CN105666983A - 一种人工石墨/铜的复合材料散热片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人工石墨/铜的复合材料散热片及其制备方法，包括：散热片以一层人工石墨层+铜箔层+人工石墨层复合滚压而成为一单元散热层，所述散热片可为单独一单元散热层，或是可为多个单元散热层叠加而成，每层的散热片包括铜箔层和分布在铜箔层上下面的人工石墨层，所述人工石墨层通过导电胶均匀的贴附分布在铜箔层的上下面，所述多个单元散热层之间通过导电胶叠加而成。通过上述方式，本发明散热片导热效果好，也具有很强的电磁屏蔽功能。

Description

一种人工石墨/铜的复合材料散热片及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子产品中发热组件的散热及电磁屏蔽领域，特别是涉及一种人工石墨/铜的复合材料散热片及其制备方法。
背景技术
现有技术中，随着研发的手机、平板计算机、或笔记本计算机及电视的需求量及显示屏使用量增加，显示屏高亮度的需求使发光二极管使用量增加,为提高各种电子产品的运行速度，目前各种电子产品中CPU因高速运行会散发出大量的热，也加大了设备的发热量，同时电池电量消耗增加，电池容量也跟着提高，使得显示器设备因耗能加大而发热更多，如不能有效控制发热,高温不仅使CPU运转出问题或丧失功能，也会使发热设备使用寿命缩短。同时现今显示器设备功能增多,使用零件也多样化,数量多而体积更小，显示设备的可用空间越感不足，各组件的距离更近，容易发生干扰。当天然石墨因厚度及导热率不高的问题，及人工石墨因柔軟度不高的可折断性，使其丧失本来固有的X、Y轴导热性。
目前市场上散热材料的人工石墨厚度以25微米为主导，40微米有量产但导热系数不佳，70微米的可量产性不高，更多的热量需要解决，我们就要把热量从发热组件“A”点传至其它点散发，使发热组件“A”的本体温度大幅度降低。因此需要更高导热系数和更大界面的导热载体。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种人工石墨/铜的复合材料散热片，即是很好的导热载体，导热效果好，也具有很强的电磁屏蔽功能。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种人工石墨/铜的复合材料散热片，包括：散热片以一层人工石墨层+铜箔层+人工石墨层复合滚压而成为一单元散热层，所述散热片可为单独一单元散热层，或是可为多个单元散热层叠加而成，每层的散热片包括铜箔层和分布在铜箔层上下面的人工石墨层，所述人工石墨层通过导电胶均匀的贴附分布在铜箔层的上下面，所述多个单元散热层之间通过导电胶叠加而成。
在本发明一个较佳实施例中，所述人工石墨为高纯度石墨，其纯度在99.6%～99.9%，所述人工石墨层由聚酰亚氨薄片經2500至2800度燒結而成，所述人工石墨层厚度在滚压叠加后为5微米～80微米。
在本发明一个较佳实施例中，所述人工石墨片与铜的复合材料总厚度在20微米～2100微米；所述铜箔层厚度为8微米～150微米；所述导电胶厚度为5微米～100uM微米。
在本发明一个较佳实施例中，所述铜箔层的外形为卷状铜箔，所述铜箔层与人工石墨层通过多次连续滚压而成。
在本发明一个较佳实施例中，所述一铜箔层+导电胶或一人工石墨层+导电胶为一复合层，最多可叠加的复合层数为十层，最终叠加后的散热片其上下面最外层为人工石墨层。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案还提供一种人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法，包括如下步骤：
第一步，铜箔层的双表面处理，铜箔层贴合导电胶之前进行预处理，用碱性除油剂除油并且酸洗处理；
第二步，将5微米至80微米的聚酰亚氨薄片与天然石墨堆叠，经石墨化炉以2600至2800度烧制而成的人工石墨单片；
第三步，将烧制好的人工石墨单片以轻压滚筒方式滚压导电胶，再以多段滚压机滚压成人工石墨+导电胶+铜+导电胶+人工石墨的复合卷材；
第四步，多层复合机将已复合单层的人工石墨层+导电胶+铜箔层+导电胶+人工石墨层的复合为一层，可多层继续叠加，多层叠加后的厚度及层数增加，导热能力及电磁屏蔽能力也增加。
