CN105984867B - 人工石墨片及其制造方法、含人工石墨片的石墨基板堆栈结构 - Google Patents
人工石墨片及其制造方法、含人工石墨片的石墨基板堆栈结构 Download PDFInfo
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Abstract
一种人工石墨片及其制造方法,其是以PI膜为素材,经堆栈步骤、第一升温步骤、第二升温步骤加工成人工石墨片,增加润滑及其硬性、加速热传导均衡升温,提升其平整性;此外,进一步配合贯孔步骤,于人工石墨片上形成孔状结构,可增加人工石墨片的热扩散面积及透气性,提高生产良率及平整性。本发明同时涉及含人工石墨片的石墨基板堆栈结构,其包括上述制成的人工石墨片、基层、至少一导电层及至少一绝缘层,不仅可适用于热电分离的电子产品。
Description
技术领域
本发明有关于制造石墨片的方法,特别是指一种人工石墨片的制造方法,同时还涉及含有该人工石墨片的石墨基板。
背景技术
电子产品中所采用的电路基板,为了适时地散除运作时所产生的热能,保持良好的运行效能,通常是以导热性良好的材料所制成,以满足电子产品的需求。
而伴随科技提升,各种高功率、高效能的3C电子产品也相应而生,而在提升效能的同时,各种硬件配件在散热的要求也愈来愈高;以高功率的LED来说,因其在运作时高瓦特数会产生更高的热度,现有的散热基板已无法有效满足热扩散与热传导的问题,不仅影响使用上的效能、质量,也使高功率LED的寿命极为有限,难以长久且正常的使用。
有鉴于此,散热基板的效能一直是电子产品最为重视的课题,而石墨片作为散热基板最主要的素材,本案发明人致力于以此研究改进之道,经不断尝试与实验之下,终有本发明产生。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种人工石墨片的制造方法,利用天然石墨尘纸与素材PI膜交互堆栈,可增加润滑及其硬性、加速热传导使PI膜均衡升温,并提升其平整性。
为达上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种人工石墨片的制造方法,该方法是以PI膜为素材制成人工石墨片,包括下列步骤:堆栈步骤,其是将PI膜与天然石墨尘纸交叉堆栈,使每一PI膜介于二天然石墨尘纸之间;第一升温步骤,其是将堆栈后的PI膜阶段性升温至1000-1200℃,使PI膜碳化为半成品;第二升温步骤,其是将碳化后的半成品维持堆栈状态,并阶段性升温至2500-3000℃,使半成品石墨化成人工石墨片。
所述堆栈步骤前进一步包含贯孔步骤,其是于PI膜上开设有数个孔径介于0.1-1mm的穿孔。或者,所述第二升温步骤后进一步包含贯孔步骤,其是于人工石墨片上开设有数个孔径介于0.1-1mm的穿孔。
所述堆栈步骤进一步利用石墨盒与石墨板容纳并固定交叉堆栈的PI膜与天然石墨尘纸,并于石墨盒中留有可供膨胀的预设空间。
所述穿孔呈数组或斜交的方式分布,且该两穿孔间的间距介于0.1-5mm之间。
所述第一升温步骤及该第二升温步骤采电阻式或感应式的升温炉进行阶段性升温。
本发明的另一目的是提供一种利用上述制造方法所制成的人工石墨片,其特点是,所述人工石墨片的穿孔呈数组或斜交的方式分布,且两穿孔间的间距介于0.1-5mm之间。
本发明的再一目的是提供一种石墨基板堆栈结构,其特点是,其包括上述方法制成的人工石墨片、基层、至少一导电层及至少一绝缘层,该基层位于该人工石墨片下方,并由金属、树脂或木材纤维所构成;该导电层位于该人工石墨片上方,并由导电材料所构成;该绝缘层对应该导电层,且该绝缘层贴附于该导电层与该人工石墨片之间,并由绝缘复合材料所构成。
所述基层与该人工石墨片之间进一步设有附加绝缘层。
所述导电层由可导电的金属材料制成,该绝缘层由热硬化性树脂材料或高分子树脂材料制成。
藉此,本发明的人工石墨片透过贯孔步骤在PI膜(10-200um)或人工石墨片(10-200um)上开设穿孔所构成的孔状结构,可增加人工石墨片的热扩散面积及透气性,使热扩散、热传导之功能优于现有的石墨片;且可利用穿孔形成可提供膨胀或压缩的空间,无论是在升温的过程或后续压合成散热基板的过程,均可提高生产良率及平整性。
再者,利用附有孔状结构的人工石墨片,可妥善地适用于热电分离的电子产品,且在应用的过程中,可透过穿孔增加所贴附树脂层的附着性,及减少后续加工时石墨薄片容易碎裂的问题。
