CN111394709A - 一种镀金属石墨片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及散热片技术领域，具体涉及一种镀金属石墨片及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将铬金属通过磁控溅射方法镀到石墨片上，步骤2、将铜合金靶材上的铜合金通过磁控溅射方法镀到第一石墨片的铬支撑层上；步骤3、将镍金属通过磁控溅射方法镀到所述第二石墨片的铜合金屏蔽层上，得镀金属石墨片。本发明的有益效果在于：所得镀金属石墨片中，镀的合金金属层的导热性能比石墨片厚度方向的导热性能强，相对于没有镀铜或单纯镀铜，既增强石墨散热片厚度方向的导热性又增强了电磁屏蔽性能。铜合金屏蔽层里掺杂铬元素提高铜合金的强度和电磁屏蔽能力，使其具有良好的导电性和导热性，并且使其硬度、抗裂性以及软化温度高。

Description

一种镀金属石墨片及其制备方法
技术领域
本发明涉及散热片技术领域，具体涉及一种镀金属石墨片及其制备方法。
背景技术
随着手机等电子产品逐步转向轻薄化的发展趋势，芯片功耗则越来越大，电子产品的散热问题表现得越来越突出。为了改善电子产品的散热问题，石墨片被普遍地应用于电子产品的设计中。
石墨片是一种在平面方向具有十分高效的热传导能力的一种散热片，当石墨片一端接触热源时，热量能够快速均匀地传导到整个石墨片上。但是，石墨片在厚度方向的热传导能力与散热能力较差，无法及时将热量散发出去，就不能很好的降低热源的温度。同时，由于很多电子元件工作时，会对外界产生一定的辐射，而石墨片屏蔽电磁辐射的效果较差。
业内出现的一种解决方法是：在石墨片上通过胶粘剂的粘合作用，在石墨片上贴合一片铜箔，利用铜箔的快速散热作用，将热量散发到空气中去。同时利用金属铜有较强的电磁屏蔽能力，提高整体屏蔽能力。不足之处：由于石墨片与铜箔之间存在一层胶粘剂，这层胶粘剂导热能力较差，相当于一层隔热层，以致石墨片上的热量很难传输到铜箔上，影响了散热效果。
另一种方法是：在石墨片上通过真空蒸镀方法，将金属镀到石墨片上，如公开号为CN 108456494A的发明专利公开了一种石墨片及其制备方法，其不足之处为：①通过真空蒸镀的方法制备的金属镀层，镀层厚度最大只能做到3微米。由于金属镀层较薄，影响了金属屏蔽效果，屏蔽效能只有70dB左右，无法满足更高的屏蔽需求。②金属屏蔽层的金属较活泼，易被氧化，影响屏蔽效果。③无论真空蒸镀还是磁控溅射方法镀膜，无论采用哪种方法将金属靶金属气化，都会产生高温，太高温下负载石墨片的PET膜(塑料膜)会软化，以至无法整卷批量生产。
进一步的，现有的手机主板石墨片散热结构，不利于手机的薄型化设计。而且散热效果和屏蔽电磁辐射的能力还需提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电磁屏蔽效能高，散热好，利于手机的薄型化设计的镀金属石墨片及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种镀金属石墨片的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将铬金属通过磁控溅射方法镀到石墨片上，得到具有铬支撑层的第一石墨片；
步骤2、将铜合金靶材上的铜合金通过磁控溅射方法镀到第一石墨片的铬支撑层上，得到具有铜合金屏蔽层的第二石墨片；
所述铜合金靶材的重量百分比组成为：Cr 0.1-0.5％，Al 1-3％，其余为Cu；
步骤3、将镍金属通过磁控溅射方法镀到所述第二石墨片的铜合金屏蔽层上，得镀金属石墨片；
所述石墨片的厚度为20-100μm，所述铬支撑层的厚度为0.1-1μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为3-10μm，所述镍金属镀到所述第二石墨片的厚度为0.1-1μm。
本发明的另一技术方案为：提供一种上述的镀金属石墨片的制备方法制备得到的镀金属石墨片。
本发明的有益效果在于：本发明所得镀金属石墨片片上镀的合金金属层的导热性能比石墨片厚度方向的导热性能强，相对于没有镀铜、单纯镀铜或粘合铜箔的石墨片，进一步增强了石墨散热片厚度方向的导热性和电磁屏蔽性能，其电磁屏蔽性能为80～130dB。本发明所得镀金属石墨片较薄，可直接贴覆在手机的芯片和电路表面，实现了手机主板的薄型化设计，散热和电磁屏蔽。同时，因为本发明镀金属石墨片耐腐蚀、耐磨、力学性能好，不会变形破裂，可靠性好，可保护手机延长手机的使用寿命。此外，由于本申请中省掉了粘剂或导热硅胶等其他材料，降低了手机的生产成本。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明提供一种镀金属石墨片的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将铬金属通过磁控溅射方法镀到石墨片上，得到具有铬支撑层的第一石墨片；
