面向的平面104和106，并具有限定在该平面之间的厚度108。平面元件102具有平行于平面104和106的相对较高的热导率和穿过厚度108方向的相对较低的热导率。平面元件102具有限定在平面104和106之间的圆形腔或孔110，腔110由圆柱形的内腔壁112限定。铆钉型式的导热件114具有圆柱形的杆部116，其穿过腔110并紧密地与内腔壁112相接合。导热件114还包括从杆部116侧向延伸的凸缘118，其与石墨平面元件102的第一平面104紧密结合。
如之前所述，导热件114最好由各向同性材料构成，使得来自热源例如120的热量可通过导热件114传导到平面元件102的厚度108中。导热件114最好由选自金、银、铜、铝和其合金的一种材料构成。各向异性的石墨平面元件102最好由膨化石墨的压缩颗粒制成。
如图7中所示，铆钉型式导热件114的带凸缘的末端118从石墨平面元件102的一侧突出来，而杆部116从石墨平面元件102的另一侧突出来。铆钉型式的导热件114尺寸加工成可使杆部116的直径大到足以覆盖接近热源120的整个表面。
通过在导热件114的杆部116上按压商业上可用的推挤螺母122可将带凸缘的导热件114保持在石墨平面元件102的合适位置。推挤螺母122不需要由与导热件114相同的材料制成，因为其并不有助于热传递；其唯一目的是将铆钉型式导热件114保持在和石墨平面元件102的合适位置上。推挤螺母122的内径略微小于杆部116的外径，使得推挤螺母和导热件114的杆部116形成紧密接触。导热件114的上端或自由端124与热源120接触，并且热量从热源120流入导热件114的杆部116和凸缘118。热量通过杆部116的外径和凸缘118的内表面126而传递到石墨平面元件102中。因为凸缘118与石墨平面元件102中与热源120相对的第一边104相接触，所以最大限度地增加了至石墨平面元件102的热传递。
应该懂得在热源120和杆部116的自由端124之间存在接触区域，其可称为限定在热源120上的热传导的接触区域。接触区域最好小于杆部116的末端124的区域，但是热源可以适度地大于杆部116的末端124的区域，并且基本上仍可获得本发明的优势。
推挤螺母122收紧在杆部116上，并通过摩擦与其相结合。推挤螺母122贴切与与石墨平面元件102的第二平面106相结合，使得石墨平面元件102嵌入在凸缘118和推挤螺母122之间。在图7所示的示例中，杆部116的自由端124整个地延伸并穿过推挤螺母122。
铆接凸缘118的直径和厚度将选择成可确保至石墨平面元件102的良好的热传递。凸缘118的直径还应该足够大，使得凸缘118在压下推挤螺母122时不会在石墨平面元件102中产生过大压力或切口。如果推挤螺母122的外径不能增加到足以防止石墨平面元件102由于过大压力而受损的程度，那么如图7A中所示，在螺母122的下面可使用大直径的垫片128。因为垫片128主要用于机械目的(即不传导热量)，所以其可松弛地装配在铆钉杆部116上，并且不需要由与导热件114相同的材料制成。
图8和9分别显示了详细的导热件114的平面图和正面图。图10和11分别显示了推挤螺母122的平面图和正面图。
为了使用铆钉型式的导热件114，最好将孔110冲切到石墨平面元件102中，如最好在图12中所示。冲切产生了孔径，其具有与之关联的较大误差。为了确保在导热件114和石墨平面元件102之间的良好的热传递，冲切孔110的直径130最好选择成使得最大的成品孔仍然略微小于导热件114的杆部116的外径。
如最好在图14中所示，在孔110冲切到石墨平面元件102中之后，推挤导热件114的杆部116使其穿过孔110，在图14所示的情况下是向上推挤杆部。因为导热件114的杆部116具有比孔110略大的直径，所以石墨将在杆部116周围成蘑菇状隆起，产生环状的蘑菇状的突出部132。
为了确保良好的热传递，之后通过利用图14中所示的冲头134压制蘑菇状的突出部132而将这种蘑菇状的突出部132强制压平，使其与或石墨平面元件102的顶面或第二平面106齐平。冲头134具有圆柱形的凹腔136，其尺寸略大于铆钉杆部116的外径。
