CN103474403A - 非金属散热薄膜及生产设备、制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非金属散热薄膜及生产设备、制造工艺。包括在非金属耐高温薄膜上成型透气缝隙；该非金属耐高温薄膜的两面分别覆膜导热纳米材料构成导热层和覆膜散热纳米材料构成散热层，且导热层的热量透过透气缝隙灌通传导至散热层。生产设备由槽型支架、其两端分别枢设的放卷辊与收卷辊、其中端凸伸的延伸壁、沿着该对延伸壁枢设与压辊对接的透气缝隙模辊、压辊底部的传动辊、电机、槽型支架各组件之间设置的若干导向辊组成。制造工艺：在非金属薄膜的膜层上成型若干将热量透过的透气缝隙且膜层无间断延续成卷料；将带有透气缝隙的非金属薄膜，用卷对卷方式对其二面将纳米材料覆膜为导热层和散热层；使导热层的热量通过透气缝隙灌通传递至散热层。

Description

非金属散热薄膜及生产设备、制造工艺

技术领域

本发明涉及一种散热材料领域，特别涉及一种非金属散热薄膜及生产设备、制造工艺。 

背景技术

CN201010181772.1公开了一种热辐射散热薄膜结构及其制作方法, 它的目的是提供一种热辐射散热薄膜可藉热辐射方式在朝向基板的方向上进行热传播,可大幅改善散热效率,使得位于基板之外的外部对象的温度可不小于热辐射散热薄膜温度的热辐射散热薄膜结构。该技术方案: 所述热辐射散热薄膜结构，包括：一基板，具有一第一热膨胀系数且具电气绝缘性；以及一热辐射散热薄膜，形成于该基板上，且具有一第一面与第二面，该第一面为该第二面的相对面，该第二面与该基板接触，该热辐射散热薄膜并具有一第二热膨胀系数，该热辐射散热薄膜包括一金属非金属组合物，且该第一面具有一表面显微结构，该热辐射散热薄膜藉热辐射方式在朝向该第二面的方向上进行热传播；其中，该基板的第一热膨胀系数与该热辐射散热薄膜的第二热膨胀系数之间的差额比不大于0.1％，该金属非金属组合物包括一金属组合物及一非金属组合物，该金属组合物包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一，或包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的合金，或包括银、铜、锡、铝、钛、铁及锑的至少其中之一的氧化物或卤化物。所述其制作方法包括：选材步骤；加热步骤；涂布步骤；薄膜形成步骤；冷却步骤。其不足之处是: 该工艺是在线路基板上涂布散热层，而此散热层是附著在硬的线路基板上形成的涂层无法取下来成为捲材，应该叫散热涂层，并不是可捲起来成一大捲的，可成捲状的必须是软的、薄的材料，而本发明所选用的基材是薄的、软的薄膜，材料本身就叫薄膜。线路基板是硬的、有一定厚度的，片式的，只能一片一片加工生产，其金属和非金属的结晶体要先加压储存后才能涂布到线路基板上，且基板还要先加热至250℃至1300℃，一般的PCB线路基板无法耐温至1300℃,故只适合使用在LED线路基板上。 

随着电子器件以及产品向高集成度，高运算领域的发展，耗散功率随之倍增，散热问题日益成为一个极待解决的难题。传统散热器的材质一般为铝或铜，目前无论是芯片封装还是产品系统散热，无外乎都是这两种材料直接散热或配合硅胶、风扇形成散热系统，对于一些有导电线路的电子元器件因金属类散热膜无法避免导电性故不可使用，并且容易有折伤和压痕及后续不好加工成形，厚度也较厚。 

目前市面上的散热膜材料有天然石墨散热膜 ，人工石墨散热膜，纳米碳散热膜，它们各有优缺点： 

天然石墨散热膜的问题是不能做很薄，一般都是成品最薄做到0.1mm厚度，这种厚度在手机结构中占有太多的空间，在手机日益做薄的前提下，天然石墨的占有率越来越低。

人工石墨散热膜能做很薄，散热效果非常好，但是它的一个大问题就是价格太贵，动轧上千元一平方米，这样的价格对智能机成本管控越来越严的今天，对于手机设计人员来说还是非常大的压力。并且石墨散热膜是用石墨挤压成型做成成品过程还要涂胶，覆膜，加工过程有很多的不良，同时在模切过程中石墨的边缘容易掉粉，所以还要做包边处理，包边处理很花钱，并且很麻烦，石墨本身的材料价格已经很贵了，但是石墨片的加工费和模切费有时比材料还贵。一般的电子产品根本用不起。 