步骤2、将铜合金靶材上的铜合金通过磁控溅射方法镀到第一石墨片的铬支撑层上，得到具有铜合金屏蔽层的第二石墨片；
所述铜合金靶材的重量百分比组成为：Cr 0.1-0.5％，Al 1-3％，其余为Cu；
步骤3、将镍金属通过磁控溅射方法镀到所述第二石墨片的铜合金屏蔽层上，得镀金属石墨片。
本发明的镀金属石墨片上设有三个过不同功能的镀层，依次包括铬支撑层、铜合金屏蔽层和镍金属层，其具有如下作用：
1、铜合金屏蔽层里掺杂铬元素提高铜合金的强度和电磁屏蔽能力，使其具有良好的导电性，导热性，硬度高，抗裂性以及软化温度高。铜合金屏蔽层掺杂铝元素，可以使铜合金屏蔽层在磁控溅射到铬支撑层时稳定均匀不发生凝聚。并且解决了在石墨片使用纯铜镀层厚度大于2微米时容易断裂的技术问题。
2、镍金属层具有良好的耐腐蚀性能耐磨性，保护铜合金屏蔽层不被氧化和破坏。
3、铜合金层的热膨胀系数相对石墨片和铬高，通过铬支撑层的过渡结合使铜合金屏蔽层与石墨片结合更稳定导热效果更好。铬支撑层还对铜合金屏蔽层提供足够的结合强度和硬度支撑，使铜合金屏蔽层与石墨片的结合更牢固。本发明技术方案所得镀金属石墨片，相对于单纯镀铜的石墨片，其力学性能、导电率和电磁屏蔽效果更好。
优选的，上述的镀金属石墨片的制备方法中，所述石墨片的厚度为20-100μm，所述铬支撑层的厚度为0.1-1μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为3-10μm，所述镍金属镀到所述第二石墨片的厚度为0.1-1μm。
优选的，上述的镀金属石墨片的制备方法中，所述铜合金靶材的制备方法为：将Cr、Al和Cu原料用感应熔炼法，在真空气氛下，1100-1200℃的温度下进行熔炼合金化，再将合金化后的熔融液浇铸到铸模中，得到铜合金靶材。
优选的，上述的镀金属石墨片的制备方法中，所述石墨片的厚度为40μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为5μm，所述铬支撑层的厚度为0.5μm，所述镍金属镀到所述第二石墨片的厚度为1μm。
优选的，上述的镀金属石墨片的制备方法中，所述铜合金靶材的重量百分比组成为：Cr 0.5％，Al 1％，其余为Cu。
优选的，上述的镀金属石墨片的制备方法中，所述铜合金靶材上设有循环水冷却装置。
实施例一
一种镀金属石墨片的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将铬金属通过磁控溅射方法镀到石墨片上，得到具有铬支撑层的第一石墨片；
步骤2、将铜合金靶材上的铜合金通过磁控溅射方法镀到第一石墨片的铬支撑层上，得到具有铜合金屏蔽层的第二石墨片；
所述铜合金靶材的制备方法为：准备Cr、Al和Cu原料，然后利用感应熔炼法，在真空气氛下，1100-1200℃的温度下进行熔炼、合金化，接着，将合金化后的熔融液浇铸到铸模中，得到铜合金靶材。
所述铜合金靶材的重量百分比组成为：Cr 0.1％，Al 1％，其余为Cu；
步骤3、将镍金属通过磁控溅射方法镀到所述第二石墨片的铜合金屏蔽层上，得镀金属石墨片；
所述石墨片的厚度为20-100μm，所述铬支撑层的厚度为0.1-1μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为3-10μm，所述镍金属镀到所述第二石墨片的厚度为0.1-1μm。
实施例二
一种镀金属石墨片的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将铬金属通过磁控溅射方法镀到石墨片上，得到具有铬支撑层的第一石墨片；
步骤2、将铜合金靶材上的铜合金通过磁控溅射方法镀到第一石墨片的铬支撑层上，得到具有铜合金屏蔽层的第二石墨片；
所述铜合金靶材的制备方法为：准备Cr、Al和Cu原料，然后利用感应熔炼法，在真空气氛下，1100-1200℃的温度下进行熔炼、合金化，接着，将合金化后的熔融液浇铸到铸模中，得到铜合金靶材。
所述铜合金靶材的重量百分比组成为：Cr 0.3％，Al 2％，其余为Cu；
步骤3、将镍金属通过磁控溅射方法镀到所述第二石墨片的铜合金屏蔽层上，得镀金属石墨片。
所述石墨片的厚度为20-100μm，所述铬支撑层的厚度为0.1-1μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为3-10μm，所述镍金属镀到所述第二石墨片的厚度为0.1-1μm。
实施例三
一种镀金属石墨片的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将铬金属通过磁控溅射方法镀到石墨片上，得到具有铬支撑层的第一石墨片；
步骤2、将铜合金靶材上的铜合金通过磁控溅射方法镀到第一石墨片的铬支撑层上，得到具有铜合金屏蔽层的第二石墨片；
所述铜合金靶材的制备方法为：准备Cr、Al和Cu原料，然后利用感应熔炼法，在真空气氛下，1100-1200℃的温度下进行熔炼、合金化，接着，将合金化后的熔融液浇铸到铸模中，得到铜合金靶材。
