CN106626583A - 一种极薄散热膜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极薄散热膜及其制备方法，本发明涉及电子材料领域。该散热膜包括上保护膜层；下保护膜层；以及位于所述上保护膜和下保护膜层之间的至少一个散热层组，其中，所述散热层组包括散热金属膜层和叠加在所述散热金属膜层上的用于横向传热的散热胶膜层，本申请的散热膜操作简单，形成的膜层轻薄致密，适用于各种电子产品和通信设备。

Description

一种极薄散热膜及其制作方法

技术领域

本发明属于电子材料领域，特别涉及一种极薄散热膜及其制作方法。

背景技术

随着电子行业的快速发展，手机的小、轻、薄发展，显示面板的更新换代，特别是OLED的兴起，要求所有内部材料皆具有柔性，耐受弯折性，而且要薄、轻、易于加工、低成本，尤其对散热的要求越来越高。

目前主要还是使用石墨材料(包括人工石墨、天然石墨及石墨烯)，通过粘合剂粘合制成。石墨材料导热非常优秀，但很难直接加工使用，一般需要借助胶粘剂粘合使用，增加低导热系数的胶粘层(一般导热系数低于1W/K/m)后必然导致热阻大幅增加，从而使得石墨材料的优异导热性能被遮蔽。同时，石墨材料压制产品很难做到超薄且耐受弯折，因此其本身不具有柔性性能，而且石墨压制材料的冲切非常困难不利于使用，良品率较低。

发明内容

本发明的目的是克服以上现有技术的问题，利用石墨材料和部分金属材料的优秀导热散热性能，实现了散热的点面结合、均衡传导、热传导取向等世界难题，制作成具有叠层结构的极薄散热膜，克服了传统散热材料的缺点，本发明所生产的散热膜同时具有柔性、超薄、高导热散热性能、耐弯折、屏蔽、易于加工使用等诸多优点。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种极薄散热膜，包括：上保护膜层；下保护膜层；还包括：

位于所述上保护膜层和下保护膜层之间的至少一个散热层组；

其中，所述散热层组包括散热金属膜层和叠加在所述散热金属膜层上的用于横向传热的散热胶膜层；

其中，所述散热胶膜层的原料包括磁性化的高导热粉体与树脂。

尤其是，所述散热胶膜层的原料还包括稀释剂和助剂。

其中，所述上保护膜层与下保护膜层的成分可以是表面涂布硅胶、聚氨酯、丙烯酸酯、聚酰亚胺等聚酯树脂或其改性树脂的PET或PEN或PI或PVDF或BOPP等高分子薄膜，上保护膜层与下保护膜层可以保护散热层组不被划伤、腐蚀或氧化。

其中，所述上保护膜层与下保护膜层是采用复合工艺复合在散热层组的上表面和下表面。

特别是，所述磁性化的高导热粉体是在高导热粉体表覆盖磁性材料形成的。

其中，所述的高导热粉体选自石墨材料粉体、导热金属粉体、金属氮化物、碳化硅或碳纳米管中的一种或多种。

优选地，所述高导热粉体为石墨材料粉体。

其中，所述石墨材料为天然石墨、人工石墨或石墨烯中的一种。

由于石墨材料具有片状结构，有极其优秀的横向传热性能，因而本申请优选地采用石墨材料作为高导热粉体材料。

其中，所述磁性材料选自镍、钴、铁中的一种。

优选地，所述磁性材料为镍。

其中，所述树脂为聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、硅胶树脂、丙烯酸酯、聚酰亚胺等高分子树脂或其改性树脂体系。

其中，当所述散热层组为多个时，散热层组之间还包括胶黏层。

其中，所述胶黏层为超薄PET丙烯酸粘胶带。

其中，所述的散热金属膜层为导热系数为150w/m·k以上的金属箔。

其中，所述金属箔可以选自任意一种可以实现传热功能的金属箔。

优选地，所述金属箔选自金、银、铜、铝或其合金箔中的一种。

优选地，所述金属箔为铜箔。

特别是，所述叠加在散热金属膜层上的散热胶膜层是在磁场力的作用下，精密涂布形成的。

其中，所述稀释剂是去离子水或溶剂，使树脂与磁性化的高导热粉体呈液态，具备流动性，易于涂布及磁性化的高导热粉体在磁力作用下易于取向。

其中，所述溶剂为丁酮、丙酮、乙酯、丁酯或PMA等挥发性有机溶剂中的一种。

当选用去离子水作为稀释剂制备散热胶膜时，可以得到更为环保的散热膜材料。

其中，所述助剂是表面活性剂或固化剂，使粉体表面形成亲水层，易于混合。

优选地，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，例如烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪酸钠、烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、油酰甲基牛黄酸钠等。