纳米碳散热膜是纳米碳材料做的散热膜，并有和金属一样的导电率，最薄能做到0.03mm，散热功率也很高，是韩国SKC所研发生产的，国内并没有生产的能力，依靠进口，价格要降低就困难了。 

高导热的材料碳纳米管和石墨稀也可做成散热膜，但原材料价格高，且技术不成熟。 

以上所述的各种散热片和散热膜，都具有导电性能，这对于一些有导电线路的电子元器件使用中会导电，易造成短路现象，而价格动轧几千元一平方米，少则几百元一平方米，无法惠及一般大众产品，只有少数高单价的产品用得起此类散热膜。 

发明内容

本发明的目的是提供一种为避免散热膜导电，发生短路情况而在非金属薄膜的两面分别印刷塗布导热纳米材料和散热纳米材料，使导热层的热量通过缝隙灌通传导至散热层，以达到绝缘、耐高温和快速散热效果的非金属散热薄膜。本发明的另一目的是提供一种以卷对卷方式加工生产，不易有折痕和压伤，绝缘，耐高温，散热快的非金属散热薄膜生产设备。本发明的再一目的是提供一种使用非金属散热薄膜生产设备制造非金属散热薄膜的工艺。 

本发明的第一个技术解决方案是所述非金属散热薄膜，包括非金属耐高温的薄膜，其特殊之处在于：在所述非金属耐高温薄膜上成型若干透气缝隙；带有透气缝隙的非金属耐高温薄膜的两面分别覆膜导热纳米材料构成导热层和覆膜散热纳米材料而构成散热层，且所述导热层的热量通过非金属耐高温薄膜的透气缝隙灌通传导至散热层。 

作为优选：所述透气缝隙选用‘〕’、‘⌒’、‘∏’、‘∩’、‘～’、‘∨’、‘︷’、‘W’、‘M’形状的一种,且所述形状中心间距上下、左右等距；所述导热层与所述散热层上分别设有与所述非金属耐高温薄膜透气缝隙形状中心间距上下、左右等距的透气缝隙。 

作为优选：所述非金属耐高温薄膜选用PI聚酰亚胺薄膜、玻璃纤维膜、耐高温阻燃PET膜的一种；所述覆膜的方式包括但不限于印刷、涂布和喷涂；所述非金属散热膜的成品参数：厚度0.03mm～10 mm；热辐射率：95%；耐高温：200～350℃。 

作为优选：所述导热纳米材料包括但不限于高导热绝缘氮化铝、纳米碳化硅、高导热绝缘复合粉的一种；所述散热纳米材料包括但不限于纳米钛碳复合材料、纳米陶瓷复合粉、氮化硼的一种。 

本发明的第二个技术解决方案是所述非金属散热薄膜的生产设备，其特殊之处在于：所述生产设备由槽型支架、槽型支架两端分别枢设的放卷辊与收卷辊、槽型支架中端凸伸的一对延伸壁、沿着该对延伸壁自上而下枢设的透气缝隙模辊、与透气缝隙模辊对接的压辊、压辊底部的电机、压辊与电机之间设置的传动辊、以及在槽型支架的上述各组件之间设置的若干导向辊组成。 

作为优选：所述导向辊包括与所述放卷辊触接的第一导向辊；枢接于槽型支架中端凸设延伸壁上透气缝隙模辊的两端分别对称设置的第三导向辊和第四导向辊；位于第一导向辊与第三导向辊之间设置的第二导向辊；与所述收卷辊触接的第六导向辊；位于第六导向辊与第四导向辊之间设置的第五导向辊；所述非金属耐高温薄膜经放卷辊与第一导向辊之间的缝隙后延伸到第二导向辊的底部，再延伸到第三导向辊的顶部穿过透气缝隙模辊与压辊之间的缝隙后，经第四导向辊的顶部延伸到第五导向辊的底部后，伸入收卷辊与第六导向辊之间的缝隙后收卷在收卷辊上。 