在压平蘑菇状的突出部132之后，将推挤螺母122放置在杆部116的自由端124上，并迫使杆部116沿着石墨平面元件下降到至如图7最终组件中所示的位置。另一与图14所示冲头134相似的冲头(未显示)具有大的容纳推挤螺母122的高出区域的凹腔，其可用于实现推挤螺母122在杆部116上的定位。应该使用足够的力将石墨平面元件102牢固地夹在推挤螺母122和铆接凸缘118之间，从而确保经由铆接凸缘118的良好的热传递。
虽然在图7-14所示的示例中，孔110是圆形的，并且杆部116也是圆形的或圆柱形的，但是应该懂得还可使用其它横截面形状。更具体地说，孔110可描述为其横截面形状具有与平面元件102的平面平行的最大的横截面尺寸，在所示的情况下最大的横截面尺寸图12所示的直径130。类似地，导热件114的杆部116可描述为具有与孔110的横截面形状互补的横截面形状，并具有最小的横截面尺寸，在这个示例中为杆部116的外径，其大于孔110的最大的横截面尺寸130。作为备选，如果孔110大于杆部116，那么其之间的间隙将填满热传导的油脂等，从而使石墨平面元件102和导热件114之间的热传递最大化。
2、带双凸缘的导热件如所述，在某些应用必须使导热件突出到石墨散热器元件的表面以上，使其可接触到热源。另外，在极高性能的应用中，重要的是尽可能地减小在导热件和周围石墨材料之间的热阻。这可通过引入圆形的，带凸缘的导热件和垫片组件来实现，其还可称为带双凸缘的导热件，如图15中所示。
在图15中，本发明的一个备选实施例包括大体上由标号200指定的热管理系统。热管理系统200包括与之前参看图7所述的石墨平面元件102相似的石墨平面元件202。石墨平面元件202相应地具有第一和第二相对的主平面204和206。在表面204和206之间限定了厚度208。由内壁212限定的孔210被限定成穿过石墨平面元件202。系统200包括导热件214，其在这种情况下由第一和第二部分215和217组成。第一部分215包括杆部216和第一凸缘218。
在这种情况下，导热件214通过第二部分217而保持在与石墨平面元件202装配在一起的位置，第二部分217也称为垫片或第二凸缘217。第二凸缘217由与杆部216及导热件214的第一部分215的第一凸缘218相同的材料制成。
图18和19中分别显示了第二凸缘217的详细平面图和横截面图。第二凸缘217具有内径219，其选择成略微小于杆部216的外径，使得第二凸缘217的内径219与杆部216形成紧密接触，其中第二凸缘217压配合在杆部216上。第二凸缘217的外径最好与第一凸缘218的外径大致相同。杆部216的长度221加工成可使石墨平面元件202压缩在第一和第二凸缘218和217之间，使得第一和第二凸缘218和217与石墨平面元件202形成紧密的热传导结合。
虽然导热件214的第一及第二部分215和217描述为最好通过第二部分217压配合在第一部分215上而进行装配，但是应该懂得还可以利用其它装配技术。例如，第二部分217可通过冷缩配合而装配在杆部216上，或者将这两部分焊接在一起。
在图15-19所示的实施例中，杆部216具有杆部轴肩223，其限定在杆部上，并背向第一凸缘218。类似地，第二凸缘217的内孔219具有限定在其上的凸缘轴肩225，其与杆部轴肩223互补并邻接在杆部轴肩223上。
图15A中，其显示了带双凸缘的热管理系统的一个备选实施例，其大体上由标号200A表示。除了修改了第二凸缘217A的设计以外，热管理系统200A与图15的热管理系统200是相同的，第二凸缘217A是帽子形状，并具有盲孔而不是带通孔的垫片形状。图15的热管理系统200上面的其它细节描述同等地适用于图15A的热管理系统200A。
利用图15-19带双凸缘的导热件214，热源例如220可与第一凸缘218或第二凸缘217接触。杆部216最好具有至少与热源220的外径或最大尺寸同样大的直径，从而有助于在热源220和导热件214之间实现经由整个接触区域的有效的热传递。
利用图15-19带双凸缘的导热件214可将热量经由杆部216的外径和凸缘218和217的内表面而转移到石墨平面元件202中。这种设计中所固有的在导热件214和石墨平面元件202之间的大量的接触表面可最大限度增加至石墨平面元件202热传递，与图7的带单个凸缘的导热件形成对比，其只通过杆部和一个凸缘来传递热量。