其中，所述固化剂为异氰酸酯、酸酐、氨基树脂中的一种或一种以上。

其中，所述高导热粉体、磁性材料、树脂、稀释剂、助剂的比例为50-85：5-20：5-30：100：0.1-2。

尤其是，所述散热金属膜层的厚度为0.1μm-200μm。

尤其是，所述散热胶膜层的厚度为1μm-30μm。

为实现发明的目的，本发明第二方面提供一种将第一方面提供的散热膜用于制备包括吸波材料、防震材料、遮光胶带成分的多功能结构膜。

其中，所述多功能结构膜是以第一方面提供的散热膜组为基膜，采用复合工艺将吸波材料、防震材料、遮光胶带复合在上保护膜层与散热层组之间所形成的多功能结构膜。

为实现本发明的目的，本发明第三方面提供一种散热膜的制备方法，包括：

将磁性材料附着在高导热粉体表面，得到磁性化的高导热粉体；

向磁性化的高导热粉体中加入树脂、助剂和稀释剂，均匀后得到散热胶膜浆料；

在散热金属膜与浆料的接触处设置磁场，通过控制磁场力将散热胶膜浆料定向排列在散热金属膜表面形成一个散热层组；

采用复合工艺，将上保护膜层与下保护膜层复合在散热层组的上下表面，得到散热膜。

其中，所述将磁性材料附着在高导热粉体表面是通过包括但不限于水热法、化学镀、湿式加压氢还原法、化学沉积法中的一种实现的。

其中，所述磁性化的高导热粉体与树脂、稀释剂、助剂的比例为50-95：5-30：100：0.1-2。

其中，所述的高导热粉体选自石墨材料粉体、导热金属粉体、金属氮化物、碳化硅或碳纳米管中的一种或多种。

优选地，所述高导热粉体为石墨材料粉体。

其中，所述石墨材料是天然石墨、人工石墨或石墨烯中的一种。

优选地，当高导热粉体为石墨材料粉体时，采用羰基法将磁性材料覆盖在石墨材料上。

其中，所述磁性材料选自镍、钴、铁中的一种。

优选地，所述磁性材料为镍。

其中，所述树脂为聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、硅胶树脂、丙烯酸酯、聚酰亚胺等高分子树脂或其改性树脂体系。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

本发明充分兼顾优秀的散热性能、耐受弯折、易于冲切、实现超薄等特点，创造性的利用石墨材料和部分金属材料的优秀导热散热性能，真正意义上体现了点面结合、均衡传导、热传导取向等世界难题，制作成具有叠层结构的极薄散热膜，克服了传统散热材料的缺点，本发明所生产的散热膜同时具有柔性、超薄、高导热散热性能、耐弯折、屏蔽、易于加工使用等诸多优点，为独一无二的新型散热材料。

附图说明

图1为本发明实施例1的极薄散热膜的结构示意图；

图2为本发明实施例2的极薄散热膜的结构示意图；

图3为本发明实施例3的极薄散热膜的结构示意图；

图4为本发明应用实施例1的OLED膜的结构示意图；

图5为本发明应用实施例2的OLED膜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

如图1所示，本发明的极薄散热膜从内到外依次包括散热层组1、保护膜层2，其中，散热层组包括散热胶膜层11、散热金属膜层12。

1.制作散热层组

1.1散热胶膜层的制备

1)磁性化高导热粉体的制备

利用本领域常规使用的羰基法将具有磁性的镍覆盖在石墨粉表面，形成镍包石墨的粉状材料。即在常压和40-100℃的条件下,一氧化碳与活性金属镍反应，生成羰基镍，再将已经形成的羰基镍循环反复地通过热分解器，使羰基物不断在原有的石墨粉末颗粒表面上进行分解沉积，制造出高纯镍包覆石墨粉，而不改变石墨粉的形态，其中，镍与石墨的重量份比例为12.5:72.5，其中，热分解器的温度为羰基镍生成一氧化碳与活性金属镍的反应温度，即150-300℃。

其中，镍与石墨的重量份比在5-20:50-85的范围内都可以实现本发明的技术目的，例如镍可以是5份、8份、10份、12份、15份、17份、20份等，石墨可以是50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份等。

