CN101488435B - 石墨复合片材的生产及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨复合片材的生产及安装方法，其柔性导热层由相变材料中加入导热填料混合均匀制得，将柔性导热层复合于石墨片材表面得石墨复合导热片；安装时将石墨复合导热片置于平板发热器件的贴合位，用热压的方法使石墨复合导热片的柔性导热层软化，贴合于平板发热器件表面，本发明解决了背景技术所生产的产品其大面积的散热性和导热的均匀性较差以及安装操作不能返工的技术问题。本发明将石墨的高导热性与柔性导热层的服贴性结合起来，能够最大程度地将发热器件与散热片间的气泡排出，使热阻大大减小。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，提高屏幕显示效果，延长使用寿命。

Description

石墨复合片材的生产及安装方法

技术领域

本发明涉及一种平板散热复合材料的生产及安装方法，尤其涉及一种用于大型平板发热器件散热的石墨复合片材的生产及安装方法。

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。特别在等离子显示屏(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。

前述二种专利虽然一定程度上解决了石墨导热片使用中的问题，但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。该专利中粘合剂仅仅用于粘合，而且是一次粘合、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。

在石墨导热材料或导热硅橡胶等导热片的大批量生产、安装过程中，导热片的安装是重要的一个环节。现有导热片的安装操作要求高，耗时较长，其一经胶黏剂粘接后就不能完整剥离下来，即不能返工安装，在实际应用造成的浪费较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨复合片材的生产及安装方法，其解决了现有技术所生产的产品其大面积散热性和导热均匀性较差以及安装操作不能返工的技术问题。

本发明的技术实现方案如下：

一种石墨复合片材的生产及安装方法，该方法包括以下实现步骤：

(1.)制作石墨复合导热片：

(1.1)取石墨片材，清洁其表面；

(1.2)在石墨片材表面复合柔性导热层：

(1.2.1)制作柔性导热层：取柔性基质，该柔性基质为相变材料；加入导热填料混合均匀，制得柔性导热层；

(1.2.2)将柔性导热层复合于石墨片材的表面：相变材料是受热软化可流动的导热材料，将相变材料的柔性导热层在高于相变材料软化温度的条件下，涂覆于石墨片材表面；

(1.3)干燥，得石墨复合导热片；

(2.)将石墨复合导热片贴合于平板发热器件表面：

(2.1)将石墨复合导热片置于平板发热器件的贴合位；

(2.2)用热压的方法使石墨复合导热片的柔性导热层软化，贴合于平板发热器件表面，无需胶粘剂。

上述步骤(2.2)中热压的方法可以是：加热施压器械的辊，由一侧至另一侧逐渐碾压石墨复合导热片，使柔性导热层软化，排尽石墨复合导热片与平板发热器件界面间的空气，贴合于平板发热器件表面；

或上述步骤(2.2)中热压的方法可以是：加热平板发热器件表面或整体加热石墨复合导热片，用施压器械由一侧至另一侧逐渐辊压石墨复合导热片，使柔性导热层软化，贴合于平板发热器件表面；

或所述步骤(2.2)中热压的方法可以是：先将石墨复合导热片覆于平板发热器件表面，然后将金属背板置于石墨复合导热片上，对平板发热器件、石墨复合导热片、金属背板或者压辊之任一或其中任二者及以上加热，使柔性导热层软化，外压作用贴合于平板发热器件表面。该热压的方法适用于外侧设置金属背板的石墨复合导热片。

上述步骤(2.2)中热压的温度宜采用相变材料的软化温度±20℃；热压的压紧压力≥100kPa。如果平板发热器件表面粗糙，可适当加大压力。

上述柔性导热层可采用喷涂、刮涂、真空灌注、印刷、转移、辊涂、浸渍或粘合等方法复合于石墨片材的表面。以上所述柔性导热层的厚度以0.005-0.2mm为宜；柔性导热层中导热填料的含量以10-60wt％为宜；导热填料可采用纳米级粉体。

以上所述的相变材料可采用可塑性硅树脂、乙烯基硅树脂或硅树脂与石蜡的混合物等；导热填料可采用氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化钛、铜粉、铝粉、银粉之任意一种或任意二至多种以任意比例的混合。

上述步骤(1.2.2)中将柔性导热层复合于石墨片材的表面之后，再于柔性导热层的表面热压形成平行的棱状通槽，以利安装时气体排出。

上述步骤(1.3)在石墨片材的一面复合柔性导热层干燥之后，先在柔性导热层表面贴上PET保护膜(即聚对苯二甲酸乙二醇酯保护膜)，然后在石墨片材的另一面涂覆柔性导热层、粘结剂或包覆金属箔。

上述步骤(1.3)之后，可在石墨复合导热片边沿用胶黏剂、硅橡胶或金属箔封边。

以上所述柔性导热层中导热填料的含量优选20-50wt％，最优选30-40wt％；

以上所述导热填料的平均粒径优选50-5000nm粉体，最优选100-500nm粉体；选择较小粒径的导热填料，一方面可以填充石墨片材中残余的孔隙，提高导热性，另一方面可以使柔性导热层平整、超薄。

