CN101488434A - 石墨复合导热片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨复合导热片，其石墨片材至少有一面复合有柔性导热层，柔性导热层由导热填料均布于柔性导热基质中构成；导热填料包括纳米级导热填料。本发明解决了背景技术中大面积的散热性及导热的均匀性效果较差的技术问题。本发明导热性高，既能满足大型平板的贴合强度要求，又能方便地完整剥离，尤适用于等离子显示屏(PDP)、液晶显示屏(LCD)等大面积热器件的散热。

Description

石墨复合导热片

技术领域

本发明属于平板散热复合材料，具体涉及一种石墨复合导热片。

背景技术

大型平板显示器的散热性是影响图像质量和显示器寿命的重要因素。

在等离子显示屏(PDP)中，每个气体放电单元就相当于一个热源，产生的热量很多，如果热量不及时散发出去而使整个屏幕温度升高，造成诸多不良后果。

由于屏幕亮度与温度成正相关关系，屏幕温度高还会造成对比度下降。在等离子显示屏PDP中，激活放电的区域亮度高，温度也高；不放电的区域亮度低，温度也低。屏幕图像是随时、瞬时变化的。当某一时刻的亮区在下一时刻要成为暗区时，若该区的温度不能迅速降低，就不能即刻变为所需的低亮度区域；反之，若原来温度偏低的暗区温度不能迅速升高，就不能迅速变为所需的高亮度区域。

如果大型平板显示器各处的温度不均匀，温度高的区域和温度低的区域会产生热应力，温差越大热应力越大，这种热应力易导致屏幕破裂。PDP屏破裂的主要原因就是这种温度不均匀。

美国专利(USP5,831,374)公开了一种用柔性石墨片作为离子显示屏PDP界面的导热材料，其利用石墨面内导热率高的特性使显示器的温度保持均匀。由于柔性石墨片与大型平板显示器表面的贴合性较差，二者间的气泡不能最大限度地排出，故显示器的散热效率仍较低。

中国专利(CN1553468A)公开了一种在石墨片上打孔以促使安装时所产生气泡排出的方法。但在石墨片上打孔不仅减少了散热面积，而且会产生渣屑，另外由于孔密度受限，仍有气泡不能排出。

前述二种专利的主要缺陷是：由于显示器上使用的石墨导热片的厚度一般为1mm或更厚，而石墨在低压下的可压缩性较差，与显示器的玻板及铝板间的接触热阻较大，所以不能充分发挥石墨的高导热率，显示器的散热效率仍较低。

美国专利(USP6,245,400和USP7,306,847)公开了一种涂覆粘合剂的石墨导热材料的制备方法，其可避免石墨在安装和使用过程中的掉渣现象。该专利中粘合剂的作用仅仅是粘合，且其粘合剂是一次粘合、不可逆的，一经粘合，石墨导热材料与热器件即固连为一体，即使粘合工艺不合格也无法调整、返工，极易出废品或次品。另外，由于其粘合剂不具有导热性，涂覆粘合剂后石墨导热材料的导热性可能下降35％或更多。

在平面显示器的散热技术中曾经有应用导热硅橡胶或导热丙烯酸树脂的，是以加入到热填料的硅橡胶或丙烯酸树脂为平面显示器的导热材料。硅橡胶及丙烯酸树具有较好的柔顺性，与表面的贴和性好，接触热阻低。但由于导热硅橡胶或导热丙烯酸树脂的导热率是各向同性的，面内导热率与纵向导热率相同，其面内导热率仅仅是石墨材料的30-100分之一，无法使大型平板显示器各区域的温度保持均匀，所以，目前在平板显示器领域的应用已基本被淘汰。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨复合导热片，其解决了背景技术中大面积的散热性及导热的均匀性效果较差的技术问题。

本发明的技术实现方案如下：

一种石墨复合导热片，包括石墨片材1，其特殊之处在于：所述的石墨片材1至少有一面复合有柔性导热层2，构成复合片材5；所述的柔性导热层2由导热填料201均布于柔性导热基质202中构成，所述的导热填料201包括纳米级导热填料。

上述柔性导热基质202可采用硅橡胶、具有自粘性的硅橡胶或相变材料等，具有自粘性的硅橡胶可以省去安装工艺中的粘合胶带；所述的导热填料201可采用氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、铝粉或铜粉等。

上述一面涂覆有柔性导热层2的石墨片材1的另一面设置有第二面涂覆层3，所述的第二面涂覆层3为柔性导热层、粘结剂或金属箔等。

以上所述导热填料201也可采用纳米级导热填料与微米级导热填料的混合料。

以上所述柔性导热层2的厚度以0.005-0.2mm为宜。

以上所述的柔性导热层2可喷涂、刮涂、真空灌注、印刷、转移、辊涂、浸渍或粘合于石墨片材1表面。

以上所述导热填料201优选50-5000nm的导热填料，以100-500nm的导热填料为最优。

以上所述柔性导热层2中导热填料201的含量以10-60wt％为宜，优选20-50wt％，以30-40wt％为最优。导热填料201含量较普常导热硅胶片略低，利于获得良好的流动性，便于涂覆。