本发明的第三个技术解决方案是所述非金属散热薄膜的制造工艺，其特殊之处在于，包括以下工序： 

工序⑴、在非金属薄膜的膜层上成型若干将热量透过的透气缝隙且膜层无间断延续成卷料；

工序⑵、将带有透气缝隙的非金属薄膜，用卷对卷方式对其一面将导热纳米材料覆膜为导热层；

工序⑶、在导热纳米材料覆膜后的非金属薄膜的另一面，将散热纳米材料覆膜为散热层；

工序⑷、使导热层的热量通过透气缝隙灌通传递至散热层。

作为优选：所述工序⑵进一步包括： 

(2.1)将耐高温树脂加入导热纳米材料后覆膜在带有透气缝隙的非金属薄膜上；

(2.2)对非金属薄膜的导热层进行紫外线照射；

(2.3)对非金属薄膜的导热层进行整平加热处理；

(2.4)对非金属薄膜的导热层进行消除静电处理；

(2.5)对非金属薄膜的导热层进行线上检测。

作为优选：所述工序⑶进一步包括： 

(3.1)将耐高温树脂加入散热纳米材料后，在非金属薄膜上覆膜为散热层；

(3.2)将非金属薄膜的散热层通过辊子输送到红外线遂道炉中进行烘烤；

(3.3)将出炉后的非金属薄膜散热层输送到无尘的紫外线照射腔中进行紫外线照射；

(3.4)经辊子传送对非金属薄膜散热层进行整平加热处理；

(3.5)对非金属薄膜的散热层进行消除静电处理；

(3.6)对非金属薄膜的散热层进行线上检测。 

作为优选：所述覆膜的方式包括但不限于印刷、涂布和喷涂。 

与现有技术相比，本发明的优点是： 

⑴原材料宽幅100公分以上卷对卷方式加工生产，产能大、成本低，且轻薄，可用在任何须散热的电子产品上，并根据客户的不同需求随意裁切尺寸大小。同时非金属薄膜具有不会折痕和压伤，方便后续加工成型，绝缘、耐高温、散热快、价格低等优点。

⑵加工过程中设有线上缺陷检测仪器，以检测透气缝隙的成型情况，达到产品质量的一致性。 

⑶非金属薄膜利用耐高温树脂设计高低粘度、比重、固含量、流速、光固能量、热固硬化剂来控制印刷涂布覆膜的厚度，以满足不同材料及不同客户的需求，根据材料的种类、厚度和导热纳米材料的不同，可生产出不同导热系数的百来种产品，以满足更多的设计要求。 

⑷非金属薄膜利用透气缝隙灌通传递形成一面导热接通另一面散热，用导热及散热连通的方式快速将热量散开，加快地降低物体表面和内部的温度。 

⑸灌通传递热制程工艺，使散热系数达到最佳效果，且绝缘并耐高温。 

⑹导热纳米材料的导热系数：1000w/mk～2600w/mk，散热纳米材料的热辐射率为95%。 

附图说明

图1是本发明非金属薄膜层状结构的示意图。 

图2是本发明非金属薄膜层状结构的分解示意图。 

图3是本发明非金属薄膜第一种透气缝隙的结构示意图。 

图4是本发明非金属薄膜第二种透气缝隙的结构示意图。 

图5是本发明非金属薄膜第三种透气缝隙的结构示意图。 

图6是本发明非金属散热薄膜生产设备的主视图。 

图7是本发明非金属散热薄膜生产设备的俯视图。 

图8是本发明非金属散热薄膜生产设备的立体图。 

主要组件符号说明： 

薄膜1   透气缝隙11       导热层2      散热层3      槽型支架4

延伸壁41    放卷辊5      收卷辊6      模辊71   压辊72

传动辊73    电机8   导向辊9      第一导向辊91   第二导向辊92

第三导向辊93   第四导向辊94   第五导向辊95   第六导向辊96   。

具体实施方式

本发明下面将结合附图作进一步详述： 

图1至图5示出了本发明的非金属薄膜层状结构。

请参阅图1、图2所示，该非金属散热薄膜由薄膜1上成型若干透气缝隙11、薄膜1的两面分别通过印刷或涂布的方式将导热纳米材料覆膜的导热层2和将涂布散热纳米材料覆膜的散热层3组成。所述导热纳米材料包括但不限于高导热绝缘氮化铝、纳米碳化硅、高导热绝缘复合粉的一种；所述散热纳米材料包括但不限于纳米钛碳复合材料、纳米陶瓷复合粉、氮化硼的一种。所述导热层2的热量通过非金属耐高温薄膜1的透气缝隙11灌通传导至散热层3。该非金属耐高温薄膜1选用PI聚酰亚胺薄膜(耐温400℃)、玻璃纤维膜(耐温500℃)、耐高温阻燃PET膜(耐温200℃)的一种，该非金属耐高温薄膜最薄0.008mm。该非金属散热膜的成品参数：厚度0.03mm～10mm；热辐射率：95%；耐高温：200～350℃。所述导热层2与所述散热层3上分别设有与所述非金属耐高温薄膜透气缝隙11形状中心间距上下、左右等距的透气缝隙(图中未示)。 

