CN117336944B - 一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法 - Google Patents
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117336944B CN117336944B CN202311259486.6A CN202311259486A CN117336944B CN 117336944 B CN117336944 B CN 117336944B CN 202311259486 A CN202311259486 A CN 202311259486A CN 117336944 B CN117336944 B CN 117336944B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- graphene
- conducting
- parts
- ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 152
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 152
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 124
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title claims abstract description 65
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 29
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 25
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 claims description 23
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 21
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 18
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 claims description 17
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 17
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 17
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 12
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 12
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 6
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 6
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-NJFSPNSNSA-N silicon-30 atom Chemical group [30Si] XUIMIQQOPSSXEZ-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 11
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 12
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 3
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 3
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
- H05K1/0207—Cooling of mounted components using internal conductor planes parallel to the surface for thermal conduction, e.g. power planes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
- H05K1/0209—External configuration of printed circuit board adapted for heat dissipation, e.g. lay-out of conductors, coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
Abstract
本申请涉及电子元器件散热领域的技术领域，尤其涉及一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法。一种高散热性石墨烯陶瓷铜板，包括铜箔，依次设置在铜箔上的导热陶瓷涂层和导热石墨烯复合层，所述铜箔为压延铜箔，其厚度为200‑500μm，所述导热陶瓷涂层的厚度为20‑30μm，所述导热石墨烯复合层的厚度为50‑100μm。本申请的高散热性石墨烯陶瓷铜板通过导热陶瓷层和导热石墨烯复合层的双重结构，具有优异的散热性能、高导热系数，并且工艺简单、施工容易、附着力强，能够满足新能源领域对高效散热材料的需求。
Description
技术领域
本申请涉及电子元器件散热领域的技术领域，尤其涉及一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法。
背景技术
覆铜陶瓷基板由于其机械应力强，绝缘性佳、导热率高、强度高以及良好的热循环性能和较宽的使用温度范围等优点，并且可以像PCB板一样蚀刻各种电路图形，在汽车电子、航空航天等领域有着广泛的应用。随着芯片集成化程度的增高，向小型化、轻薄化、智能化方向发展，以及5G的大规模商业应用，在消费电子、通信基站、动力电池等领域，大功率半导体模块和电子元器件有着非常大的散热需求，目前的覆铜陶瓷基板散热效果已无法满足需求。因此，需要开发一种高散热的石墨烯陶瓷铜板以满足市场需求。
发明内容
本申请目的在于针对当前技术的不足，提供一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高散热性石墨烯陶瓷铜板，采用如下技术方案：
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板，包括铜箔，依次设置在铜箔上的导热陶瓷涂层和导热石墨烯复合层，所述铜箔为压延铜箔，其厚度为200-500μm，所述导热陶瓷涂层的厚度为20-30μm，所述导热石墨烯复合层的厚度为50-100μm。
通过采用上述技术方案，在本申请的高散热性石墨烯陶瓷铜板中，各层起到不同的作用并协同作用以达到高效的散热性能。具体作用如下：铜箔层：铜箔作为基底材料，具有良好的导热性能，通过它能够快速传导热量。此外，铜箔还能提供很好的机械强度和柔韧性，使得铜板更加坚固和耐用。导热陶瓷层：导热陶瓷涂层被设置在铜箔上，具有良好的导热性能和散热性能。它能够帮助将热量有效地从铜箔传导到整个板的表面，并提高热量的散发效率。此外，导热陶瓷层还能增强整个板的机械强度，保护铜箔不被损害。导热石墨烯复合层：导热石墨烯复合层覆盖在导热陶瓷层上，其具有优异的热导率和导热性能。石墨烯具有出色的导热性能和散热特性，能够高效地将热量从一侧传导到另一侧。此外，石墨烯还具有很高的柔韧性和强度，增加整个板的稳定性和耐用性。这三层材料的协同作用使得高散热性石墨烯陶瓷铜板具有更好的散热性能。铜箔层提供快速的导热路径，导热陶瓷层增加导热的表面积，并增强材料的机械强度，导热石墨烯复合层进一步提高了整个板的导热性能。这种设计能够满足新能源领域对高效散热材料的需求。
优选的，所述导热陶瓷涂层由以下质量份数的原料组成：端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂30-35份，导热陶瓷填料75-95份，石墨烯1-2份，双氰胺5-8份。
优选的，所述导热陶瓷填料由以下质量份数的原料组成：氮化硼15-20份，碳化硅15-20份，氮化硅15-20份，氧化铝30-35份。
优选的，所述氮化硼的粒径为0.2-5μm，所述碳化硅的粒径为1-5μm，所述氮化硅的粒径为0.1-3μm，所述氧化铝的粒径为0.1-1μm。
通过采用上述技术方案，在本申请的高散热性石墨烯陶瓷铜板中，导热陶瓷涂层由端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂、导热陶瓷填料、石墨烯和双氰胺组成。作用及协同作用如下：端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂：作为导热陶瓷涂层的基质材料，提供了涂层的柔韧性和粘附性，使其能够牢固地附着于铜箔上。导热陶瓷填料：包括氮化硼、碳化硅、氮化硅和氧化铝。这些填料具有优异的导热性能和散热性能，能够有效地传导和散发热量。氮化硼、碳化硅、氮化硅和氧化铝的不同比例和颗粒大小可以调节导热性能和机械强度，从而提高整个板的散热效率和稳定性。石墨烯：作为一种优秀的导热材料，具有很高的导热系数和散热特性，能够进一步提高导热陶瓷涂层的导热性能，从而增强整个板的散热效果。双氰胺：作为导热陶瓷涂层的交联剂，能够增加涂层的稳定性和耐热性。导热陶瓷涂层中的各组分共同作用，使得石墨烯和导热陶瓷填料能够均匀地分散在环氧树脂中，形成坚固的涂层。这种结构能够有效地传导和散发热量，并保护铜箔不受损害。同时，导热陶瓷涂层具有较高的附着力，能够提高铜板的使用寿命和稳定性。