以上所述复合片材5的侧边可设置封边6，所述的封边6可采用胶黏剂、硅橡胶或金属箔等。

以上所述柔性导热层2的柔性导热基质202采用相变材料时，导热相变层具有热流动性，热压出棱状通槽4，利于安装时气体排出，故柔性导热层2的表面设置有平行凸棱构成的通槽4。

本发明具有如下优点：

(1)热阻低，导热性高。本发明将石墨的高导热性与柔性导热层的柔韧性、服贴性相结合，使热器件与散热复合片材紧密贴合，能够最大限度地将二者间的气泡排出，大大降低热阻，提高散热效果。

(2)柔性导热层超薄且自身具有导热性，所以可保持石墨片材的各向异性导热性，使屏幕整体温度分布均匀，屏幕显示效果提高。

(3)柔性导热层的导热填料粒径小，为纳米级或纳米级与微米的混合，既可填充石墨片材中残余的孔隙，又可获得平整的超薄涂层，提高导热性。

(4)石墨片材表面的柔性导热层具有较好的贴合性，可省去胶粘剂涂层或胶带。

(5)石墨片材表面柔性导热层的贴合性，既能满足大型平板的贴合强度要求，又能方便地完整剥离。当生产安装不合格时，可返工操作，降低产品废品率。

(6)柔性导热层的柔性导热基质采用相变材料时，导热相变层具有热流动性，涂覆方便。

(7)本发明尤其适用于等离子显示屏(PDP)、液晶显示屏(LCD)等大面积热器件的散热，可提高其显示效果，延长使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明石墨片材两面均有涂覆层时的结构示意图。

图3是本发明柔性导热层的结构示意图。

图4是本发明柔性导热基质采用相变材料时的结构示意图。

图5是本发明设有封边时的结构示意图。

图6是本发明实施时贴有离型纸时的结构示意图。

附图图面说明：1-石墨片材，2-柔性导热层，201-导热填料，202-柔性导热基质，3-第二面涂覆层，4-通槽，5-复合片材，6-封边，7-离型纸。

具体实施方式

导热性及温度分布均匀性是影响大型平板显示器图像质量和寿命的重要因素。导热材料如果能够将大型平板显示器各处的热量沿屏幕在其面内迅速传递，则屏幕温度可以维持均匀，而这时，屏幕各区域的亮度只决定于电信号的控制，屏幕显示效果可达到理想状态。

石墨材料面内导热率高，是导热硅橡胶的30-100倍，可以使大型平板显示器各区域的温度保持均匀，消除热应力。

本发明以高导热性的石墨片材1作为热器件的导热、散热材料；以具有柔韧性、服贴性兼具导热性的柔性导热层2，例如柔性导热硅胶等作为石墨片材1与热器件的结合层，通过柔性导热层2将石墨片材1与热器件紧密贴合为一体，最大限度地将二者间的气泡排出，降低热阻，提高散热效果及温度分布的均匀性。

参见图1，本发明的石墨片材1至少有一面复合有柔性导热层2。柔性导热层2的柔韧性、服贴性好，可与热器件紧密贴合，最大限度地将二者间的气泡排出，降低热阻，提高散热效果。柔性导热层2较好的贴合性也可省去生产工艺中的胶粘剂涂层或胶带。柔性导热层2的贴合性，既能满足大型平板的贴合强度要求，又能方便地完整剥离，可返工操作，降低产品废品率。柔性导热层2可喷涂、刮涂、真空灌注、印刷或粘合于石墨片材1表面。柔性导热层2的厚度以0.005-0.2mm为宜。柔性导热层2很薄且自身具有导热性，可保持石墨片材1的各向异性导热性，使大型平板显示器整体温度分布均匀。

参见图2，石墨片材1的另一面根据应用需要可设置第二面涂覆层3，第二面涂覆层3可以是涂覆于石墨片材1表面的柔性导热层或粘结剂等，第二面涂覆层3也可以是包覆于石墨片材1表面的金属箔等。

参见图3，柔性导热层2由导热填料201均布于柔性导热基质202中构成。柔性导热基质202可采用硅橡胶、具有自粘性的硅橡胶或相变材料，具有自粘性的硅橡胶可以省去安装工艺中的粘合胶带；所述的导热填料201可采用氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、铝粉或铜粉等。导热填料201可仅采用纳米级导热填料，也可采用纳米级导热填料与微米级导热填料的混合料。导热填料201粒径愈小，愈利于将柔性导热层2涂覆的更薄。柔性导热层2的导热填料粒径小，既可填充石墨片材中残余的孔隙，又可获得平整的超薄涂层，提高导热性。导热填料201优选50-5000nm的导热填料，以100-500nm的导热填料为最优。柔性导热层2中导热填料201的含量以10-60wt％为宜，优选20-50wt％，以30-40wt％为最优。导热填料201含量较普常导热硅胶片略低，利于获得良好的流动性，便于涂覆。