请参阅图3至图5所示，该透气缝隙11选用‘〕’、‘⌒’、‘∏’、‘∩’、‘～’、‘∨’、‘︷’、‘W’、‘M’形状的一种,且所述形状中心间距上下、左右等距，可做成0.2mm～30mm的间距。本实施例中，选用了三种典型的波浪状(如图3所示)、锯齿状(如图4所示)和框状(如图5所示)。 

请参阅图6至图8所示，所述非金属散热薄膜的生产设备由槽型支架4、槽型支架4两端分别通过轴承枢设的放卷辊5与收卷辊6、槽型支架4中端凸伸的一对延伸壁41、沿着该对延伸壁41自上而下枢设的透气缝隙模辊71、与透气缝隙模辊71对接的压辊72、压辊72底部的电机8、压辊72与电机8之间设置的传动辊73、以及在槽型支架4的上述各组件之间设置的若干导向辊9组成。 

请参阅图6所示，该导向辊9包括：与放卷辊5触接的第一导向辊91；枢接于槽型支架4中端凸设延伸壁41上透气缝隙模辊71的两端分别对称设置的第三导向辊93和第四导向辊94；位于第一导向辊91与第三导向辊93之间设置的第二导向辊92；与所述收卷辊6触接的第六导向辊96；位于第六导向辊96与第四导向辊94之间设置的第五导向辊95；所述非金属耐高温薄膜1经放卷辊5与第一导向辊91之间的缝隙后延伸到第二导向辊92的底部，再延伸到第三导向辊93的顶部穿过透气缝隙模辊71与压辊72之间的缝隙后，经第四导向辊94的顶部延伸到第五导向辊95的底部后，伸入收卷辊5与第六导向辊96之间的缝隙后收卷在收卷辊6上。 

本实施例中，所述非金属散热薄膜的制造工艺，包括以下工序： 

工序⑴、在非金属薄膜的膜层1上成型若干将热量透过的透气缝隙11且膜层无间断延续成卷料；

工序⑵、将带有透气缝隙11的非金属薄膜1，用卷对卷方式对其一面通过印刷或涂布的方式将导热纳米材料覆膜为导热层2；

具体工步如下：

(2.1)将光固型或热固型的耐高温树脂加入导热纳米材料后，通过印刷或涂布或喷涂的方式在带有透气缝隙的非金属薄膜1上，导热纳米材料的导热系数：1000w/mk～2600w/mk，涂膜厚度10um～50um；

(2.2)对非金属薄膜1的导热层2进行紫外线照射；

(2.3)对非金属薄膜1的导热层2进行整平加热处理；

(2.4)对非金属薄膜1的导热层2进行消除静电处理；

(2.5)对非金属薄膜1的导热层2进行线上检测。

工序⑶、在印刷或涂布导热纳米材料覆膜后的非金属薄膜1的另一面，通过印刷或涂布或喷涂的方式将散热纳米材料覆膜为散热层3； 

具体工步如下：

(3.1)将光固型或热固型的耐高温树脂加入散热纳米材料后，通过印刷或涂布或喷涂的方式在非金属薄膜1上成型为散热层3，散热纳米材料的热辐射率为95%，涂膜厚度10um～50um；

(3.2)将非金属薄膜的散热层3通过辊子输送到红外线遂道炉(图中未示)中进行烘烤；

(3.3)将出炉后的非金属薄膜散热层3输送到无尘的紫外线照射腔(图中未示)中进行紫外线照射；

(3.4)经辊子传送对非金属薄膜散热层3进行整平加热处理；

(3.5)对非金属薄膜的散热层3进行消除静电处理；

(3.6)对非金属薄膜的散热层3进行线上检测。 

工序⑷、使导热层2的热量通过透气缝隙11灌通传递至散热层3。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。 

Claims (10)

1.一种非金属散热薄膜，包括非金属耐高温的薄膜，其特征在于：在所述非金属耐高温薄膜上成型若干透气缝隙；带有透气缝隙的非金属耐高温薄膜的两面分别覆膜导热纳米材料构成导热层和覆膜散热纳米材料而构成散热层，且所述导热层的热量通过非金属耐高温薄膜的透气缝隙灌通传导至散热层。