其中，镍还可以使用钴、铁替代。

其中，石墨材料可以是天然石墨、人工石墨或石墨烯中的一种，其可以用导热金属粉体、金属氮化物、碳化硅或碳纳米管替代。

2)浆料树脂的制备

将聚氨酯树脂与乙酯、阴离子表面活性剂按照重量份配比为25：75：0.1进行混合，得到浆料树脂。

其中，聚氨酯树脂与乙酯、阴离子表面活性剂的重量份配比在5-30：100：0.1-2的范围内都可以实现本发明的技术目的，例如聚氨酯树脂的的重量份可以是5份、10份、15份、20份、25份、30份等，阴离子表面活性剂的重量份可以是0.1份、0.2份、0.5份、0.7份、1.1份、1.5份、1.7份、2.0份等。

其中，聚氨酯树脂还可以使用聚酯树脂、环氧树脂、硅胶树脂、丙烯酸酯、聚酰亚胺等高分子树脂或其改性树脂体系替代。

其中，乙酯还可使用丁酮、丙酮、丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯或均苯四甲酸替代。

其中，阴离子表面活性剂在本申请中不受限制，可以是任一一种可以改变物质表面活性的物质，例如烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪酸钠、烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、油酰甲基牛黄酸钠、有机硅氧烷等。

3)散热膜浆料的制备

向浆料树脂中加入重量份为50-85的镍包覆石墨粉进行掺杂混合，制成具有磁性和导磁性的液态散热膜浆料。

1.2散热层组的制备

选择厚度为10.8μm的铝箔作为散热金属膜层，在磁场力的作用下将液态散热膜浆料精密涂布在散热金属膜层表面，在进行涂布前，需在涂布头处加装线圈，使用直流电源输出电压500V，电流采用直流电源控制在30A以内，在液态散热膜浆料与铝箔的接触处形成磁场，使接触面处于磁场力的范围内，进行涂布时，通过调控电流大小使具有磁性的液体散热浆料在铝箔表面形成致密的散热膜层，涂布完成后，烘干形成的散热膜层，烘干采用温度逐渐升高的方式，使温度依次升高到60℃、80℃、110℃、130℃、140℃，最终达到150℃，从而避免散热组层出现龟裂等不良现象，烘干时间为2分钟，最终得到散热胶膜层与散热金属膜叠加在一起的散热层组。其中，本申请采用磁场控制的方式还可以调整散热胶膜层中高导热粉体成膜的排列取向，使铝箔上的散热胶膜具有优异的横向和纵向散热性能，实现了点面结合、双向传导、热传导取向等技术效果。

其中，铝箔还可以使用金、银、铜或其合金箔中的一种替代。

经测量，涂布完成后的散热胶膜层的厚度为4μm。

2.叠加保护膜层：

采用冷复合工艺的方式将涂覆有硅胶的PET保护膜复合在上述散热层组的上下表面，形成上/下保护膜层。

3、性能测定

1)散热效能的测定

在尺寸为250mm*180mm*10mm的恒温箱内底部设置一个尺寸为10mm*10mm的热源，散热材料位于恒温箱盖上表面，并在散热材料上设置用于测定散热材料的温度探头，机壳位于散热材料上，并在机壳上设置一个温度传感器，用于测量位于散热材料上的机壳温度，在恒温箱内设置用于测定热源的温度探头，以便控制热源恒温。测定时，热源温度处于70±0.5℃的恒温状态时，即可开始观察和记录位于机壳上的温度探头所显示的温度及位于散热材料上的温度探头，观察记录时长为30-60min，结果如表1。

2)屏蔽效能的测定

根据标准SJ20524-1995《材料屏蔽效能的测试方法》，对按照该方法制得的吸波导磁屏蔽膜的屏蔽效能进行测试，测试结果见表1。

3)耐弯折性能测定

根据JIS C 5016-8.7的柔性电路板(FPC)可靠性测试标准对其耐弯折次数进行测定，当待测样本的耐弯折次数1000次以上且膜面没有龟裂及脱落现象即为合格，测试结果见表1。

