CN108235677A - 一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子材料领域，公开了一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片及其制备方法。将非晶纳米晶带材在550～650℃温度下热处理，得到厚度为7～22μm的纳米晶带材；在所得纳米晶带材的单面或双面使用厚度为3～5μm的导热双面胶进行复胶处理，然后将纳米晶带材碎化为间隙为0.1～5μm的不连续单体，最后将多层碎化后的纳米晶带材层压复合，得到所述超薄散热性能优良的磁场屏蔽片。本发明的方法可以将纳米晶带材做到更薄，由传统的25μm以上降低至7～22μm，并进一步采用金属箔或者石墨片进行包边处理，显著降低了磁场屏蔽片的厚度并提高了散热性能。

Description

一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片及其制备方法
技术领域
本发明属于电子材料领域，具体涉及一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片及其制备方法。
背景技术
无线充电模组由发射端和接受端两部分构成，无论在发射端还是接收端，都会使用线圈(金属丝绕线线圈或者柔性线路板线圈)和隔磁材料。其中隔磁材料是用来隔绝无线充电模组对外界的干扰，减少无线充电的电磁场对其它金属部件的干扰。同时隔磁材料因优异的磁性性能能提升无线充电模组的充电效率，减少因对外界干扰引起的涡流损耗发热等等问题。
隔磁材料有很多种，通常以树脂类吸波材料，铁氧体，非晶材料以及纳米晶材料为主。树脂类吸波材料，磁导率低，磁饱和强度低下，导热系数低下，无法满足无线充高规格的要求。铁氧体材料对温度敏感，磁饱和强度相对低下，同时自身物理韧性极差，非常不利于加工。非晶材料磁滞损耗相对较大，无线充电效率较低。纳米晶材料的磁导率高，磁饱和强度高，随温度上升磁性性能不明显衰减，是非常适用于无线充电领域的材料。
随着电子消费品变得越来越纤薄，对隔磁材料的厚度也提出了更高的要求。同时，以手机为例的电子消费品，对发热问题也特别关心。传统的隔磁材料在厚度及散热性能上已经不能满足客户日益增长的要求。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的超薄散热性能优良的磁场屏蔽片。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将非晶纳米晶带材在550～650℃温度下热处理30～100min，得到厚度为7～22μm的纳米晶带材；
(2)在步骤(1)所得纳米晶带材的单面或双面使用厚度为3～5μm的导热双面胶进行复胶处理；
(3)将步骤(2)所得复胶处理后的纳米晶带材进行碎化处理，将纳米晶带材碎化为间隙为0.1～5μm的不连续单体；
(4)将步骤(3)处理后的纳米晶带材在导热双面胶的黏合作用下多层压合，得到所述超薄散热性能优良的磁场屏蔽片。
进一步地，步骤(1)中所述非晶纳米晶带材的成分组成为：Fe 75～90wt.％，Si 5～10wt.％，B 1～10wt.％，Cu 1～5wt.％，Nb 3～10wt.％，其它0～5wt.％。
进一步地，步骤(2)中所述的导热双面胶由高分子聚合物中添加纳米陶瓷导热填料、纳米金属导热填料、碳纳米管或石墨烯制成。所述导热双面胶在保持3～5μm厚度的同时，可以达到0.5W/(m·k)以上的导热系数(普通双面胶导热系数为0.2W/(m·k)左右)。
进一步地，步骤(3)中所述碎化处理采用上下花辊错位碾压完成。如通过一组上下两个的花纹钢棍，下钢棍为固定高度，上钢棍为斜块控制上下高度，两辊之间通过弹簧实现非工作状态下的分离；加工时通过数显仪表可以调整上钢棍斜块的高度，进而精确控制上下两个钢棍之间的间隙；通过精确控制压合钢棍的间隙，可以精确控制复胶处理后的纳米晶带材的碾压程度，形成具有精确裂纹间隙的效果。