当第二凸缘217与导热件214的第一部分215装配起来时，轴肩225和223相互贴靠在一起。杆部216的大直径部分的长度227选择成小于石墨平面元件202的厚度208，从而确保将第二凸缘217压缩到第一部分215之上，并使轴肩223和225邻接，在凸缘218和217之间的环状的石墨区域将处于压缩状态。这确保了从凸缘218和217至石墨平面元件202的良好的热传递。
图20显示了导热件214的第一部分215安装在石墨平面元件202中的合适位置。石墨平面元件202将具有按照与上面参照图12，针对石墨平面元件102所述相似的方法冲切出来的孔210。同样，冲切的孔210的直径选择成可使最大的成品孔略微小于杆部216的较大部分的可能的最小直径。如图20所示，再次将导热件214的第一部分215向上推挤到石墨平面元件202的孔210中，而形成环状的蘑菇状突出部232。为了确保良好的热传递，通过使用图20所示的冲头234将这种蘑菇状突出部232压平，使其与石墨平面元件202的顶面206齐平。同样，冲头234具有圆柱形的凹腔136，其尺寸略大于杆部216的最大外径。
在将蘑菇状的突出部232压平之后，将第二凸缘217放置在杆部216的末端，并施加足够的压力，使第二凸缘217向下推挤到杆部216上，直到轴肩223和225彼此贴靠在一起。
凸缘218和217的直径和厚度将选择成可确保至石墨平面元件202的良好的热传递。这些直径还应该足够大，使得当将第二凸缘217下压到杆部216上时，凸缘218和217不会在石墨平面元件中产生过大的压力或切口。
图21-24显示了带双凸缘的导热件214A的第二设计，其同样包括第一部分215A和第二部分217A。同图16-17比较的唯一区别是在这个实施例中，杆部216A中没有加工出轴肩。相反，杆部216A是直圆柱形的杆部，在其上端具有轻微的倒角。类似地，第二凸缘217A具有直圆柱形的孔219A。杆部216A的直径略大于第二凸缘217A的内径219A，因而提供了在杆部216A和第二垫片217A之间的过盈配合。在组装时，实心冲头(未显示)用于迫使第二凸缘217A下压到杆部216A上。当第二凸缘217A的上表面229与杆部216A的上端231齐平时运动停止。为了控制石墨平面元件在第一及第二凸缘218A和217A之间的压缩量，需控制杆部216A的长度233和第二凸缘217A的厚度235。
3、齐平的导热件上面所述的导热件都具有一个或两个凸缘突出到石墨平面元件的表面之上。然而，在某些应用中，散热器必须具有完全齐平的面，也就是说没有任何导热件部分可突出到散热器的表面以上。利用如图25所示埋置到石墨散热器中的导热件，可实现这些目的。
图25显示了热管理系统300，其包括具有第一和第二主平面面304和306的石墨平面元件302。石墨平面元件302具有限定在表面304和306之间的厚度308。由内壁310限定的孔312被限定成穿过石墨平面元件302的厚度。
导热件314容纳在孔310中。在这个实施例中，导热件314是如最好在图26和27中所示圆盘形状，在其上端和下端320和322具有倒角316和318。如以下进一步所述，在图25所示的圆盘形的导热件314埋置在石墨平面元件302中的这种结构中，石墨材料紧紧地装配在圆盘形的导热件314并与导热件314的倒角316和318重叠。导热件314分别使其上端和下端320和322与石墨平面元件302的第二主表面306和第一主表面304齐平。这种结构增强了在导热件314和石墨平面元件302之间的热传递，并提供其之间的机械结合。
圆盘形的导热件314具有与石墨平面元件302的厚度308基本相等的厚度。
图28，29和30是显示将圆盘形的导热件314埋置到石墨平面元件302中的方法的顺序图。同样石墨平面元件302具有冲切出的孔310。冲切孔310的尺寸选择成可使最大可能的成品孔所包含的给定的公差略微小于圆盘形的导热件314的外径。在埋置工艺过程中，导热件314将伸长并且放大孔310。
图28显示了埋置固定器324的分解图，其包括上半模和下半模326和328以及冲头330。
上半模326中具有通孔332，而下半模328中具有部分孔334。
