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本发明提供一种石墨导热片及其制备方法、及半导体散热装置。所述制备方法包括如下步骤:(1)对石墨片材进行阵列打孔,得到具有阵列孔排布的石墨片材;(2)对步骤(1)得到的具有阵列孔排布的石墨片材进行等离子体处理后,使用含乙烯基的硅烷偶联剂对其进行化学接枝,得到表面包覆有偶联剂层的石墨片材;(3)通过化学气相沉积法在步骤(2)得到的表面包覆偶联剂层的石墨片材的外表面包覆高分子层,得到所述石墨导热片。本发明提供的石墨导热片具有较好的散热效果、较好的均热性和较好的结构稳定性,适合电子产品内半导体芯片的导热散热。