碎化处理可提升纳米晶带材的电阻率，降低本身的涡流损耗。为了获得更优的磁导率和导热散热效果，需要对碎化的程度进行控制，碎化后各单体间隙为0.1～5μm，更优选的间隙为0.1～3μm。
进一步地，步骤(4)中所述压合的压力为0.1～2MPa。对碎化后的纳米晶带材及复合的胶进行复合压合，部分导热双面胶流动到碎化缝隙，增加各碎化单体间的电阻率，同时通过复合压合降低材料整体的厚度。压力控制为0.1～2MPa避免将碎化缝隙加大。过大的缝隙将会降低宏观磁导率，同时降低材料本身的热传递，不利于系统的散热。典型的复合后缝隙大小应控制在3μm以下。
进一步地，步骤(4)中所得磁场屏蔽片进一步使用散热保护膜包边处理，散热保护膜的厚度为5～15μm。所述散热保护膜是指金属箔或石墨片，所述包边处理是指对磁场屏蔽片的至少一面进行包覆。本发明包边处理在结构上相对传统方案更可靠，可防止断面因环境水汽侵入导致老化，同时防止碎化的纳米晶碎片从断面掉出形成导电性异物。另外散热保护膜采用导热率较高的金属箔或石墨片，具有良好的散热功能，同时金属箔或石墨片也能提升抗电磁干扰的性能。
一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片，通过上述方法制备得到。
本发明所得超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的层叠结构示意图举例如图1～5所示。其中图1为最外层均为碎化纳米晶带材的磁场屏蔽片层叠结构；图2为最外层均为导热双面胶的磁场屏蔽片层叠结构；图3为上下面为散热保护膜包边处理后的磁场屏蔽片层叠结构；图4为上面及四侧面为散热保护膜包边处理、最下层为导热双面胶的磁场屏蔽片层叠结构；图5为上下面及四侧面均为散热保护膜包边处理后的磁场屏蔽片层叠结构。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明磁场屏蔽片的厚度相对传统隔磁片更薄。例如，一般4层纳米晶隔磁片总体厚度大约在150～300μm，本发明的4层纳米晶隔磁片总体厚度可以做到80～140μm，相对传统方案得到了较大的降低，非常吻合于以手机为典型案例的电子消费品领域客户日益增长的超薄设计厚度趋势。
(2)本发明通过将非晶纳米晶带材在550～650℃温度下热处理30～100min；热处理条件需要精确控制，非晶态形成纳米晶态后要及时停止热处理，避免晶粒尺寸长大所导致的材料变脆、不好加工的问题；同时更细的纳米晶颗粒可以形成更多的晶体界面，形成更大的电阻，利于降低无线充电的涡流损耗。
(3)本发明的方法可以将纳米晶带材做到更薄，由传统的25μm以上降低至7～22μm，降低纳米晶带材的厚度具备更好的散热性能，在相同材料导热性能情况下，越薄的厚度热阻越小，越有利于热量在垂直方向的释放；并保证了与传统纳米晶带材相当的使用力学强度和更好的磁场屏蔽性能。
(4)本发明将纳米晶带材碎化后各单体间隙控制在0.1～5μm，较小的缝隙减少了缝隙连接处的热阻，优化了整体的散热效果。
(5)本发明采用金属箔或者石墨片对磁场屏蔽片进一步进行包边处理，散热效果得到了进一步的加强。
附图说明
图1为最外层均为碎化纳米晶带材的磁场屏蔽片层叠结构示意图；
图2为最外层均为导热双面胶的磁场屏蔽片层叠结构示意图；
图3为上下面为散热保护膜包边处理后的磁场屏蔽片层叠结构示意图；
图4为上面及四侧面为散热保护膜包边处理、最下层为导热双面胶的磁场屏蔽片层叠结构示意图；
图5为上下面及四侧面均为散热保护膜包边处理后的磁场屏蔽片层叠结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)将非晶纳米晶带材(成分组成为Fe 75～90wt.％，Si 5～10wt.％，B 1～10wt.％，Cu 1～5wt.％，Nb 3～10wt.％，其它0～5wt.％)在560℃温度下热处理30min，得到厚度为18μm的纳米晶带材。