实施例2

如图2所示，本发明的极薄散热膜从内到外依次包括胶黏层3、散热层组1、保护膜层2。

1.制作散热层组

1.1散热胶膜层的制备

1)磁性化高导热粉体的制备

利用本领域常规使用的羰基法将具有磁性的镍覆盖在石墨粉表面，形成镍包石墨的粉状材料。即在常压和40-100℃的条件下,一氧化碳与活性金属镍反应，生成羰基镍，再将已经形成的羰基镍循环反复地通过热分解器，使羰基物不断在原有的石墨粉末颗粒表面上进行分解沉积，制造出高纯镍包覆石墨粉，而不改变石墨粉的形态，其中，镍与石墨的重量份比例为12.5:72.5，其中，热分解器的温度为羰基镍生成一氧化碳与活性金属镍的反应温度，即150-300℃。

其中，镍与石墨的重量份比在5-20:50-85的范围内都可以实现本发明的技术目的，例如镍可以是5份、8份、10份、12份、15份、17份、20份等，石墨可以是50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份等。

其中，镍还可以使用钴、铁替代。

其中，石墨材料可以是天然石墨、人工石墨或石墨烯中的一种，其可以用导热金属粉体、金属氮化物、碳化硅或碳纳米管替代。

2)浆料树脂的制备

将聚氨酯树脂与去离子水、阴离子表面活性剂按照重量份配比为25：75：2进行混合，得到浆料树脂。

其中，聚氨酯树脂与去离子水、阴离子表面活性剂的重量份配比在5-30：100：0.1-2的范围内都可以实现本发明的技术目的，例如聚氨酯树脂的的重量份可以是5份、10份、15份、20份、25份、30份等，阴离子表面活性剂的重量份可以是0.1份、0.2份、0.5份、0.7份、1.1份、1.5份、1.7份、2.0份等。

其中，聚氨酯树脂还可以使用聚酯树脂、环氧树脂、硅胶树脂、丙烯酸酯、聚酰亚胺等高分子树脂或其改性树脂体系替代。

其中，阴离子表面活性剂在本申请中不受限制，可以是任一一种可以改变物质表面活性的物质，例如烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪酸钠、烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、油酰甲基牛黄酸钠、有机硅氧烷等。

3)散热膜浆料的制备

向浆料树脂中加入重量份为50-85的镍包覆石墨粉进行掺杂混合，制成具有磁性和导磁性的液态散热膜浆料。

1.2散热层组的制备

选择厚度为12.5μm，导热系数为400w/m·k的铜箔作为散热金属膜层，在磁场力的作用下将液态散热膜浆料精密涂布在散热金属膜层表面，在进行涂布前，需在涂布头处加装线圈，使用直流电源输出电压500V，电流采用直流电源控制在30A以内，在液态散热膜浆料与铜箔的接触处形成磁场，使接触面处于磁场力的范围内，进行涂布时，通过调控电流大小使具有磁性的液体散热浆料在铜箔表面形成致密的散热膜层，涂布完成后，烘干形成的散热膜层，烘干采用温度逐渐升高的方式，使温度依次升高到60℃、80℃、110℃、130℃、140℃，最终达到150℃，从而避免散热组层出现龟裂等不良现象，烘干时间为2分钟，最终得到散热胶膜层与散热金属膜叠加在一起的散热层组。其中，本申请采用磁场控制的方式还可以调整散热胶膜层中高导热粉体成膜的排列取向，使铜箔上的散热胶膜具有优异的横向和纵向散热性能，实现了点面结合、双向传导、热传导取向等技术效果。

其中，铜箔还可以使用金、银、铝或其合金箔中的一种替代。

经测量，涂布完成后的散热胶膜层的厚度为3μm。

2、重复1.2的步骤制备另一个散热层组，并利用超薄PET丙烯酸粘胶带将两个散热层组进行复合，得到两个叠加的散热层组。

3.叠加保护膜层，采用冷复合工艺的方式将涂覆有硅胶的PET保护膜复合在上述散热层组的上下表面，形成上/下保护膜层。

4、性能测定方法与实施例1的步骤相同。

实施例3

如图3所示，本发明的极薄散热膜从内到外依次包括散热层组1、胶黏层3、散热层组1、保护膜层2。

除重复实施例2的步骤2的制备三个叠加的散热层组之外，其它步骤均与实施例1相同。

对比例

以日本某品牌的散热膜为对比例，测定其散热效果，测定方法与实施例1相同，以突显本发明的优异效果。

表1实施例1-3制得的散热效果测试结果

根据表1所示的检测结果可知，本申请制得的散热膜的厚度均小于日本某品牌的散热膜、而且使用本申请的散热膜温度均降低6℃以上，而日本某品牌的温度仅降低了3℃，可见本申请的散热效果优于日本某品牌的散热效果，此外本申请散热膜在经过超过1000次的135°弯折后，仍然可以恢复到初始状态，毫无龟裂及脱落现象，而日本某品牌在经过小于100次的135°弯折就已裂开，可见本申请的散热膜不但散热效能好而且其抗曲折效果优于日本某品牌，此外，根据本申请的屏蔽效能也优于日本某品牌的效果。

