CN105611800A - 一种易清理的导热相变垫片及其制备方法及其制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易清理的导热相变垫片，包括由下至上排列的下保护层、导热相变材料层和离型层；离型层由离型剂均匀附着于所述导热相变材料层上表面而形成；本发明的优点：由下至上排列的下保护层、导热相变材料层、离型层，离型层与元器件之间不会发生粘接，在装配返工或拆卸维修过程中能够非常容易的将元器件分离出来；且由于该离型层厚度极薄，对传热效果的影响极小，根据热导性电绝缘材料热传输特性标准试验方法ASTM-D5470对按本发明技术方案制得的样本进行测试后得到，材料导热率损耗量不超过5％。

Description

一种易清理的导热相变垫片及其制备方法及其制备系统

技术领域

本发明涉及热界面材料技术领域，尤其涉及一种易清理的导热相变垫片及其制备方法及其制备系统。

背景技术

随着当代IT、通讯等领域电子信息技术的迅猛发展，电子产品的集成程度和组装密度不断提高，在提供了强大使用功能的同时，也导致了其功耗和发热量的急剧增大。若产品发热不能及时散发会使元器件升温，高温将会对元器件的稳定性、可靠性和寿命产生损害，因此，确保散热问题己经成为微电子产品系统组装的一个重要关注方面，对于集成程度和组装密度都较高的便携式电子产品(如笔记本电脑、平板电脑、手机等)，散热甚至成为了整个产品的技术瓶颈问题。

发热器件与散热器件之间直接连接时，接触面积越大其热传导效果越好。但是，由于器件表面粗糙度的限制，器件表面并非完全接触，因为在微观上，器件表面是凹凸不平的，因而其接触面间是有许多空隙和孔洞的。空隙和空洞之间时热阻较大的空气，导致了接触面间界面热阻大、传热效率低。本领域的解决方案是，在发热元件与散热元件之间引入热界面材料，用于填充接触面间的空隙和孔洞，提高导热性。目前市场上应用较多的热界面材料主要有，导热凝胶、导热垫片、导热脂和导热相变材料等，

其中，导热相变材料具有能够相变的特性，即：在室温下材料是固体，安装操作处理方便；而当器件工作时温度达到材料相变软化点时，材料将变软为脂状，能够轻易地贴合两个配合面，达到良好的表面浸润效果。这种完全填充界面气隙和器件与散热片间空隙的能力，使得相变材料界面热阻远优于导热凝胶或硅系导热垫片，并且获得类似于导热硅脂的低界面热阻的性能，同时其应用可靠性、使用寿命却远优于导热硅脂，性能十分优良。

相变材料在实际应用过程中具有很强的优势，但是却存在一定的问题。由于相变材料本身具有一定的自粘性，且软化后会完全浸润入器件表面，会导致发热元件与散热元件被牢牢的粘接为一体，如果需要拆卸元件则会非常困难，这就给产品返工及后续维修带来了极大的麻烦，给相关厂家带来了较多的困扰。

针对相变导热材料后期装配返工及产品维修困难的问题，目前行业内主要在应用端寻求解决方法，如改良装配返工及维修拆装工艺，即预热软化导热材料以降低器件之间的粘结力，再进行拆卸；该方法操作繁杂且需要额外的加热组件，时间和人工成本都较高。或者采用相变导热材料单面覆铝箔或石墨的方案来避免粘连，但该方案生产工艺复杂，且铝箔或石墨片表面不够光滑，其与器件的接触热阻也较大；且该方案对装配压力的要求也较高，装配压力不足会导致贴合不完全，使传热效率大大降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种易清理的导热相变垫片及其制备方法及其制备系统，解决现有相变导热材料后期装配返工及产品维修困难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种易清理的导热相变垫片，包括由下至上排列的下保护层、导热相变材料层和离型层；所述离型层由离型剂均匀附着于所述导热相变材料层上表面而形成。

优选的，还包括离型防护层，离型防护层为具有粘性的膜层，离型防护层附着于所述离型层上表面。

优选的，离型剂为氟塑离型剂、硅系离型剂、聚合物树脂类脱模剂中的一种。

一种易清理的导热相变垫片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：获得导热相变垫片半成品：导热相变垫片半成品包括下保护层和导热相变材料层，下保护层设置于所述导热相变材料层之上，所述导热相变材料层上表面呈裸露状态；