藉此,本发明的人工石墨片所组成的石墨基板,不仅可适用于热电分离的电子产品,并具有下述特点:
1. 拥有高导热系数,且水平导热系数高,热均性佳,助于高基板整体的散热性;
2. 热膨胀系数低,生产制程稳定,良率高;
3. 热传导效能优于铝或铜基板,且热阻低于铝或铜基板;
4. 藉由效能提升缩小产品体积,有效降低硬件设计与组装的成本;
5. 透过高效率的导热与散热,提高产品的寿命与使用的稳定性。
以下,为能对本发明有进一步地了解,特以一实施例,并配合图式、符号详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例的流程方块图。
图2与图3为其它可行实施例的流程方块图。
图4为本发明实施例堆栈状态示意图。
图5为本发明的人工石墨片的外观示意图。
图5a是图5中A的放大图。
图6为本发明的人工石墨片的局部结构俯视示意图。
图6a及图6b分别为其它可行实施例的人工石墨片的局部结构示意图。
图7至图10为本发明各实施例的石墨基板堆栈结构示意图。
符号说明:
S1堆栈步骤 S2第一升温步骤
S3第二升温步骤 S4滚压、成型
S0、S5贯孔步骤 P PI膜
10石墨盒 11石墨板
12天然石墨尘纸 13预设空间
20人工石墨片 21穿孔
d间距 3石墨基板
30基层 31绝缘层
32导电层 33附加绝缘层
34灌注孔 35灌注材。
具体实施方式
请参阅图1,可知本发明实施例人工石墨片的制造方法的主要流程包括有堆栈步骤S1、第一升温步骤S2、第二升温步骤S3及滚压、成型S4等过程;当然,在堆栈前,会先选取预定的素材PI膜(聚酰亚胺薄膜),经裁切成为预设的尺寸规格,再进入堆栈步骤S1,其中,上述所采用的素材PI膜厚度以介于10-200um之间为佳。
堆栈步骤S1,其主要是将PI膜与天然石墨尘纸交叉堆栈,使每一PI膜介于二天然石墨尘纸之间;对于堆栈的态样,可一并参阅图4,其是将PI膜20’与天然石墨尘纸12交叉堆栈至一预设的层数或高度,以至少二石墨板11加以分隔并压合于其上、下方,并置于石墨盒10中形成固定,且堆栈的高度略低于石墨盒10的纵深,让石墨盒10中预留有可供后续升温加工时产生膨胀的预设空间13。
堆栈步骤S1完成后,先执行第一升温步骤S2,其是将堆栈完成的石墨盒10送入低温升温炉中,经过1000-1200℃阶段性升温进行碳化作业,使PI膜20’产生碳化反应成为半成品;第一升温步骤S2完成后,执行第二升温步骤,其是取出半成品再送入高温升温炉中,经过2500-3000℃阶段性升温进行石墨化作业,使半成品产生石墨化反应成为人工石墨片20,完成后取出,将堆栈结构分解,再经滚压、成型等过程,即为完成品人工石墨片20。其中,经石墨化的完成品的人工石墨片的厚度亦以10-200um之间为较佳。
在一可行的实施例中,升温炉可为电阻式或感应式的升温炉,碳化反应所采用的升温炉为低温碳化炉,而石墨化反映所采用的升温炉为高温石墨化炉。
请一并参阅图2、图3及图5,于本实施例的制程中,可进一步增加一贯孔步骤S0、S5,其是于PI膜20’或人工石墨片20上开设有数个孔径介于0.1-1mm穿孔21。如图2所示,其贯孔步骤S0是于堆栈步骤S1前先行贯孔作业,其所开设的穿孔21可提供烧结时膨胀所需的空间,提高生产良率及升温反应后的人工石墨片20的平整性,因此,升温反应后的穿孔21将具有5-15%的收缩比,例如PI膜的贯孔为1mm,于升温反应成人工石墨片20后穿孔21孔径将收缩为0.85-0.95mm;而如图3所示,则是于第二升温步骤S2完成后在执行贯孔作业,则可准确控制穿孔21的尺寸,保持相对稳定的热扩散及透气性。
藉此,透过贯孔步骤S0、S5在PI膜20’或人工石墨片20上开设穿孔21所构成的孔状结构,可增加人工石墨片20的热扩散面积及透气性,使热扩散、热传导的功能优于现有的石墨片;且可利用穿孔20形成可提供膨胀或压缩的空间,无论是在升温的过程或后续压合成散热基板的过程,均可提高生产良率及平整性。
在一可行的实施例中,贯孔步骤S0、S5所开设的穿孔21(或人工石墨片20所开设的穿孔21),可呈数组(如图6所示)或斜交(如图6a所示)的方式分布,且两穿孔21间的间距d介于0.1-5mm之间。再者,该些穿孔21除圆形外,亦可采用直径介于0.1-1mm的圆内(外)切的多边形穿孔21,如图6b所示,该可行实施例的人工石墨片20的穿孔21为圆内切的六边形穿孔21。