以上所述的导热填料也可采用纳米级与微米级粉体的混合料。具体混合比例可根据所要求的石墨复合导热片的整体导热性选取。石墨复合导热片的整体导热性与柔性导热层的厚度及柔性导热层中导热填料的含量等相关。

本发明具有如下优点：

(1)本发明将石墨的高导热性与柔性导热层的服贴性结合起来，能够最大程度地将发热器件与散热片间的气泡排出，使热阻大大减小。

(2)保持了石墨的高导热性及各向异性导热性，使发热器件贴合面整体温度分布均匀，应用于等离子显示屏(PDP)、液晶显示屏(LCD)等大面积热器件的散热，可使其温度降低，而且温度分布均匀，提高屏幕显示效果，延长使用寿命。

(3)采用相变材料的柔性导热层与平板发热器件接触更加紧密，热阻低，而且不用胶粘剂即可固定到平板发热器件上。

(4)安装时用热压方法将其表层软化，然后与平板发热器件表面贴合，温度降低后容易剥离，所以安装工序可进行返工操作，能够将贴合不符合安装标准的石墨复合导热片完整剥离，重新贴合，节约原材料。

(5)本发明实现简便，效率高，与平板发热器件贴合可靠。

附图说明

图1是本发明的复合的石墨复合导热片的结构示意图。

图2是本发明两面均有涂覆层的石墨复合导热片的结构示意图。

附图图面说明：1-石墨片材，2-柔性导热层，3-通槽，4-石墨复合导热片，5-离型纸，6-封边，7-第二柔性导热层7。

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。石墨片材具有较高的导热率，其面内导热率为100-800W·m^-1·K^-1，纵向导热率为2-50W·m^-1·K^-1，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。

本发明的实现步骤如下：

(1.)制作石墨复合导热片：

(1.1)取石墨片材1，用丙酮清洁表面后使之干燥。

(1.2)在石墨片材1表面复合柔性导热层2：

(1.2.1)制作柔性导热层2：取柔性基质，加入导热填料混合均匀，制得柔性导热层2。

柔性基质为相变材料，相变材料具体可采用可塑性硅树脂、乙烯基硅树脂或硅树脂与石蜡的混合物等。通过选择不同长度碳链的脂肪烃或者几种不同碳链脂肪烃的混合物来获得所需要的软化温度，通常控制在45-75℃。

导热填料具体可选用氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化钛、铜粉、铝粉、银粉之任意一种或任意二至多种以任意比例的混合。柔性导热层2中导热填料的含量以10-60wt％为宜，优选20-50wt％，最优选30-40wt％。柔性导热层2中导热填料的含量一般应略低于目前现有的导热相变材料，以利于获得良好流动性，便于涂覆。导热填料可采用纳米级粉体，平均粒径优选50-5000nm粉体，最优选100-500nm粉体。选择较小粒径的导热填料，一方面可以填充石墨片材1中残余的孔隙，提高导热性，另一方面可以使柔性导热层2平整、超薄。导热填料也可为纳米级与微米级粉体的混合料。具体混合比例可根据所要求的石墨复合导热片的整体导热性选取。石墨复合导热片的整体导热性与柔性导热层2的厚度及柔性导热层2中导热填料的含量等相关。

(1.2.2)将柔性导热层2复合于石墨片材1的表面：相变材料是受热软化可流动的导热材料，将相变材料的柔性导热层2在高于相变材料软化温度的条件下，涂覆于石墨片材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复合方法可以采用喷涂、刮涂、真空灌注、印刷、转移、辊涂、浸渍或粘合等方法复合于石墨片材1的表面。在柔性导热层2表面热压出平行的棱状通槽3，以利安装时气体排出，参见图1。

(1.3)干燥，得石墨复合导热片4。

(2.)将石墨复合导热片4贴合于平板发热器件表面：

(2.1)将石墨复合导热片4置于平板发热器件的贴合位。

(2.2)用热压的方法使石墨复合导热片4的柔性导热层2软化，贴合于平板发热器件表面，无需胶粘剂。

热压方法的热压温度一般为相变材料的软化温度±20℃，压紧压力≥100kPa。如果平板发热器件表面粗糙，可适当加大压力。热压的方法可包括如下三种情况：

加热施压器械的辊，由一侧至另一侧逐渐碾压石墨复合导热片4，使柔性导热层2软化，排尽石墨复合导热片4与平板发热器件界面间的空气，贴合于平板发热器件表面。

加热平板发热器件表面或整体加热石墨复合导热片4，用施压器械由一侧至另一侧逐渐辊压石墨复合导热片4，使柔性导热层2软化，贴合于平板发热器件表面。

对于外侧设置金属背板的石墨复合导热片4，先将石墨复合导热片4覆于平板发热器件表面，然后将金属背板置于石墨复合导热片4上，对平板发热器件、石墨复合导热片、金属背板或者压辊之任一或二者及以上加热，使柔性导热层2软化，在外压作用下贴合于平板发热器件表面。