应用实施例1用于制备OLED散热膜

如图4所示，利用本申请的散热层组制成的OLED散热膜从上到下包括，通过复合工艺将保护膜层S1、遮光胶带S2(PET/PEN/PI/PP/PE等高分子薄膜表面涂以胶黏剂制成的黑色胶带，遮光胶带主要用于遮光及粘接)、泡棉防震层S3(可以是由聚氨酯、乳胶、聚乙烯、PP/PS三元乙丙，SBS、硅胶等树脂发泡体系或其改性发泡体系经发泡工艺制成)、胶黏层S4、散热层组1、胶黏层S4、离型膜层逐层复合(贴合)在所制成的散热膜上组成多功能结构膜。

应用实施例2用于制备具有吸波材料的OLED散热膜

如图5所示，利用本申请的散热层组制成的具有吸波材料的OLED散热膜从上到下包括，通过复合工艺将保护膜层S1、遮光胶带S2(PET/PEN/PI/PP/PE等高分子薄膜表面涂以胶黏剂制成的黑色胶带，遮光胶带主要用于遮光及粘接)、泡棉防震层S3(可以是由聚氨酯、乳胶、聚乙烯、PP/PS三元乙丙，SBS硅胶等树脂发泡体系或其改性发泡体系经发泡工艺制成)、胶黏层S4、吸波材层S5、胶黏层S4、散热层组1、胶黏层S4、离型膜层逐层复合(贴合)在所制成的兼具散热、吸波、防震、遮光等功能于一身。

以现有技术所使用的OLED散热膜为对照，对应用实施例1-2方法制得的OLED散热膜和现有技术所用的OLED散热膜进行散热效果、吸波效果、防震效果、遮光效果进行测试，测试结果见表2。

表2实施例1制得的OLED散热膜屏蔽效果测试结果

根据表2的检测结果可知，利用本申请的散热层组制备OLED散热膜不仅膜厚度较小，而且散热效果远高于现有技术所使用的OLED散热膜，而且，相对于对照，利用本申请的散热层组制备OLED散热膜的遮光效果都没有受到影响，反而增强了吸波效果。

Claims (10)

1.一种极薄散热膜，包括：

上保护膜层；

下保护膜层；

其特征在于，还包括：

位于所述上保护膜层和下保护膜层之间的至少一个散热层组；

其中，所述散热层组包括散热金属膜层和叠加在所述散热金属膜层上的用于横向传热的散热胶膜层；

其中，所述散热胶膜层的原料包括磁性化的高导热粉体与树脂。

2.如权利要求1所述的极薄散热膜，其特征在于，所述散热层组为多个时，散热层组之间还包括胶黏层。

3.如权利要求1所述的极薄散热膜,其特征在于，所述的散热金属膜层为导热系数为150w/m·k以上的金属箔。

4.如权利要去1所述的极薄散热膜，其特征在于，所述叠加在散热金属膜层上的散热胶膜层是在磁场力的作用下，精密涂布形成的。

5.如权利要求1所述的极薄散热膜，其特征在于，所述磁性化的高导热粉体是在高导热粉体表覆盖磁性材料所形成的。

6.如权利要求5所述的极薄散热膜，其特征在于，所述的高导热粉体选自石墨材料粉体、导热金属粉体、金属氮化物、碳化硅或碳纳米管中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的一种极薄散热膜，其特征在于，所述散热金属膜层的厚度为0.1μm-200μm。

8.如权利要求1所述的一种极薄散热膜，其特征在于，所述散热胶膜层的厚度为1μm-30μm。

9.一种制备权利要求1所述的极薄散热膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将磁性材料附着在高导热粉体表面，得到磁性化的高导热粉体；

向磁性化的高导热粉体中加入树脂、助剂和稀释剂，混合均匀后得到散热胶膜浆料；

在散热金属膜与浆料的接触处设置磁场，通过控制磁场力将散热胶膜浆料定向排列在散热金属膜表面，形成一个散热层组；

采用复合工艺，将上保护膜层与下保护膜层复合在散热层组的上下表面，得到散热膜。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述散热层组为两个以上时，散热层组之间利用胶黏层进行叠加复合。