孔332和334的直径是相等的，并且略大于导热件314的外径。对准导向器(未显示)用于使上半模和下半模部分326和328中的孔332和334与石墨平面元件302中的冲切孔310对准。止动件336定位在下半模328中。止动件336的上端338与下半模328的顶面340齐平，并且止动件的直径小于圆盘形的导热件314的直径，使得环状的空腔342包围止动件336。冲头330具有与圆盘形的导热件314相同的外径，并且用于将导热件314下压到合适位置。
固定器324的操作最好见图29中所示。石墨平面元件302对准并夹紧在上半模和下半模326和328之间。一旦夹紧在合适位置，薄的石墨材料轮缘(未显示)延伸到半模326和328的孔332和334中。
导热件314放置在上半模326的孔332中，冲头330位于其后。对冲头施加压力，强制导热件314向下穿过突出的石墨材料。某些突出的石墨材料被切断，而某些被压缩在导热件314的周围。导热件314停靠在止动件336的末端338上，与石墨平面元件302的下表面304齐平。切下的石墨材料的废料344汇集在止动件336周围的环形间隙342中。
当半模326和328分开，并且与圆盘形的导热件314装配起来的石墨平面元件302从固定器上拆卸下来时，由导热件314压缩的石墨材料形成了周边的凸起部346和348，其临近圆盘形的导热件314的倒角边316和318。
为了使这些凸起部346和348平整，然而将组件302，314放置在压力机的上压板和下压板之间，如图30中所示的，并对组件302，314施加压力。这个压力应该大于1500psi，并小于10,000psi，其是石墨材料的最小的压缩强度。压力压缩凸起部346和348，使其与盘状导热件314的端面320和322齐平，并且挤压抵靠在导热件314的倒角边316和318上的石墨材料，从而将导热件314紧紧地锁定在石墨平面元件302的合适位置。结果是图25中所示的散热元件302，314。
盘状导热件314的倒角边316和318大致可描述为限定在导热件314上的凹腔。如图25中所示，石墨平面元件302的石墨材料重叠在凹腔或倒角边316和318上。
现在参看图31和32，这个相同的工艺过程还可用于在其上面制作带薄的表面层354的散热器。表面层354通常由例如聚酯薄膜、铝、铜或相似的材料组成。在这种情况下，在冲切孔310之前将表面层354应用到石墨平面元件302上。之后将孔310冲切到石墨平面元件302和表面层354中。孔径310和导热件314的外径必须选择成可使得穿过表面层的孔完全包围热源例如320，其与导热件314保持接触。导致如图32所示带有表面层354的装配组件的剩余步骤如上面结合图28-30所述。这导致了散热器，其埋置的导热件被表面层354的孔暴露出导热件的两侧，如图32所示。这容许在导热件314和热源320之间的直接接触，同时在石墨平面元件302的所有暴露的区域上提供了表面层354。
表面层354大致可描述为一种比石墨平面元件302的厚度308更薄，并且覆盖在石墨平面元件302的相对的主平面304和306上的表面层。
带镀层的散热器和齐平的导热件图33是与图25相似的视图。箭头356代表安装负载，其将散热器的盘状导热件314压制在热源320上，使得没有负载作用到石墨平面元件302本身上。石墨平面元件302仍保持为平直的，并且在石墨平面元件302和导热件314之间保持良好的接触，而且在导热件314和石墨平面元件302之间的热传递是优良的。
然而，如图34所示，通常还必须使安装孔例如358和360穿过石墨平面元件302，并且将螺钉放置在孔358和360附近，如箭头362和364所示，该螺钉对会石墨平面元件302施加螺钉安装负载。现在安装负载直接作用于石墨平面元件302上。由石墨平面元件302相对较低的弹性模量，典型的安装负载，例如由箭头362和364所示的负载可造成石墨平面元件302如图34中所示弯曲，并且使石墨平面元件302的部分在366所示区域脱离导热件314，从而导致在石墨平面元件302和导热件314之间打开了间隙。这导致了在导热件314和石墨平面元件302之间的热传递削弱，以及散热器的散热性能的显著下降。甚至如图34中所示的适度的安装负载也足以使石墨平面元件302永久地弯曲。