所述铜合金靶材的重量百分比组成为：Cr 0.5％，Al 3％，其余为Cu；
步骤3、将镍金属通过磁控溅射方法镀到所述第二石墨片的铜合金屏蔽层上，得镀金属石墨片。
所述石墨片的厚度为20-100μm，所述铬支撑层的厚度为0.1-1μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为3-10μm，所述镍金属镀到所述第二石墨片的厚度为0.1-1μm。
上述实施例的铬金属、铜合金和镍金属的磁控溅射在真空下进行，真空度为10- 3MPa到10-5MPa。负载石墨片的PET膜在真空室内放卷与收卷。一边溅射镀膜，一边收卷。速度为3-10m/min。通过安装2-50个各个金属的磁控溅射金属靶，全部采用离子束方式加热靶材，并在每个靶材后加冷却装置(循环水冷)，使得整个镀膜环境温度较低，保护装置，然后能够成卷批量生产。
工艺参数为：设置靶材电源功率为30-40kw，以氩气为工作气体，氩气的流量为200-250sccm，镀膜温度小于150℃(由于在安装靶材装置处加了水冷却装置，镀膜温度比一般的真空镀膜温度低很多)，施加于石墨片上的偏压为-200到-300V。
本发明镀金属石墨片制备方法所得镀金属石墨片，其抗拉强度80-150N/mm2，铜合金屏蔽层的粘结强度达到3.0N/cm2以上，并且具有较强的抗腐蚀能力；同时，在镀层较纯铜镀层更低厚度下即可取得更优异的屏蔽效果，其电磁屏蔽性能为80～130dB(工作频率为50MHz～1GHz)，垂直热阻(度/w.cm2)为0.33-0.43。本发明所得镀金属石墨片较薄，可直接贴覆在手机的芯片和电路表面，实现了手机主板的薄型化设计；同时，降低了石墨片与芯片之间的热阻，提升了手机主板的散热效果；还因为本发明镀金属石墨片耐腐蚀，耐磨，力学性能好，不会变形破裂，可靠性好，可保护手机，延长手机的使用寿命。此外，由于本申请中省掉了粘剂或导热硅胶等其他材料，降低了手机的生产成本。
试验例
在其他参数相同的情况下，按上述实施例三所述镀金属石墨片的制备方法制备样品1-4，所得性能测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002476304280000061
由上描述可知，本发明镀金属石墨片的制备方法中，当石墨片的厚度为40μm，所述铬支撑层的厚度为0.5μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为5μm，所述镍镀到所述第二PI膜的厚度为1μm时，所得镀金属石墨片电磁屏蔽性能达到104dB，此时镀金属石墨片的成本低，导热性能提高，性价比达到最高，适用于手机主板的电磁屏蔽和散热。
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内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种镀金属石墨片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将铬金属通过磁控溅射方法镀到石墨片上，得到具有铬支撑层的第一石墨片；
步骤2、将铜合金靶材上的铜合金通过磁控溅射方法镀到第一石墨片的铬支撑层上，得到具有铜合金屏蔽层的第二石墨片；
所述铜合金靶材的重量百分比组成为：Cr 0.1-0.5％，Al 1-3％，其余为Cu；
步骤3、将镍金属通过磁控溅射方法镀到所述第二石墨片的铜合金屏蔽层上，得镀金属石墨片。
2.根据权利要求1所述的镀金属石墨片的制备方法，其特征在于，所述石墨片的厚度为20-100μm，所述铬支撑层的厚度为0.1-1μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为3-10μm，所述镍金属镀到所述第二石墨片的厚度为0.1-1μm。
3.根据权利要求1所述的镀金属石墨片的制备方法，其特征在于，所述铜合金靶材的制备方法为：
将Cr、Al和Cu原料用感应熔炼法，在真空气氛下，1100-1200℃的温度下进行熔炼合金化，再将合金化后的熔融液浇铸到铸模中，得到铜合金靶材。
4.根据权利要求1所述的镀金属石墨片的制备方法，其特征在于，所述石墨片的厚度为40μm，所述铬支撑层的厚度为0.5μm，所述铜合金屏蔽层的厚度为5μm，所述镍金属镀到所述第二石墨片的厚度为1μm。
5.根据权利要求1所述的镀金属石墨片的制备方法，其特征在于，所述铜合金靶材的重量百分比组成为：Cr 0.5％，Al 1％，其余为Cu。
6.根据权利要求1所述的镀金属石墨片的制备方法，其特征在于，所述铜合金靶材上设有循环水冷却装置。
7.权利要求1-6任一项所述的镀金属石墨片的制备方法制备得到的镀金属石墨片。
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