参见图4，柔性导热层2的柔性导热基质202采用相变材料时，由于导热相变层具有热流动性，热压出棱状通槽4，利于安装时气体排出，故柔性导热层2的表面设置有平行凸棱构成的通槽4。具有热流动性的导热相变层涂覆方便。

参见图5，石墨片材1的一面复合柔性导热层2或另一面也设置第二面涂覆层3后，构成复合片材5。复合片材5的侧边可设置封边6，封边6可采用胶黏剂、硅橡胶或金属箔等。

本发明经实验测试性能效果均优于现有技术。实施例中导热率用稳态法测量，所用仪器为台湾瑞领公司LW-9021D。

实验测试1：石墨片材1为德国SGL公司的F07510Z石墨片材，厚度0.75mm，密度1.0g/cm³，面内导热率155W·m^-1·K^-1，纵向导热率4.8W·m^-1·K^-1。用丙酮清洁其表面，干燥10分钟后辊涂70份乙烯基硅树脂和30份平均粒径为500nm的Al₂O₃导热填料201均匀混合物，180℃固化。柔性导热层2厚度为20微米，贴上离型纸7即PET保护膜即得石墨复合导热片。结构参见图6。实验结果：在250kPa压力下此石墨复合导热片的热阻比原石墨片降低18％。

实验测试2：石墨片材1为德国SGL公司的F07510Z石墨片材，厚度0.75mm，密度1.0g/cm³，面内导热率155W·m^-1·K^-1，纵向导热率4.8W·m^-1·K^-1。用丙酮清洁其表面，干燥10分钟后辊涂由80份可塑性硅树脂、1份癸基三甲氧基硅烷、29份平均粒径为500nm的Al₂O₃导热填料201、少量甲苯形成的均匀混合物，75℃干燥5分钟，得到厚10微米导热相变材料的柔性导热层2。可塑性硅树脂，分子量9000。实验结果：90℃热压后，在250kPa压力下测得此石墨复合导热片的热阻比原石墨片降低27％。

实验测试3：石墨片材1为德国SGL公司的F07510Z石墨片材，厚度0.75mm，密度1.0g/cm³，面内导热率155W·m^-1·K^-1，纵向导热率4.8W·m^-1·K^-1。用丙酮清洁其表面，干燥10分钟后辊涂70份乙烯基硅树脂和30份平均粒径为500nm的Al₂O₃导热填料201均匀混合物，180℃固化。贴上PET保护膜即得到石墨复合导热片。实验结果：在250kPa压力下此石墨复合导热片的热阻比原石墨片降低23％。

Claims (10)

1.一种石墨复合导热片，包括石墨片材(1)，其特征在于：所述的石墨片材(1)至少有一面复合有柔性导热层(2)，构成复合片材(5)；所述的柔性导热层(2)由导热填料(201)均布于柔性导热基质(202)中构成，所述的导热填料(201)包括纳米级导热填料。

2.根据权利要求1所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述的柔性导热基质(202)为硅橡胶、具有自粘性的硅橡胶或相变材料；导热填料(201)为氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、铝粉或铜粉。

3.根据权利要求1所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述一面涂覆有柔性导热层(2)的石墨片材(1)的另一面设置有第二面涂覆层(3)，该第二面涂覆层(3)为柔性导热层、粘结剂或金属箔。

4.根据权利要求1所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述的导热填料(201)是纳米级导热填料与微米级导热填料的混合料。

5.根据权利要求1至4之任一所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述的柔性导热层(2)的厚度为0.005-0.2mm。

6.根据权利要求5所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述的柔性导热层(2)喷涂、刮涂、真空灌注、印刷、转移、辊涂、浸渍或粘合于石墨片材(1)表面。

7.根据权利要求6所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述的导热填料(201)是50-5000nm的导热填料或100-500nm的导热填料。

8.根据权利要求7所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述柔性导热层(2)中导热填料(201)的含量为10-60wt％或20-50wt％或30-40wt％。

9.根据权利要求8所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述复合片材(5)的侧边设置有封边(6)，所述的封边(6)为胶黏剂、硅橡胶或金属箔。

10.根据权利要求9所述的石墨复合导热片，其特征在于：所述柔性导热层(2)的表面设置有平行凸棱构成的通槽(4)，该柔性导热层(2)的柔性导热基质(202)为相变材料。

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