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導熱復合材料——石墨-鋁

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一、項目背景:

隨著電子元件的物理尺寸不斷縮小,電子元件本身運行更為高速高功率化,超過55%的電子元件故障是由運行時溫度上升所致,使得熱工管理變得越來越重要。現今可用的封裝材料很難在成本和性能方面找到平衡,因此不能有效解決電子產品目前面臨的嚴峻的散熱問題。

雖然其中的一些材料如(金剛石片)擁有良好的熱學性能,但其成本太高,加工難度大,無法進行大批量消費。另一方面,低成本的材料無法達到所需的材料性能。因此迫切需要新型低成本的工程材料,以充分控制現今和將來電子產品所面臨的熱負荷。同時,新型熱工管理材料也能夠使以前無法實現的技術應用在未來得以成為現實。光伏聚光器和工業/家庭用高功率發光二極管(LED)照明等新興市場將急需新型、低成本,而且高性能的熱工管理材料。新興市場會創造對先進熱工管理材料的更大需求,并且在未來維持這種需求。

石墨-金屬復合材料利用天然石墨的優良導熱性,制備導熱性與銅相當或更高,而密度只有銅1/4的高端導熱材料,且成本非常適合大規模消費級電子產品的應用。計劃取代目前通用的鋁、銅、AlSiC、Cu/W等材料,用于CPU、發光二極管燈具以及大功率電子元器件的散熱器和散熱基板等熱工管理系統,實現在電子行業的大量應用。

另外,總體來說,熱工管理復合材料的生產市場目前較為分散,有很多年收入從幾百萬美元到2000萬美元左右不等的生產廠家,這些廠家可以制造Al-SiC復合材料以及Cu/W復合材料等特殊的合金。這些材料只是在某一材料性能上占有優勢(例如熱膨脹系數),而在另外一些領域則缺乏競爭力。因此它們只能做有限性應用,而難于在諸如發光二極管照明(LED)和大功率電子元器件等較大的市場實現廣泛的資本化。而石墨-鋁高導熱復合材料在熱工管理材料所有重要指標方面都具有優勢,這使得它在材料的整體性能方面成為最佳的選擇。
二、技術優勢:

制備的石墨-鋁高導熱復合材料的熱擴散系數(散熱速度)是鋁的3倍多;其導熱系數(總傳熱能力)可達鋁的2倍;而熱膨脹系數(CTE)與常用半導體材料相匹配。重量較鋁輕,而成本和現今使用的材料相當。

目前已形成石墨粉體表面批量處理能力,石墨-鋁復合材料批量生產能力,與金屬鋁、銅和Cu-W合金、Al-SiC復合材料相比,熱導率、熱膨脹系數、易加工、成本低等方面存在巨大優勢。

三、知識產權及獲獎情況:

1.專利號:CN201310676378.9,石墨復合體及其制備方法。

2.專利號:CN201410215665.4,石墨-金屬導熱復合材料及其制備方法。

2009年,美國,“百大科技研發獎”(R&D100 Award)。

四、應用市場:

石墨-鋁高導熱復合材料最直接的應用將是:

①CPU集成散熱器(市場復合年均增長率為6.51%,2015年達8.75億美元);

高功率發光二極管(LED)基板和散熱器(市場復合年均增長率為10.12%,2015年達42億美元);

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)以及場效應管(FET)等大功率半導體設備(市場復合年均增長率為1.6%, 2015年達30億美元);

光伏聚光器(市場復合年均增長率為28.64%,2015年達3.82億美元)。

五、合作方式

技術開發、技術轉讓、專利(實施)許可等多種合作方式。


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