(2)在步骤(1)所得纳米晶带材的一面使用厚度为3μm的导热双面胶(普通PET双面胶中加入陶瓷粉、三氧化二铝等导热填料构成)进行复胶处理。
(3)将步骤(2)所得复胶处理后的纳米晶带材进行碎化处理，碎化处理采用上下花辊错位碾压完成：通过一组上下两个的花纹钢棍，下钢棍为固定高度，上钢棍为斜块控制上下高度，两辊之间通过弹簧实现非工作状态下的分离；加工时通过数显仪表可以调整上钢棍斜块的高度，进而精确控制上下两个钢棍之间的间隙；通过精确控制压合钢棍的间隙，可以精确控制复胶处理后的纳米晶带材的碾压程度，将纳米晶带材碎化为间隙为0.5μm的不连续单体。
(4)将步骤(3)处理后的纳米晶带材在导热双面胶的黏合作用下及0.3MPa压力下多层压合，然后采用厚度为10μm的石墨涂层黑膜进行包边处理，得到总厚度为94μm的超薄散热性能优良的磁场屏蔽片。
对本实施例所得磁场屏蔽片的散热性能及磁场屏蔽性能进行测试：
以充电功率为5w的充电系统为例，使用本实施例的产品进行无线充电。连续充电30分钟，各部件基本达到热平衡后，测试线圈中心和磁场屏蔽片表面5个点(四角及中心)的温度(单位：摄氏度)分布如表1。
表1
线圈中心 磁场屏蔽片角1 磁场屏蔽片角2 磁场屏蔽片角3 磁场屏蔽片角4 磁场屏蔽片中心
45.2 33.1 33.2 33.1 33.3 36.8
同时测试本实施例磁场屏蔽片的无线充电效率为83.1％。
实施例2
本实施例的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)将非晶纳米晶带材(成分组成为Fe 75～90wt.％，Si 5～10wt.％，B 1～10wt.％，Cu 1～5wt.％，Nb 3～10wt.％，其它0～5wt.％)在650℃温度下热处理100min，得到厚度为20μm的纳米晶带材。
(2)在步骤(1)所得纳米晶带材的一面使用厚度为5μm的导热双面胶(普通PET双面胶中加入陶瓷粉、三氧化二铝等导热填料构成)进行复胶处理。
(3)将步骤(2)所得复胶处理后的纳米晶带材进行碎化处理，碎化处理采用上下花辊错位碾压完成：通过一组上下两个的花纹钢棍，下钢棍为固定高度，上钢棍为斜块控制上下高度，两辊之间通过弹簧实现非工作状态下的分离；加工时通过数显仪表可以调整上钢棍斜块的高度，进而精确控制上下两个钢棍之间的间隙；通过精确控制压合钢棍的间隙，可以精确控制复胶处理后的纳米晶带材的碾压程度，将纳米晶带材碎化为间隙为1μm的不连续单体。
(4)将步骤(3)处理后的纳米晶带材在导热双面胶的黏合作用下及0.3MPa压力下多层压合，然后采用厚度为10μm的石墨涂层黑膜进行包边处理，得到总厚110μm的超薄散热性能优良的磁场屏蔽片。
对本实施例所得磁场屏蔽片的散热性能及磁场屏蔽性能进行测试：
以充电功率为5w的充电系统为例，使用本实施例的产品进行无线充电。连续充电30分钟，各部件基本达到热平衡后，测试线圈中心和磁场屏蔽片表面5个点(四角及中心)的温度(单位：摄氏度)分布如表2。
表2
线圈中心 磁场屏蔽片角1 磁场屏蔽片角2 磁场屏蔽片角3 磁场屏蔽片角4 磁场屏蔽片中心
45.7 32.8 32.6 32.8 32.7 36.7
同时测试本实施例磁场屏蔽片的无线充电效率为83.2％。
实施例3
本实施例的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)将非晶纳米晶带材(成分组成为Fe 75～90wt.％，Si 5～10wt.％，B 1～10wt.％，Cu 1～5wt.％，Nb 3～10wt.％，其它0～5wt.％)在580℃温度下热处理60min，得到厚度为22μm的纳米晶带材。
(2)在步骤(1)所得纳米晶带材的一面使用厚度为5μm的导热双面胶(普通PET双面胶中加入陶瓷粉、三氧化二铝等导热填料构成)进行复胶处理。