为了克服这个问题，可将一层薄的连续的相对坚硬的材料368涂镀到石墨平面元件302的下边304上，如图35中所示。镀层材料可包括铜、铝等等。和其合金。例如，最小厚度为0.003英寸的铝片是镀层的典型选择。镀层368利用粘合剂例如Ashland Aroset 3250而粘附在石墨平面元件302的表面304，以及导热件314的下端322上。一旦粘附，就冲切出或钻出穿过镀层和石墨平面材料302的安装螺钉孔358和360。注意镀层368在导热件314的下端面322上是连续的，并且只有穿过镀层的孔眼用于穿过石墨材料302的安装螺钉孔358和360。当如图3示意性地所示，将带镀层的散热器压缩在热源302上时，散热器仍是平的，并且在性能上不会由于在导热件314和石墨平面元件302的材料之间形成的间隙而下降。
共锻的齐平的导热件图36-39包括显示了与上面参看图25-35所述相似的带齐平的导热件的散热器的另一变型的系列图。
在某些极高性能的应用中，重要的是最大限度地减小在盘状导热件和周围石墨材料302之间的热阻。这可在将导热件嵌入到石墨平面元件中之后，通过对导热件和周围石墨材料进行共锻来实现。共锻将导致导热件和石墨平面材料的塑性变形，并且将导致导热件材料尽可能紧密地连接在周围石墨材料上，并将这些材料之间的热阻减少到最小。
首先，如上面参看图28-30所述将石墨平面元件302和盘状导热件314装配在一起。这导致了如图36所示的结构，其具有在盘状导热件314的上面和下面延伸的环状的石墨材料的凸起部346和348。
为了对石墨和导热件材料进行共锻，将图36中所示的组件302，314放置在闭腔锻模368中，其由图37所示的上半模和下半模370和372组成。空腔374和376分别加工在半模370和372中，并且匹配的止动面378和380分别形成了空腔374和376的边缘。由两个空腔部分374和376形成的空腔的整个深度小于原始石墨材料302或原始盘状导热件314的厚度。闭腔的尺寸选择成当导热件314和石墨平面元件302发生塑性变形时，空腔将足够大，以容许这些材料流入并填充该空腔，如图38中所示。止动面378和380控制可允许的塑性变形量。止动面378和380加工成一旦其彼此接触，那么锻造负载就传递到止动面上，从而导热件314或石墨平面材料302不会发生进一步的塑性变形。
图38中显示了导热件314和石墨平面元件302的这种共锻。作用于锻模368上的最小的力必须足以确保石墨平面元件302的石墨材料和导热件314的材料同时发生塑性变形。这造成导热件314和石墨垂直地压缩，并水平地流动。
图39中显示了最终共锻的散热器。在共锻期间的塑性流动导致导热件314和石墨平面元件302之间的紧密接触，并且最大程度地减小了这两种材料之间的热阻。在共锻之后，如上面参照图31和32所述，可将表面层应用于散热器，并且/或者如上面关于图35所述敷设镀层。
所有引用的专利、专利申请和出版物通过引用而结合在本文中。
上面的细节描述意图使本领域中的技术人员实践本发明。本文并不意图详细介绍技术工人阅读本说明书时将明晰的所有可能的变型和改型。然而，所有这些改型和变型都包含在以下权利要求所限定的本发明的范围内。除非上下文中特别规定以外，否则权利要求意图覆盖有效地实现本发明目的的任何布局或顺序中所示的元件和步骤。
权利要求
1.一种用于装配热管理系统的方法，其包括(a)形成穿过各向异性的石墨平面元件厚度的孔，所述平面元件具有第一和第二相面对的主平面，所述孔具有横截面形式，其具有与所述平面元件的平面平行的最大的横截面尺寸；(b)提供由各向同性材料构成的导热件，所述导热件具有与所述孔的横截面形状互补的横截面形状，并且具有比所述孔的最大横截面尺寸更大的最小的横截面尺寸；和(c)将导热件压配合到所述石墨平面元件的孔中，从而在所述导热件和所述石墨平面元件之间产生紧密配合，使得来自热源的热量可经由所述导热件传导至所述平面元件的厚度中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨平面元件通过压缩膨化石墨的颗粒而形成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导热件由选自金、银、铜、铝和其合金的材料组中的材料构成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔和所述导热件的横截面形状是圆形的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，孔的成形包括冲切孔。