2.根据权利要求1所述非金属散热薄膜，其特征在于：所述透气缝隙选用‘〕’、‘⌒’、‘∏’、‘∩’、‘～’、‘∨’、‘︷’、‘W’、‘M’形状的一种,且所述形状中心间距上下、左右等距；所述导热层与所述散热层上分别设有与所述非金属耐高温薄膜透气缝隙形状中心间距上下、左右等距的透气缝隙。

3.根据权利要求1所述非金属散热薄膜，其特征在于：所述非金属耐高温薄膜选用PI聚酰亚胺薄膜、玻璃纤维膜、耐高温阻燃PET膜的一种；所述覆膜的方式包括但不限于印刷、涂布和喷涂；所述非金属散热膜的成品参数：厚度0.03mm～10 mm；热辐射率：95%；耐高温：200～350℃。

4.根据权利要求1所述非金属散热薄膜，其特征在于：所述导热纳米材料包括但不限于高导热绝缘氮化铝、纳米碳化硅、高导热绝缘复合粉的一种；所述散热纳米材料包括但不限于纳米钛碳复合材料、纳米陶瓷复合粉、氮化硼的一种。

5.一种根据权利要求1所述非金属散热薄膜的生产设备，其特征在于：所述生产设备由槽型支架、槽型支架两端分别枢设的放卷辊与收卷辊、槽型支架中端凸伸的一对延伸壁、沿着该对延伸壁自上而下枢设的透气缝隙模辊、与透气缝隙模辊对接的压辊、压辊底部的电机、压辊与电机之间设置的传动辊、以及在槽型支架的上述各组件之间设置的若干导向辊组成。

6.根据权利要求5所述非金属散热薄膜，其特征在于：所述导向辊包括：与所述放卷辊触接的第一导向辊；枢接于槽型支架中端凸设延伸壁上透气缝隙模辊的两端分别对称设置的第三导向辊和第四导向辊；位于第一导向辊与第三导向辊之间设置的第二导向辊；与所述收卷辊触接的第六导向辊；位于第六导向辊与第四导向辊之间设置的第五导向辊；所述非金属耐高温薄膜经放卷辊与第一导向辊之间的缝隙后延伸到第二导向辊的底部，再延伸到第三导向辊的顶部穿过透气缝隙模辊与压辊之间的缝隙后，经第四导向辊的顶部延伸到第五导向辊的底部后，伸入收卷辊与第六导向辊之间的缝隙后收卷在收卷辊上。

7.一种非金属散热薄膜的制造工艺，其特征在于，包括以下工序：

工序⑴、在非金属薄膜的膜层上成型若干将热量透过的透气缝隙且膜层无间断延续成卷料；

工序⑵、将带有透气缝隙的非金属薄膜，用卷对卷方式对其一面将导热纳米材料覆膜为导热层；

工序⑶、在导热纳米材料覆膜后的非金属薄膜的另一面，将散热纳米材料覆膜为散热层；

工序⑷、使导热层的热量通过透气缝隙灌通传递至散热层。

8.根据权利要求7所述非金属散热薄膜的制造工艺，其特征在于，所述工序⑵进一步包括：

(2.1)将耐高温树脂加入导热纳米材料后覆膜在带有透气缝隙的非金属薄膜上；

(2.2)对非金属薄膜的导热层进行紫外线照射；

(2.3)对非金属薄膜的导热层进行整平加热处理；

(2.4)对非金属薄膜的导热层进行消除静电处理；

(2.5)对非金属薄膜的导热层进行线上检测。

9.根据权利要求7所述非金属散热薄膜的制造工艺，其特征在于，所述工序⑶进一步包括：

(3.1)将耐高温树脂加入散热纳米材料后，在非金属薄膜上覆膜为散热层；

(3.2)将非金属薄膜的散热层通过辊子输送到红外线遂道炉中进行烘烤；

(3.3)将出炉后的非金属薄膜散热层输送到无尘的紫外线照射腔中进行紫外线照射；

(3.4)经辊子传送对非金属薄膜散热层进行整平加热处理；

(3.5)对非金属薄膜的散热层进行消除静电处理；

(3.6)对非金属薄膜的散热层进行线上检测。

10.根据权利要求7至9任一项所述非金属散热薄膜的制造工艺，其特征在于：所述覆膜的方式包括但不限于印刷、涂布和喷涂。

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