步骤2：在所述导热相变材料层上表面形成所述离型层；

步骤3：在所述离型层上表面覆盖所述离型防护层。

优选的，步骤2通过以下步骤实现：1)在导热相变材料层的上表面喷洒或涂覆离型剂溶液，形成离型剂溶液层；2)通过干燥工艺除去所述离型剂溶液层中的溶剂，获得所述离型层，干燥的温度为40～300℃，干燥的时间为5s～2h。

优选的，干燥的温度为80～200℃，干燥的时间为1～20min。

一种易清理的导热相变垫片的制备系统，包括导热相变垫片半成品制备装置、离型剂喷涂或涂覆装置、离型剂干燥装置和离型防护层铺设装置，步骤1中的导热相变垫片半成品通过导热相变垫片半成品制备装置制取；步骤2中的离型剂溶液通过离型剂喷涂或涂覆装置进行喷洒或涂覆；步骤2中导热相变材料层上表面离型剂溶液层中的溶剂通过离型剂干燥装置去除；步骤3中的离型防护层铺设通过离型防护层铺设装置铺设。

优选的，导热相变垫片半成品制备装置包括压延成型装置和上保护层去除装置，上保护层去除装置为收卷装置。

优选的，离型剂干燥装置为预热烘道，离型防护层铺设装置包括离型防护层放料装置和卷材收卷机。

综上所述，本发明的优点：由下至上排列的下保护层、导热相变材料层、离型层，离型层与元器件之间不会发生粘接，在装配返工或拆卸维修过程中能够非常容易的将元器件分离出来；且由于该离型层厚度极薄，对传热效果的影响极小，根据热导性电绝缘材料热传输特性标准试验方法ASTM-D5470对按本发明技术方案制得的样本进行测试后得到，材料导热率损耗量不超过5％。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种易清理的导热相变垫片的结构示意图；

图2为本发明一种易清理的导热相变垫片制备系统的结构示意图；

图3为现有技术中导热相变垫片的构成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例公开的一种易清理的导热相变垫片的结构示意图，图3为现有技术中导热相变垫片的构成示意图。

本发明提供的导热相变垫片包括由下至上排列的下保护层d、导热相变材料层c、离型层b和离型防护层a；现有技术中提供的导热相变垫片构成为由下至上排列的下保护层3a、导热相变材料层2a和上保护层1a。

本领域用于防粘连的技术措施多为离型膜，离型膜是对薄膜基体表面进行离型剂涂覆处理，适用于简单的表面。因其厚度较大，若直接将其应用于本发明要解决的技术问题上，则会有两个问题，一是由于其厚度太大，会影响导热垫片的导热效果；而是覆膜操作会增加工艺的复杂性。本发明的发明人则创造性地直接对导热相变材料层c的表面进行离型剂涂覆，使之在导热相变材料层c的表面形成极薄的离型层b，既发挥了离型剂原有的防粘作用，又保证了导热相变材料层c原有的导热效果，取得了新的技术效果。

同现有的导热相变垫片相比，在结构上，相同之处为，均具有下保护层和导热相变材料层。不同之处为，现有的导热相变垫片，导热相变材料层上下表面均为相同的保护层，除去两个保护层之后导热相变材料层上下表面均裸露，可与元器件直接粘接；而本发明提供的导热相变垫片，导热相变材料层c的上表面设置有极薄的离型层b和附着在在离型层b之上的离型防护层a。为了保护离型层b，在其上设置一个离型防护层a，离型防护层a本身具有一定的粘性，用于附着在无粘性的离型层b上。

导热相变垫片的核心层为导热相变材料层c，该层材料具有良好的浸润性和导热性，也具有粘性。该材料层的上下表面与元器件表面或普通材料的表面接触后会发生粘连，因此，为了避免在加工、运输和储存时发生不必要的粘连，导热相变材料层c的上下表面需要设置保护层，如图1中所示的下保护层d和图3中所示的下保护层3a和上保护层1a。该保护层与导热相变材料层之间有轻微的粘着力，平时不易脱落，在进行安装操作时揭下即可正常使用。

其中，如图1所示，离型层b由离型剂喷层或涂层干燥后形成，是覆盖在导热相变材料层c上的极薄的一个膜层，离型层b具有常规离型膜的特性，即：离型膜与特定的材料在有限的条件下接触后不具有粘性，或轻微的粘性。因而具有该离型层b的导热相变垫片，与发热或散热元件的表面能够很容易分离，且不会再元件表面产生残留。解决了现有技术中导热相变材料与元器件表面的粘接难以分离和表面残留难以清理的问题。