(3)将步骤(2)所得复胶处理后的纳米晶带材进行碎化处理，碎化处理采用上下花辊错位碾压完成：通过一组上下两个的镜面钢棍，下钢棍为固定高度，上钢棍为斜块控制上下高度，两辊之间通过弹簧实现非工作状态下的分离；加工时通过数显仪表可以调整上钢棍斜块的高度，进而精确控制上下两个钢棍之间的间隙；通过精确控制压合钢棍的间隙，可以精确控制复胶处理后的纳米晶带材的碾压程度，将纳米晶带材碎化为间隙为1μm的不连续单体。
(4)将步骤(3)处理后的纳米晶带材在导热双面胶的黏合作用下及2MPa压力下多层压合，然后采用厚度为10μm的铜箔进行包边处理，得到所述总厚118μm超薄散热性能优良的磁场屏蔽片。
对本实施例所得磁场屏蔽片的散热性能及磁场屏蔽性能进行测试：
以充电功率为5w的充电系统为例，使用本实施例的产品进行无线充电。连续充电30分钟，各部件基本达到热平衡后，测试线圈中心和磁场屏蔽片表面5个点(四角及中心)的温度(单位：摄氏度)分布如表3。
表3
线圈中心 磁场屏蔽片角1 磁场屏蔽片角2 磁场屏蔽片角3 磁场屏蔽片角4 磁场屏蔽片中心
46.1 32.6 32.4 32.5 32.6 36.9
同时测试本实施例磁场屏蔽片的无线充电效率为82.6％。
实施例4
本实施例的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)将非晶纳米晶带材(成分组成为Fe 75～90wt.％，Si 5～10wt.％，B 1～10wt.％，Cu 1～5wt.％，Nb 3～10wt.％，其它0～5wt.％)在550℃温度下热处理30min，得到厚度为16μm的纳米晶带材。
(2)在步骤(1)所得纳米晶带材的一面使用厚度为3μm的导热双面胶(普通PET双面胶中加入陶瓷粉、三氧化二铝等导热填料构成)进行复胶处理。
(3)将步骤(2)所得复胶处理后的纳米晶带材进行碎化处理，碎化处理采用上下花辊错位碾压完成：通过一组上下两个的花纹钢棍，下钢棍为固定高度，上钢棍为斜块控制上下高度，两辊之间通过弹簧实现非工作状态下的分离；加工时通过数显仪表可以调整上钢棍斜块的高度，进而精确控制上下两个钢棍之间的间隙；通过精确控制压合钢棍的间隙，可以精确控制复胶处理后的纳米晶带材的碾压程度，将纳米晶带材碎化为间隙为0.2μm的不连续单体。
(4)将步骤(3)处理后的纳米晶带材在导热双面胶的黏合作用下及(1MPa)压力下多层压合，然后采用厚度为5μm的石墨涂层黑膜进行包边处理，得到总厚度为81μm的超薄散热性能优良的磁场屏蔽片。
对本实施例所得磁场屏蔽片的散热性能及磁场屏蔽性能进行测试：
以充电功率为5w的充电系统为例，使用本实施例的产品进行无线充电。连续充电30分钟，各部件基本达到热平衡后，测试线圈中心和磁场屏蔽片表面5个点(四角及中心)的温度(单位：摄氏度)分布如表4。
表4
线圈中心 磁场屏蔽片角1 磁场屏蔽片角2 磁场屏蔽片角3 磁场屏蔽片角4 磁场屏蔽片中心
44.9 33.4 33.5 33.5 33.4 37.2
同时测试本实施例磁场屏蔽片的无线充电效率为83.0％。
对比例1
本对比例的一种磁场屏蔽片的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于纳米晶带材厚度为25μm，并使用普通PET保护膜对磁场屏蔽片进行包边处理。
对本对比例所得磁场屏蔽片的散热性能及磁场屏蔽性能进行测试：
以充电功率为5w的充电系统为例，使用本对比例的磁场屏蔽片进行无线充电。连续充电30分钟，各部件基本达到热平衡后，测试线圈中心和磁场屏蔽片表面5个点(四角及中心)的温度(单位：摄氏度)分布如表5。
表5
线圈中心 磁场屏蔽片角1 磁场屏蔽片角2 磁场屏蔽片角3 磁场屏蔽片角4 磁场屏蔽片中心
46.5 31.6 31.5 31.5 31.3 38.7