进一步说，所述碱性除油剂为NaOH；所述酸洗处理采用0.5%以下的稀硫酸；所述步骤一中对铜箔层清洗顺序为：酸洗，水洗，再酸洗，再水洗，最好烘干；所述步骤四中多层叠加方式为人工石墨层+导电胶+铜层+导电胶+人工石墨层+导电胶+铜箔层+导电胶+人工石墨层+导电胶+铜层+导电胶+人工石墨层的方式叠加，一铜箔层+导电胶或一人工石墨层+导电胶为一层，最多可叠加复合层数为十层，最终叠加后的散热片其上下面最外层为人工石墨层。
本发明的有益效果是：本发明除了其散热效果佳,更有极佳的电磁屏蔽功能,对元器件间的互扰问题能利用本发明的散热可得到好的控制，本发明除可控制发热组件的温度,并可使易受干扰的元器件受到电磁屏蔽保护,让3C电子产品能有更稳定的运行特性及更长的寿命，其导热系数高达1000～1500W/M·K，热扩散系数高达230m㎡/S～900m㎡/S，因铜箔的加入，对于电磁屏敝比单一石墨材更优,防高屏干扰能力为60～80分贝(10MHz～1GHz)，也因铜箔的加入,使人工石墨层易弯折断裂及抗拉力不佳得到改善，且铜箔基材加入结构,也改善了单一人工石墨层无可塑性的缺点。
附图说明
图1是本发明人工石墨/铜的复合材料散热片单一散热层的结构示意图；
图2是本发明人工石墨/铜的复合材料散热片多层散热层的结构示意图；
图3是本发明人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法中步骤一的流程图；
图4是本发明人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法中步骤三的加工工艺示意图；
图5是本发明人工石墨/铜的复合材料散热片的导热趋向图；
附图中各部件的标记如下：1、人工石墨层；2、铜箔层；3、导电胶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1和图2，本发明实施例包括：一种人工石墨/铜的复合材料散热片，包括：散热片以一层人工石墨层1+铜箔层2+人工石墨层1复合滚压而成为一单元散热层，所述散热片可为单独一单元散热层，或是可为多个单元散热层叠加而成，每层的散热片包括铜箔层2和分布在铜箔层2上下面的人工石墨层1，所述人工石墨层1通过导电胶3均匀的贴附分布在铜箔层2的上下面，所述多个单元散热层之间通过导电胶3叠加而成。
进一步说，所述人工石墨层1为高纯度石墨，其纯度在99.6%～99.9%；所述人工石墨层1与铜箔层2的复合材料总厚度在20微米～2100微米；所述铜箔层2的外形为卷状铜箔，所述铜箔层2与人工石墨层1通过多次连续滚压而成；所述一铜箔层2+导电胶3或一人工石墨层1+导电胶3为一复合层，最多可叠加的复合层数为十层，最终叠加后的散热片其上下面最外层为人工石墨层1。
本发明因铜箔基材的加入,其散热片X-Y方向(水平方向)的拉伸断裂值为100Kgf/m㎡~200Kgf/m㎡，是目前同等厚度人工石墨片的10倍。如图5所示，X轴和Y轴方向为人工石墨层导热佳，Z轴方向为铜箔层导热佳。不论复合散热片厚度为多少，其可弯折角度为180度，可弯折次数为100次，而不会使人工石墨+铜复合片断裂使散热效能降低，这是单一人工石墨散热片无法承受大于90度弯曲及无法承受多次弯曲所无法比拟的。
另外因复合散热片中铜箔的加入，可在装备组装中以金属螺栓固定且与地线端相连，并因铜的导电特性构成接地回路，且散热片覆盖在装备的芯片上，直接盖住最易被干扰的芯片，构成最佳的电磁屏敝效果。
请参阅图3和图4，
一种人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法，包括如下步骤：
第一步，铜箔层2的双表面处理，铜箔层2贴合导电胶3之前进行预处理，用碱性除油剂除油并且酸洗处理；
第二步，将5微米至80微米的聚酰亚氨薄片与天然石墨堆叠，经石墨化炉以2600至2800度烧制而成的人工石墨单片；
第三步，将烧制好的人工石墨单片以轻压滚筒方式滚压导电胶3，再以多段滚压机滚压成人工石墨层1+导电胶3+铜箔层2+导电胶3+人工石墨层1的复合卷材；
第四步，多层复合机将已复合单层的人工石墨层1+导电胶3+铜箔层2+导电胶3+人工石墨层1的复合为一层，可多层继续叠加，多层叠加后的厚度及层数增加，导热能力及电磁屏蔽能力也增加。