离型层b为喷洒或涂覆的离型剂溶液干燥后形成的一层均匀的膜层，同常规的离型膜相比，该膜层厚度更小，因而其对垫片与热界面的浸润效果影响也非常小，当然对其导热效果的影响也非常小。对按照本发明提供的技术方案制得的导热相变垫片样本进行导热系数测试，其导热系数损失在5％以下，具体结果如下。

依据导热系数测试标准ASTM-D5470，对三个样本进行离型层涂覆前后的导热率测试结果：

	涂覆前导热系数	涂覆后导热系数
			材料A	1.31W/mK	1.28W/mK
材料B	2.41W/mK	2.37W/mK
			材料C	4.20W/mK	4.07W/mK

其中，配制离型剂溶液时，离型剂溶剂可选氟塑离型剂、硅系离型剂、聚合物树脂类脱模剂。

本发明还提供了一种易清理的导热相变垫片制备方法，用于制取上述的已清理的导热相变垫片，该制备方法由以下步骤组成：

S1：获得导热相变垫片半成品。上述的导热相变垫片半成品包括下保护层d和导热相变材料层c，下保护层d设置于导热相变材料层c之上。所得的导热相变垫片半成品，其中的导热相变材料层c的上表面裸露，以便于后续工艺步骤能够直接对其上表面进行处理。

该半成品可由导热相变材料层c和下保护层d贴合制得，也可对类似于图3中所示的现有的导热垫片进行处理获得，也就是将其上表面的保护层揭去即可获得。

其中，上述后一种获得导热相变垫片半成品的方法仅需对现有的工艺作适当改进即可实现，不需要重新设计整个新的工艺，易实现，适应性强。

S2：在导热相变材料层c上表面形成离型层a。

步骤S2具体为，首先在导热相变材料层c的上表面喷洒或涂覆离型剂溶液，之后通过干燥工艺除去溶剂成分，离型剂溶液挥发后离型剂会在导热相变材料层c上表面形成极薄的离型层b。

上述干燥工艺的温度为40℃～300℃，干燥时长为5s～2h。优选的，干燥工艺的温度可设置为80℃～200℃，干燥时长设置为1min～20min。

S3：在所述离型层上表面覆盖离型防护层。

步骤S2中形成的离型层b本身无粘性，不会与其他材料发生粘连，其生产、运输和储存中不易发生粘连。但是，由于离型层b厚度极小，较容易受物理损伤或污染受损，因此需要在其上方设置一个保护膜层，在本发明中即离型防护层a。

由于离型层b为离型剂干燥获得，其本身不具备粘性，因此为了离型防护层a能够稳定附着，离型防护层a应当具有一定的粘性或是重离型力的离型膜。

覆盖离型防护层a后的导热垫片结构已完整，可收卷为易储存的卷状。离型防护层覆盖操作和收卷操作可一同进行，如图2中所示，图2为本发明实施例公开的一种易清理的导热相变垫片的制备系统示意图。离型防护层a可提前设置为卷状，于导热垫片片材5上方，一同被卷材收卷机3收卷，既能将成品收卷，也可以给离型防护层a和离型层b之间施加一定的压力，保证离型防护层a能够稳定附着在离型层b上。

为了实现以上制备工艺，本发明还提供了一种易清理的导热相变垫片的制备系统，如图2所示，图2为本发明实施例公开的一种易清理的导热相变垫片的制备系统示意图。

上述的制备系统包括还包括压延成型装置1，上保护层去除装置6，离型剂喷涂或涂覆装置7，离型剂干燥装置和离型防护层铺设装置，离型剂干燥装置可采用本领域常用的设备，如加热烘道2，离型防护层铺设装置包括离型防护层放料装置8和卷材收卷机3。

压延成型装置1与上保护层去除装置6用于共同获得所述的导热相变垫片半成品5，离型剂喷涂或涂覆装置7用于向导热相变材料层c上表面喷洒或涂覆离型剂溶液，离型剂干燥装置用于除去导热相变材料层c上表面离型剂溶液层中的溶剂，离型防护层放料装置8和卷材收卷机3用于在离型层b上表面铺设离型防护层a和将成品收纳为卷状。