优选的，所述导热石墨烯复合层由以下质量份数的原料组成:石墨烯5-8份，石墨烯气凝胶1-2份，粘结剂2-5份，金属粉0.2-0.5份，N-甲基吡咯烷酮60-70份。
优选的，所述石墨烯气凝胶的堆密度为0.001-0.01g/cm3，孔隙率为95％-99％，吸油量为500-600g/g，电导率＞1300S/m，比表面积＞1800m2/g。
优选的，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂、聚氨酯的一种或多种。
优选的，所述金属粉为铜粉，所述铜粉的粒径为30-80nm。
通过采用上述技术方案，在本申请的高散热性石墨烯陶瓷铜板中，导热石墨烯复合层由石墨烯、石墨烯气凝胶、粘结剂、金属粉和N-甲基吡咯烷酮组成。作用及协同作用如下：石墨烯：作为导热材料，具有很高的导热系数和散热特性，能够有效地传导和散发热量。石墨烯气凝胶：具有低密度和高孔隙率的特点，同时，石墨烯气凝胶具有高比表面积和吸油量，有效阻止了石墨烯和金属粉的团聚与沉降，石墨烯和金属份能够在浆料中均匀稳定分散，浆料的导热系数有显著提升，附着力也有明显提升，浆料涂覆成膜后石墨烯有序排列形成连续的导热网路实现了均匀、快速散热的效果。粘结剂：由聚偏氟乙烯、端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂、聚氨酯的一种或多种组成。粘结剂能够将石墨烯、石墨烯气凝胶和金属粉牢固地粘结在一起，形成坚固耐用的导热层。金属粉：以铜粉为例，扮演增加导热性能和导电性能的角色，能够进一步提高导热石墨烯复合层的导热效率。N-甲基吡咯烷酮：作为溶剂，用于将石墨烯和粘结剂混合均匀，并提供涂层的流动性和涂布性。导热石墨烯复合层中的各组分共同作用，使得石墨烯和石墨烯气凝胶能够均匀地分散在粘结剂中，并与金属粉相互连接，形成导热层的结构。这种结构能够有效地传导和散发热量，并保护铜箔不受损害。导热石墨烯复合层具有较高的导热性能和散热效果，能够满足新能源领域对高效散热材料的要求。
第二方面，本申请提供一种高散热性石墨烯陶瓷铜板的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板的制备方法，采用上述一种高散热性石墨烯陶瓷铜板的原料，包括以下步骤：
S1、制备导热陶瓷组合物：按照质量份数，将端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂，导热陶瓷填料，石墨烯，双氰胺混合，在400-500℃下搅拌反应2-3h，然后在2.0-4.0个标准大气压、150-200℃下反应1-1.5h，冷却至90-95℃下，放置备用；
S2、将步骤S1中得到的导热陶瓷组合物涂布至铜箔表面，涂布厚度20-30μm，然后在120-150℃下烘干，干燥5-10min，再紫外照5-8min，得到涂覆导热陶瓷层的铜箔；
S3、制备导热石墨烯复合层浆料：按照质量份数，将粘结剂加入N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，制成混合液，再将石墨烯、石墨烯气凝胶和金属粉加入至混合液中进行高剪切搅拌分散，搅拌速度为6000-8000r/min，搅拌时间为1-2h，得到稳定分散的导热石墨烯复合层浆料，放置备用；
S4、将步骤S3中得到的导热石墨烯复合层浆料涂布至步骤S2中得到涂覆有导热陶瓷层的铜箔表面，涂布厚度50-100μm，然后在90-100℃下烘干，干燥15-20min，得到高散热性石墨烯铜板。
通过采用上述技术方案，在本申请中，上述各步骤作用及协同作用：高散热性：石墨烯具有极高的导热性能，能够有效传递热量，而导热陶瓷涂层和复合层则增加了热的传导路径和表面散热面积，使整个铜板具有高效的散热性能。导热系数高：铜箔作为导热介质，本身就具有优异的导热性能，石墨烯和导热陶瓷的加入进一步提高了导热系数，使得热量能够更快速地传导。工艺简单、施工容易：制备方法相对简单，所需原料也比较常见，易于大规模生产，同时涂覆工艺相对简单，可以采用常规的涂布等工艺，便于施工操作。附着力强：石墨烯与导热陶瓷涂层和铜箔之间能形成强大的附着力，不容易剥离或脱落，可以确保长时间稳定工作和使用寿命。因此，本申请的高散热性石墨烯陶瓷铜板通过导热陶瓷层和导热石墨烯复合层的双重结构，具有优异的散热性能、高导热系数，并且工艺简单、施工容易、附着力强，能够满足新能源领域对高效散热材料的需求。
综上所述，本申请的有益技术效果：
1.散热性好：通过导热陶瓷涂层和导热石墨烯复合层的叠加结构，有效地增加了散热面积和热量传导路径，使得铜板具有优异的散热性能。
2.导热系数高：石墨烯作为导热材料具有出色的导热性能，而导热陶瓷层和铜箔本身也具有良好的导热性能，整个铜板的导热系数相较于传统材料更高，有助于快速传导热量。
3.工艺简单、施工容易：制备方法相对简单，所需原料常见且易获得，能够采用常规的涂布或印刷等工艺进行涂覆，便于施工操作。