同时测试本对比例磁场屏蔽片的无线充电效率为82.3％。
对比例2
本对比例的一种磁场屏蔽片的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于非晶纳米晶带材的热处理温度达到670℃，热处理时间为120min。
按照670℃，120min进行热处理后，所得纳米晶带材非常脆，无法成卷制造18μm带材，即使厚度达到20μm的带材也非常难以操作，给产品良率带来极大影响。本对比例使用20μm纳米晶带材对比生产良率如表6：
表6
良率 备注
实施例1热处理条件560℃，30min 96％
对比例2热处理条件670℃，120min 65％ 材料极易出现断裂不良
同时，因过度热处理，纳米晶颗粒变大，对磁性性能也有不利影响。
对本对比例所得磁场屏蔽片的散热性能及磁场屏蔽性能进行测试：
以充电功率为5w的充电系统为例，使用本对比例磁场屏蔽片进行无线充电。连续充电30分钟，各部件基本达到热平衡后，测试线圈中心和磁场屏蔽片表面5个点(四角及中心)的温度(单位：摄氏度)分布如表7。
表7
线圈中心 磁场屏蔽片角1 磁场屏蔽片角2 磁场屏蔽片角3 磁场屏蔽片角4 磁场屏蔽片中心
45.8 32.6 32.8 32.7 32.7 36.8
同时测试本对比例磁场屏蔽片的无线充电效率为82.0％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)将非晶纳米晶带材在550～650℃温度下热处理30～100min，得到厚度为7～22μm的纳米晶带材；
(2)在步骤(1)所得纳米晶带材的单面或双面使用厚度为3～5μm的导热双面胶进行复胶处理；
(3)将步骤(2)所得复胶处理后的纳米晶带材进行碎化处理，将纳米晶带材碎化为间隙为0.1～5μm的不连续单体；
(4)将步骤(3)处理后的纳米晶带材在导热双面胶的黏合作用下多层压合，得到所述超薄散热性能优良的磁场屏蔽片。
2.根据权利要求1所述的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述非晶纳米晶带材的成分组成为：Fe 75～90wt.％，Si 5～10wt.％，B 1～10wt.％，Cu 1～5wt.％，Nb 3～10wt.％，其它0～5wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的导热双面胶由高分子聚合物中添加纳米陶瓷导热填料、纳米金属导热填料、碳纳米管或石墨烯制成。
4.根据权利要求1所述的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述碎化处理采用上下花辊错位碾压完成。
5.根据权利要求1所述的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述纳米晶带材碎化的间隙为0.1～3μm。
6.根据权利要求1所述的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述压合的压力为0.1～2MPa。
7.根据权利要求1所述的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所得磁场屏蔽片进一步使用散热保护膜包边处理，散热保护膜的厚度为5～15μm。
8.根据权利要求7所述的一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片的制备方法，其特征在于：所述散热保护膜是指金属箔或石墨片，所述包边处理是指对磁场屏蔽片的至少一面进行包覆。
9.一种超薄散热性能优良的磁场屏蔽片，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。
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