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，导热件包括杆部和第一凸缘，所述杆部包括最小的横截面尺寸；和在步骤(c)中，所述杆部压配合到所述孔中，直到所述凸缘与所述石墨平面元件的其中一个主平面相结合。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于还包括在步骤(c)期间，石墨在所述杆部周围向上隆起成蘑菇状，从而产生蘑菇状的凸起部；和迫使蘑菇状的凸起部下降，使其与所述石墨平面元件中的另一主平面齐平，所述主平面与所述导热件的凸缘相对。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于还包括将第二凸缘紧密地配合在所述杆部中与第一凸缘相对的自由端上，并对所述第一及第二凸缘之间的石墨平面元件进行压缩。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于还包括将推挤螺母压制在所述杆部中与所述第一凸缘相对的自由端上，使得所述推挤螺母与所述石墨平面元件相结合，从而将所述导热件牢固地保持在所述石墨平面元件的孔中。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述导热件具有与所述石墨平面元件的厚度基本相等的厚度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于还包括在步骤(b)中，导热件采用具有倒角边的圆柱形圆盘的形状；在步骤(c)期间，所述石墨平面元件在所述导热件的倒角边附近凸起而形成周边的凸起部；和在步骤(c)之后，对所述周边的凸起部进行压缩，使得所述导热件与所述石墨平面元件的两个主平面齐平。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括在所述压缩步骤期间，对所述导热件和石墨平面元件进行共锻，从而使所述导热件和所述石墨平面元件同时发生塑性变形。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括在压缩步骤之后，镀其中一个所述主平面，并利用镀层覆盖所述导热件。
14.一种热管理系统包括各向异性的石墨平面元件，其具有第一及第二相对的主平面；和由各向同性的材料构成的导热件，所述导热件埋置在所述石墨平面元件中，并使第一和第二裸露端分别与所述石墨平面元件的第一和第二相对的主平面齐平，所述导热件具有限定在其上面的凹腔，并且所述石墨平面元件重叠在所述凹腔上。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述各向异性的石墨平面元件包括压缩的膨化石墨颗粒。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述导热件由选自金、银、铜、铝和其合金的材料组中的材料构成。
17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述凹腔包括各位于所述导热件第一及第二末端上的周边倒角。
18.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述石墨平面元件和所述导热件的凹腔的重叠增强了在所述石墨平面元件和所述导热件之间的热传递。
19.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述石墨平面元件和所述导热件的凹腔的重叠提供了在所述导热件和所述石墨之间的机械结合。
20.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述导热件是圆柱形的形状。
21.根据权利要求14所述的系统，其特征在于还包括比所述石墨平面元件的厚度更薄，并覆盖在所述石墨平面元件的相对的主平面上的表面层，所述导热件的第一和第二裸露端与所述表面层齐平。