4.附着力强：石墨烯与导热陶瓷涂层和铜箔之间能够形成强大的附着力，不易剥离或脱落，能够确保长时间稳定工作和使用寿命。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板，包括铜箔，依次设置在铜箔上的导热陶瓷涂层和导热石墨烯复合层，所述铜箔为压延铜箔，其厚度为200μm，所述导热陶瓷涂层的厚度为30μm，所述导热石墨烯复合层的厚度为100μm。
所述导热陶瓷涂层由以下质量份数的原料组成：端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂30g，导热陶瓷填料75g，石墨烯1g，双氰胺5g。所述导热陶瓷填料由以下质量份数的原料组成：氮化硼15g，碳化硅15g，氮化硅15g，氧化铝30g。所述氮化硼的粒径为0.2-5μm，所述碳化硅的粒径为1-5μm，所述氮化硅的粒径为0.1-3μm，所述氧化铝的粒径为0.1-1μm。
所述导热石墨烯复合层由以下质量份数的原料组成:石墨烯5g，石墨烯气凝胶2g，聚偏氟乙烯2g，铜粉0.5g，N-甲基吡咯烷酮60g。所述石墨烯气凝胶的堆密度为0.001g/cm3，孔隙率为95％，吸油量为500g/g，电导率为1350S/m，比表面积为1900m2/g，所述铜粉的粒径为30-80nm。
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板的制备方法，采用上述原料，包括以下步骤：
S1、制备导热陶瓷组合物：按照质量份数，将端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂，导热陶瓷填料，石墨烯，双氰胺混合，在400℃下搅拌反应3h，然后在2.0个标准大气压、150℃下反应1.5h，冷却至90℃下，放置备用；
S2、将步骤S1中得到的导热陶瓷组合物涂布至铜箔表面，涂布厚度30μm，然后在120℃下烘干，干燥10min，再紫外照5min，得到涂覆导热陶瓷层的铜箔；
S3、制备导热石墨烯复合层浆料：按照质量份数，将聚偏氟乙烯、端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂、聚氨酯加入N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，制成混合液，再将石墨烯、石墨烯气凝胶和铜粉加入至混合液中进行高剪切搅拌分散，搅拌速度为6000r/min，搅拌时间为2h，得到稳定分散的导热石墨烯复合层浆料，放置备用；
S4、将步骤S3中得到的导热石墨烯复合层浆料涂布至步骤S2中得到涂覆有导热陶瓷层的铜箔表面，涂布厚度100μm，然后在100℃下烘干，干燥20min，得到高散热性石墨烯铜板。
实施例2
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板，包括铜箔，依次设置在铜箔上的导热陶瓷涂层和导热石墨烯复合层，所述铜箔为压延铜箔，其厚度为度为500μm，所述导热陶瓷涂层的厚度为20μm，所述导热石墨烯复合层的厚度为50μm。
所述导热陶瓷涂层由以下质量份数的原料组成：端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂35g，导热陶瓷填料95g，石墨烯1g，双氰胺8g。所述导热陶瓷填料由以下质量份数的原料组成：氮化硼20g，碳化硅20g，氮化硅20g，氧化铝35g。所述氮化硼的粒径为0.2-5μm，所述碳化硅的粒径为1-5μm，所述氮化硅的粒径为0.1-3μm，所述氧化铝的粒径为0.1-1μm。
所述导热石墨烯复合层由以下质量份数的原料组成:石墨烯8g，石墨烯气凝胶1g，聚偏氟乙烯5g，铜粉0.2g，N-甲基吡咯烷酮70g。所述石墨烯气凝胶的堆密度为0.01g/cm3，孔隙率为99％，吸油量为600g/g，电导率为1400S/m，比表面积为1950m2/g，所述铜粉的粒径为30-80nm。
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板的制备方法，采用上述原料，包括以下步骤：
S1、制备导热陶瓷组合物：按照质量份数，将端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂，导热陶瓷填料，石墨烯，双氰胺混合，在500℃下搅拌反应2h，然后在4.0个标准大气压、200℃下反应1h，冷却至95℃下，放置备用；
S2、将步骤S1中得到的导热陶瓷组合物涂布至铜箔表面，涂布厚度20μm，然后在150℃下烘干，干燥5min，再紫外照8min，得到涂覆导热陶瓷层的铜箔；
S3、制备导热石墨烯复合层浆料：按照质量份数，将端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，制成混合液，再将石墨烯、石墨烯气凝胶和铜粉加入至混合液中进行高剪切搅拌分散，搅拌速度为8000r/min，搅拌时间为1h，得到稳定分散的导热石墨烯复合层浆料，放置备用；