参见图2，本发明步骤(1.3)在石墨片材1的一面复合柔性导热层2干燥之后，可在柔性导热层2表面贴上PET保护膜即离型纸5；在石墨片材1的另一面也涂覆第二柔性导热层7或粘结剂，或包覆金属箔。石墨复合导热片4的边沿可以用胶黏剂、硅橡胶或金属箔形成封边6。

本发明具体实施例及测试结果表明：所生产产品的性能效果均优于现有技术。导热率用稳态法测量，所用仪器为台湾瑞领公司LW-9021D。

实施及测试1：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、少量甲苯形成的均匀混合物，85℃干燥15分钟，得到10m厚的相变导热涂层。90℃热压后，在室温和250kPa压力下测得此导热片的热阻比原石墨片降低27％，在60℃和250kPa压力下测得此导热片的热阻比原石墨片降低34％。

此复合导热片覆于500mm×800mm的玻璃板上，用90℃热辊压紧后，冷到室温。导热片在竖直放置情况下不会松动，但是可以完整地从玻璃表面剥离。

实施及测试2：Laird公司的T-gon 800石墨片材，厚度0.51mm，面内导热率140W·m^-1·K^-1，纵向导热率5W·m^-1·K^-1。用丙酮清洁其表面，干燥10分钟后辊涂50份乙烯基硅树脂、30份平均粒径为500nm的Al₂O₃、20份平均粒径为300nm的ZnO形成的均匀混合物，180℃固化，贴上PET保护膜后，再按照实施例1中方法，在石墨另一面涂覆导热相变层，即得到复合石墨导热片。在室温和250kPa压力下此导热片的热阻比原石墨片降低13％。

此复合导热片覆于500mm×800mm的玻璃板上，用90℃热辊压紧后，冷到室温。导热片在竖直放置情况下不会松动，但是可以完整地从玻璃表面剥离。

Claims (11)

1.一种石墨复合片材的生产及安装方法，该方法包括以下实现步骤：

(1.)制作石墨复合导热片：

(1.1)取石墨片材，清洁其表面；

(1.2)在石墨片材表面复合柔性导热层：

(1.2.1)制作柔性导热层：取柔性基质，该柔性基质为相变材料；加入导热填料混合均匀，制得柔性导热层；

(1.2.2)将柔性导热层复合于石墨片材的表面：将相变材料的柔性导热层在高于相变材料软化温度的条件下，涂覆于石墨片材表面；

(1.3)干燥，得石墨复合导热片；

(2.)将石墨复合导热片贴合于平板发热器件表面：

(2.1)将石墨复合导热片置于平板发热器件的贴合位；

(2.2)用热压的方法使石墨复合导热片的柔性导热层软化，贴合于平板发热器件表面。

2.根据权利要求1所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述步骤(2.2)中热压的方法是：加热施压器械的辊，由一侧至另一侧逐渐碾压石墨复合导热片，使柔性导热层软化，贴合于平板发热器件表面；或所述步骤(2.2)中热压的方法是：加热平板发热器件表面或整体加热石墨复合导热片，用施压器械由一侧至另一侧逐渐辊压石墨复合导热片，使柔性导热层软化，贴合于平板发热器件表面；或所述步骤(2.2)中热压的方法是：先将石墨复合导热片覆于平板发热器件表面，然后将金属背板置于石墨复合导热片上，对平板发热器件、石墨复合导热片、金属背板或者压辊之任一或其中任二者及以上加热，使柔性导热层软化，外压作用贴合于平板发热器件表面。

3.根据权利要求1或2所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述步骤(2.2)中热压的温度为相变材料的软化温度±20℃；热压的压紧压力≥100kPa。

4.根据权利要求3所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述的柔性导热层采用喷涂、刮涂、真空灌注、印刷、转移、辊涂、浸渍或粘合方法复合于石墨片材的表面。

5.根据权利要求4所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述柔性导热层的厚度为0.005-0.2mm；所述的柔性导热层中导热填料的含量为10-60wt％；所述的导热填料包括纳米级粉体。

6.根据权利要求5所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述的相变材料是可塑性硅树脂、乙烯基硅树脂或硅树脂与石蜡的混合物；所述的导热填料是氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化钛、铜粉、铝粉或银粉之任意一种或其中任意二至多种以任意比例的混合。

7.根据权利要求6所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述步骤(1.2.2)中将柔性导热层复合于石墨片材的表面之后，再于柔性导热层的表面热压形成平行的棱状通槽。

8.根据权利要求7所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述步骤(1.3)在石墨片材的一面复合柔性导热层干燥之后，先在柔性导热层表面贴上聚对苯二甲酸乙二醇酯保护膜，然后在石墨片材的另一面涂覆柔性导热层、粘结剂或包覆金属箔。

9.根据权利要求8所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述步骤(1.3)之后，再于石墨复合导热片的边沿用胶黏剂、硅橡胶或金属箔封边。

10.根据权利要求9所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述柔性导热层中导热填料的含量为20-50wt％；所述导热填料的平均粒径为50-5000nm粉体；所述导热填料为纳米级与微米级粉体的混合料。

11.根据权利要求10所述的石墨复合片材的生产及安装方法，其特征在于：所述柔性导热层中导热填料的含量为30-40wt％，所述导热填料的平均粒径为100-500nm粉体。

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