其中，上述的压延成型装置1、上保护层去除装置6、加热烘道2，卷材收卷机3、上保护层去除装置6、离型剂喷涂或涂覆装置7和离型防护层放料装置8均为本领域常用设备，且本发明的技术方案并非是针对某一装置进行改进，因而在此不再对上述各装置赘述。

下面结合制备方法对制备系统进行解释说明。

获得导热相变垫片半成品。

若采用导热相变材料层c和下保护层d贴合的方法制得导热相变垫片半成品5，则仅需要压延成型装置，该装置可将导热相变材料和保护层压延成条状片材；

若采用第二种方法，即用除去已有片材上保护层的方法，则还需要上保护层去除装置6。上保护层去除装置6用于将上保护层除去，使导热相变材料层的上表面裸露出来，以便于后续设备能够在其上表面喷洒或涂覆离型剂溶液。

具体的，上保护层去除装置6为收卷装置，收卷装置的转速可设置为与导热相变垫片半成品5行进速度相当，持续将上保护层揭起并缠绕至其收卷轴上。

在导热相变材料层上表面形成离型层。

这一步骤可由离型剂喷涂或涂覆装置7和加热烘道2共同完成，离型剂喷涂或涂覆装置7用于向导热相变垫片半成品5上表面喷洒或涂覆离型剂溶液，加热烘道2用于除去离型剂溶液中的溶剂，之后即可在导热相变材料层c上表面形成离型层b。

在离型层上表面覆盖离型防护层。

该步骤可由离型防护层铺设装置实现，离型防护层铺设装置包括离型防护层放料装置8和卷材收卷机3。卷材收卷机3在转动时将导热相变垫片片材卷成易于储存和运输的卷状；离型防护层放料装置8上预先设置好离型防护层a料卷，该层材料会随导热相变垫片片材一起卷入卷中，在覆盖并附着在离型层b上。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (9)

1.一种易清理的导热相变垫片，其特征在于：包括由下至上排列的下保护层、导热相变材料层和离型层；所述离型层由离型剂均匀附着于所述导热相变材料层上表面而形成。

2.根据权利要求1所述的一种易清理的导热相变垫片，其特征在于：还包括离型防护层，离型防护层为具有粘性的膜层，离型防护层附着于所述离型层上表面。

3.根据权利要求1或2所述的一种易清理的导热相变垫片，其特征在于：离型剂为氟塑离型剂、硅系离型剂、聚合物树脂类脱模剂中的一种。

4.如权利要求1所述的一种易清理的导热相变垫片所采用的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获得导热相变垫片半成品：导热相变垫片半成品包括下保护层和导热相变材料层，下保护层设置于所述导热相变材料层之上，导热相变材料层上表面呈裸露状态；

步骤2：在所述导热相变材料层上表面形成所述离型层；

步骤3：在所述离型层上表面覆盖所述离型防护层。

5.如权利要求4所述的一种易清理的导热相变垫片的制备方法，其特征在于：

步骤2通过以下步骤实现：1)在导热相变材料层的上表面喷洒或涂覆离型剂溶液，形成离型剂溶液层；2)通过干燥工艺除去所述离型剂溶液层中的溶剂，获得所述离型层，干燥的温度为40～300℃，干燥的时间为5s～2h。

6.如权利要求5所述的一种易清理的导热相变垫片的制备方法，其特征在于：干燥的温度为80～200℃，干燥的时间为1～20min。

7.如权利要求5所述的一种易清理的导热相变垫片的制备方法所采用的制备系统，其特征在于：包括导热相变垫片半成品制备装置、离型剂喷涂或涂覆装置、离型剂干燥装置和离型防护层铺设装置，步骤1中的导热相变垫片半成品通过导热相变垫片半成品制备装置制取；步骤2中的离型剂溶液通过离型剂喷涂或涂覆装置进行喷洒或涂覆；步骤2中导热相变材料层上表面离型剂溶液层中的溶剂通过离型剂干燥装置去除；步骤3中的离型防护层铺设通过离型防护层铺设装置铺设。

8.如权利要求7所述的一种易清理的导热相变垫片的制备系统，其特征在于：导热相变垫片半成品制备装置包括压延成型装置和上保护层去除装置，上保护层去除装置为收卷装置。

9.如权利要求7所述的一种易清理的导热相变垫片的制备系统，其特征在于：离型剂干燥装置为预热烘道，离型防护层铺设装置包括离型防护层放料装置和卷材收卷机。