S4、将步骤S3中得到的导热石墨烯复合层浆料涂布至步骤S2中得到涂覆有导热陶瓷层的铜箔表面，涂布厚度50μm，然后在100℃下烘干，干燥15min，得到高散热性石墨烯铜板。
实施例3
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板，包括铜箔，依次设置在铜箔上的导热陶瓷涂层和导热石墨烯复合层，所述铜箔为压延铜箔，其厚度为度为400μm，所述导热陶瓷涂层的厚度为25μm，所述导热石墨烯复合层的厚度为70μm。
所述导热陶瓷涂层由以下质量份数的原料组成：端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂33g，导热陶瓷填料85g，石墨烯1.5g，双氰胺7g。所述导热陶瓷填料由以下质量份数的原料组成：氮化硼20g，碳化硅15g，氮化硅20g，氧化铝30g。所述氮化硼的粒径为0.2-5μm，所述碳化硅的粒径为1-5μm，所述氮化硅的粒径为0.1-3μm，所述氧化铝的粒径为0.1-1μm。
所述导热石墨烯复合层由以下质量份数的原料组成:石墨烯7g，石墨烯气凝胶1.5g，聚氨酯2-5g，铜粉0.3g，N-甲基吡咯烷酮65g。所述石墨烯气凝胶的堆密度为0.006g/cm3，孔隙率为97％，吸油量为550g/g，电导率为1350S/m，比表面积为1880m2/g，所述铜粉的粒径为30-80nm。
一种高散热性石墨烯陶瓷铜板的制备方法，采用上述原料，包括以下步骤：
S1、制备导热陶瓷组合物：按照质量份数，将端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂，导热陶瓷填料，石墨烯，双氰胺混合，在450℃下搅拌反应2.5h，然后在3.0个标准大气压、180℃下反应1.3h，冷却至93℃下，放置备用；
S2、将步骤S1中得到的导热陶瓷组合物涂布至铜箔表面，涂布厚度25μm，然后在130℃下烘干，干燥8min，再紫外照7min，得到涂覆导热陶瓷层的铜箔；
S3、制备导热石墨烯复合层浆料：按照质量份数，将聚氨酯加入N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，制成混合液，再将石墨烯、石墨烯气凝胶和铜粉加入至混合液中进行高剪切搅拌分散，搅拌速度为7000r/min，搅拌时间为1.5，得到稳定分散的导热石墨烯复合层浆料，放置备用；S4、将步骤S3中得到的导热石墨烯复合层浆料涂布至步骤S2中得到涂覆有导热陶瓷层的铜箔表面，涂布厚度70μm，然后在95℃下烘干，干燥18min，得到高散热性石墨烯铜板。
对比例1
与实施例3相同，不同之处，在于，在导热陶瓷涂层中采用导热陶瓷填料1.5g代替石墨烯1.5g。
对比例2
实施例3相同，不同之处，在导热石墨烯复合层中采用石墨烯1.5g，代替石墨烯气凝胶1.5g。
对比例3
实施例3相同，不同之处，在导热石墨烯复合层中没有添加铜粉。
对比例4
与实施例3相同，不同之处，在于，采用同样厚度的导热石墨烯复合层代替导热陶瓷涂层。
对比例5
与实施例3相同，不同之处，采用同样厚度的导热陶瓷涂层代替导热石墨烯复合层。
性能测试
将实施例13和对比例1-5的制备的高散热性石墨烯铜板进行性能测试。附着力测试执行标准参照ASTM D3359-B，导热系数测试执行标准参照GB/T 22588-2008。测试结果如表1所示。
表1
| 导热系数/W/m·K | 附着力/级 | |
| 实施例1 | 15.9 | 0级 |
| 实施例2 | 16.8 | 0级 |
| 实施例3 | 17.2 | 0级 |
| 对比例1 | 13.2 | 1级 |
| 对比例2 | 10.1 | 0级 |
| 对比例3 | 13.5 | 0级 |
| 对比例4 | 19.3 | 2级 |
| 对比例5 | 14.2 | 1级 |
从表1可知，实施例1-3制得高散热性石墨烯铜板，其导热系数为15.9-17.2W/(m·K)，能有起到很好的散热效果，同时附着力为0级，石墨烯与导热陶瓷涂层和铜箔之间能形成强大的附着力，不容易剥离或脱落，可以确保长时间稳定工作和使用寿命。本申请的高散热性石墨烯陶瓷铜板通过导热陶瓷层和导热石墨烯复合层的双重结构，具有优异的散热性能、高导热系数，并且工艺简单、施工容易、附着力强，能够满足新能源领域对高效散热材料的需求。
从表1可知，实施例3和对比1制得的高散热性石墨烯铜板性能对比分析，在导热陶瓷涂层中添加石墨烯，获得高散热性石墨烯铜板的导热系数为17.2W/(m·K)比采用导热陶瓷填料代替石墨烯，获得高散热性石墨烯铜板的导热系数为13.2mW/(m·K)高很多。
从表1可知，实施例3和对比2制得的高散热性石墨烯铜板性能对比分析，在导热石墨烯复合层中添加石墨烯气凝胶获得高散热性石墨烯铜板的导热系数为17.2mW/(m·K)比在导热石墨烯复合层中采用石墨烯代替石墨烯气凝胶获得高散热性石墨烯铜板的导热系数为10.1W/(m·K)，高很多。
从表1可知，实施例3和对比3制得的高散热性石墨烯铜板性能对比分析，在导热石墨烯复合层中添加铜粉，能够提升导热系数。