22.根据权利要求14所述的系统，其特征在于还包括粘附在所述第一主平面上，并覆盖所述导热件第一末端的镀层。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，还包括穿过所述镀层和所述石墨平面元件的安装螺钉孔。
24.一种热管理系统包括各向异性的石墨平面元件，其具有第一和第二相对的主平面，并且具有限定在所述平面之间的厚度，所述平面元件具有与所述平面平行的相对较高的热导率，并具有厚度方向的相对较低的热导率，所述平面元件具有限定在所述平面之间的空腔，所述空腔由内腔壁限定；和导热件，其具有穿过所述空腔，并与所述内腔壁紧密结合的杆部；从所述杆部侧向延伸出来，并与所述平面元件的其中一个平面紧密结合的凸缘；和所述导热件由各向同性的材料构成，使得来自热源的热量可经由所述导热件传导至所述平面元件的厚度中。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述各向异性的石墨平面元件包括压缩的膨化石墨颗粒。
26.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述导热件由选自金、银、铜、铝和其合金的材料组中的材料构成。
27.根据权利要求24所述的系统，其特征在于还包括接收在所述杆部上并与其摩擦结合的推挤螺母，所述螺母与所述平面中的另一个紧贴地结合，其中，所述平面中的另一个不同于与所述凸缘结合的所述平面中的一个，使得所述平面元件嵌入在所述凸缘和所述螺母之间。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述螺母由与导热件不同的材料制成。
29.根据权利要求27所述的系统，其特征在于还包括热源，其上面限定了热传导的接触区域，所述接触区域与杆部中的与所述凸缘相对的末端相接触，所述接触区域小于所述杆部的末端区域。
30.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述杆部具有与所述凸缘相对的自由端，所述自由端整个地穿过推挤螺母而延伸。
31.根据权利要求27所述的系统，其特征在于还包括宽松地容纳在所述杆部周围，并夹紧在所述推挤螺母和所述石墨平面元件之间的垫片。
32.根据权利要求24所述的系统，其特征在于还包括连接在所述杆部上，位于与所述第一凸缘相对的所述杆部一端附近的第二凸缘，所述第二凸缘具有紧密地容纳在所述杆部周围的内孔；和具有环状部分的石墨平面元件，所述环状部分包围压缩在所述第一和第二凸缘之间的空腔，使得所述第一和第二凸缘与所述石墨平面元件保持紧密的热传导结合。
33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于所述第二凸缘压配合在所述杆部上。
34.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述杆部具有限定在其上面，并背向所述第一凸缘的杆部轴肩；和所述第二凸缘的内孔具有限定在其上的凸缘轴肩，其与所述杆部轴肩互补并邻靠所述杆部轴肩。
35.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述杆部具有恒定直径的直圆柱形的外表面，并且所述第二凸缘的内孔是直圆柱形的内孔；和所述第二凸缘与相对所述第一凸缘的所述杆部的末端齐平。
全文摘要
本文提供了石墨散热器的结构和制造方法，石墨散热器具有贯通的导热件。本文公开了具有一个或两个凸缘的导热件，如齐平的导热件。提供的石墨散热器具有覆盖石墨材料的表面层。为了提高结构的完整性，提供了具有镀层的石墨散热器。本文还公开了对石墨散热器元件和放置在该元件中的金属导热件进行共锻的方法。
文档编号G12B15/06GK1960619SQ200610144559
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月3日 优先权日2005年11月4日
发明者B·E·雷斯, M·D·斯马, B·J·拉塞, G·S·科斯亚克, M·G·格茨, P·斯坎达库马兰, M·法拉斯蒂斯 申请人:先进能源科技公司