再请参阅图7,其是利用前述人工石墨片20进一步加工制成石墨基板3的堆栈结构示意图,其包括有人工石墨片20、基层30、至少一导电层31及至少一绝缘层32;其中,基层30位于人工石墨片20下方,且可由金属、树脂或木材纤维所构成;导电层31位于人工石墨片20上方,且由导电材料所构成;绝缘层32对应于该导电层31,贴附于导电层31的下方,且由绝缘复合材料所构成。
如图7所示的石墨基板3的堆栈结构,为单层石墨基板3的态样,当然,如图8所示,依需求可进一步于基层30与人工石墨片20之间可增设有一附加绝缘层33形成单层石墨基板3的另一实施态样,该附加绝缘层33的材质同于绝缘层31,可由绝缘复合材料所构成。
此外,依需求亦可于人工石墨片20上方设有数导电层32,形成多层的石墨基板3结构;如图9所示,其是于人工石墨片20上方迭设有二导电层32,每一导电层32下方均有与其相对应的绝缘层31,藉此构成双层的石摸基板3堆栈结构。
再者,如图10所示,石墨基板3可进一步于最上方的导电层32及与其对应的绝缘层31处开设有至少一灌注孔24,并于其中注有灌注材25,藉以配合电子设备电路的架构,并可增强石墨基板3纵向的热传导能力;其中,灌注材25可为铜浆、银浆、树脂或电镀铜。
于本发明各可行实施例中,绝缘层31的材质可为热硬化性树脂或高分子树脂,导电层31的材质可为导电的金属材料(如:铜箔)。此外,基层30、绝缘层31及导电层32可依实际需求选用适当的材料,并配置适宜的厚度,其中,根据材料成本与导热性能相比,较佳的基层30配置可为厚度介于10-3000um之间的金属铝、厚度介于10-175um之间的金属铜、厚度介于10-3000um之间的树脂或厚度介于10-200um之间的木材纤维,较佳的绝缘层31可为厚度介于10-130um之间的PP(prepreg)材,较佳的导电层32可为厚度介于10-175um之间的金属铜。
综上所述,其为本发明的实施态样详细说明而已,并非用以限定本发明。本发明的专利范围应以后述的申请专利范围为准,举凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与简单修饰,皆为本发明专利范围所涵盖。
Claims (8)
1.一种人工石墨片的制造方法,其特征在于,该方法是以PI膜为素材制成人工石墨片,包括下列步骤:
堆栈步骤,其是将PI膜与天然石墨尘纸交叉堆栈,使每一PI膜介于二天然石墨尘纸之间;利用至少二石墨板加以分隔并压合于所述交叉堆栈的PI膜与天然石墨尘纸的至少上、下方,再利用石墨盒容纳并固定,并于石墨盒中留有可供膨胀的预设空间,;第一升温步骤,其是将堆栈后的PI膜阶段性升温至1000-1200℃,使PI膜碳化为半成品;
第二升温步骤,其是将碳化后的半成品维持堆栈状态,并阶段性升温至2500-3000℃,使半成品石墨化成人工石墨片。
2.如权利要求1所述的人工石墨片的制造方法,其特征在于,所述堆栈步骤前进一步包含贯孔步骤,其是于PI膜上开设有数个孔径介于0.1-1mm的穿孔。
3.如权利要求1所述的人工石墨片的制造方法,其特征在于,所述第二升温步骤后进一步包含贯孔步骤,其是于人工石墨片上开设有数个孔径介于0.1-1mm的穿孔。
4.如权利要求2或3所述的人工石墨片的制造方法,其特征在于,所述穿孔呈数组或斜交的方式分布,且该两穿孔间的间距介于0.1-5mm之间。
5.如权利要求1至3中任一项所述的人工石墨片的制造方法,其特征在于,所述第一升温步骤及该第二升温步骤采电阻式或感应式的升温炉进行阶段性升温。
6.一种石墨基板堆栈结构,其特征在于,其包括权利要求2至3中任一项所述方法制造的人工石墨片、基层、至少一导电层及至少一绝缘层,该基层位于该人工石墨片下方,并由金属、树脂或木材纤维所构成;该导电层位于该人工石墨片上方,并由导电材料所构成;该绝缘层对应该导电层,且该绝缘层贴附于该导电层与该人工石墨片之间,并由绝缘复合材料所构成;最上方的导电层及与其对应的绝缘层处开设有至少一灌注孔。
7.如权利要求6所述的石墨基板的堆栈结构,其特征在于,所述基层与该人工石墨片之间进一步设有附加绝缘层。
8.如权利要求6所述的石墨基板的堆栈结构,其特征在于,所述导电层由可导电的金属材料制成,该绝缘层由热硬化性树脂材料或高分子树脂材料制成。
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