进一步说，所述碱性除油剂为NaOH；所述酸洗处理采用0.5%以下的稀硫酸；所述步骤一中对铜箔层清洗顺序为：酸洗，水洗，再酸洗，再水洗，最好烘干；所述步骤四中多层叠加方式为人工石墨层1+导电胶3+铜箔层2+导电胶3+人工石墨层1+导电胶3+铜箔层2+导电胶3+人工石墨层1+导电胶3+铜箔层2+导电胶3+人工石墨层1的方式叠加，一铜箔层2+导电胶3或一人工石墨层1+导电胶3为一层，最多可叠加复合层数为十层，最终叠加后的散热片其上下面最外层为人工石墨层1。
本发明复合散热片，不论复合散热片厚度为多少,其可弯折角度为180度,可弯折次数为100次,而不会使人工石墨+铜复合片断裂使散热效能降低，这是单一人工石墨散热片无法承受大于90度弯曲及无法承受多次弯曲所无法比拟的。另外不论复合散热片厚度为多少,其防高屏干扰能力为60~80db(分贝)(10MHz~1GHz)。
因复合片散热片中铜箔的加入，其铜箔基材的优良导电特性及复合散热片的优良导热及散热特性，可以在装备组装中因空间局限无法同时构筑接地线，散热片及电磁屏蔽片时，以单一人工石墨+铜散热片替代,进而使装备小型化并节约成本及便于组装。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种人工石墨/铜的复合材料散热片，其特征在于，包括：散热片以一层人工石墨层+铜箔层+人工石墨层复合滚压而成为一单元散热层，所述散热片可为单独一单元散热层，或是可为多个单元散热层叠加而成，每层的散热片包括铜箔层和分布在铜箔层上下面的人工石墨层，所述人工石墨层通过导电胶均匀的贴附分布在铜箔层的上下面，所述多个单元散热层之间通过导电胶叠加而成。
2.根据权利要求1所述的人工石墨/铜的复合材料散热片，其特征在于：所述人工石墨层为高纯度石墨，其纯度在99.6%～99.9%，所述人工石墨层由聚酰亚氨薄片經2500至2800度燒結而成，所述人工石墨层厚度在滚压叠加后为5微米～80微米。
3.根据权利要求1所述的人工石墨/铜的复合材料散热片，其特征在于：所述人工石墨层与铜箔层的复合材料总厚度在20微米～2100微米；所述铜箔层厚度为8微米～150微米；所述导电胶厚度为5微米～100uM微米。
4.根据权利要求1所述的人工石墨/铜的复合材料散热片，其特征在于：所述铜箔层的外形为卷状铜箔，所述铜箔层与人工石墨层通过多次连续滚压而成。
5.根据权利要求1所述的人工石墨/铜的复合材料散热片，其特征在于：所述一铜箔层+导电胶或一人工石墨层+导电胶为一复合层，最多可叠加的复合层数为十层，最终叠加后的散热片其上下面最外层为人工石墨层。
6.一种人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，铜箔层的双表面处理，铜箔层贴合导电胶之前进行预处理，用碱性除油剂除油并且酸洗处理；
第二步，将5微米至80微米的聚酰亚氨薄片与天然石墨堆叠，经石墨化炉以2600至2800度烧制而成的人工石墨单片；
第三步，将烧制好的人工石墨单片以轻压滚筒方式滚压导电胶，再以多段滚压机滚压成人工石墨层+导电胶+铜箔层+导电胶+人工石墨层的复合卷材；
第四步，多层复合机将已复合单层的人工石墨层+导电胶+铜箔层+导电胶+人工石墨层的复合为一层，可多层继续叠加，多层叠加后的厚度及层数增加，导热能力及电磁屏蔽能力也增加。
7.根据权利要求6所述的人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法，其特征在于：所述碱性除油剂为NaOH。
8.根据权利要求6所述的人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法，其特征在于：所述酸洗处理采用0.5%以下的稀硫酸。
9.根据权利要求6所述的人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法，其特征在于：所述步骤一中对铜箔层清洗顺序为：酸洗，水洗，再酸洗，再水洗，最好烘干。
10.根据权利要求6所述的人工石墨/铜的复合材料散热片的制备方法，其特征在于：所述步骤四中多层叠加方式为人工石墨层+导电胶+铜箔层+导电胶+人工石墨层+导电胶+铜箔层+导电胶+人工石墨层+导电胶+铜箔层+导电胶+人工石墨层的方式叠加，一铜箔层+导电胶或一人工石墨层+导电胶为一层，最多可叠加复合层数为十层，最终叠加后的散热片其上下面最外层为人工石墨层。
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