从表1可知，实施例3和对比4-5制得的高散热性石墨烯铜板性能对比分析，单独采用导热石墨烯复合层或者导热陶瓷涂层，涂层的附着力变差。
以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管上述实施例对本发明进行了具体的说明，相关技术人员应当理解，依然可对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。
Claims (3)
1.一种高散热性石墨烯陶瓷铜板，其特征在于，包括铜箔，依次设置在铜箔上的导热陶瓷涂层和导热石墨烯复合层，所述铜箔为压延铜箔，其厚度为200-500μm，所述导热陶瓷涂层的厚度为20-25μm，所述导热石墨烯复合层的厚度为50-100μm；
所述导热陶瓷涂层由以下质量份数的原料组成：端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂30-35份，导热陶瓷填料85-95份，石墨烯1-2份，双氰胺5-8份；所述导热陶瓷填料由以下质量份数的原料组成：氮化硼15-20份，碳化硅15-20份，氮化硅15-20份，氧化铝30-35份；所述氮化硼的粒径为0.2-5μm，所述碳化硅的粒径为1-5μm，所述氮化硅的粒径为0.1-3μm，所述氧化铝的粒径为0.1-1μm；
所述导热石墨烯复合层由以下质量份数的原料组成:石墨烯5-8份，石墨烯气凝胶1-2份，粘结剂2-5份，金属粉0.2-0.5份，N-甲基吡咯烷酮60-70份；所述粘结剂为聚偏氟乙烯、端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂、聚氨酯的一种或多种；所述金属粉为铜粉，所述铜粉的粒径为30-80nm。
2.根据权利要求1所述一种高散热性石墨烯陶瓷铜板，其特征在于，所述石墨烯气凝胶的堆密度为0.001-0.01g/cm3，孔隙率为95％-99％，吸油量为500-600g/g，电导率＞1300S/m，比表面积＞1800m2/g。
3.一种高散热性石墨烯陶瓷铜板的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-2任一所述一种高散热性石墨烯陶瓷铜板的原料，包括以下步骤：
S1、制备导热陶瓷组合物：按照质量份数，将端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂，导热陶瓷填料，石墨烯，双氰胺混合，在400-500℃下搅拌反应2-3h，然后在2.0-4.0个标准大气压、150-200℃下反应1-1.5h，冷却至90-95℃下，放置备用；
S2、将步骤S1中得到的导热陶瓷组合物涂布至铜箔表面，涂布厚度20-25μm，然后在120-150℃下烘干，干燥5-10min，再紫外照5-8min，得到涂覆导热陶瓷层的铜箔；
S3、制备导热石墨烯复合层浆料：按照质量份数，将粘结剂加入N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，制成混合液，再将石墨烯、石墨烯气凝胶和金属粉加入至混合液中进行高剪切搅拌分散，搅拌速度为6000-8000r/min，搅拌时间为1-2h，得到稳定分散的导热石墨烯复合层浆料，放置备用；
S4、将步骤S3中得到的导热石墨烯复合层浆料涂布至步骤S2中得到的涂覆有导热陶瓷层的铜箔表面，涂布厚度50-100μm，然后在90-100℃下烘干，干燥15-20min，得到高散热性石墨烯铜板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311259486.6A CN117336944B (zh) | 2023-09-27 | 2023-09-27 | 一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311259486.6A CN117336944B (zh) | 2023-09-27 | 2023-09-27 | 一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117336944A CN117336944A (zh) | 2024-01-02 |
| CN117336944B true CN117336944B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=89294633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311259486.6A Active CN117336944B (zh) | 2023-09-27 | 2023-09-27 | 一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117336944B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108300004A (zh) * | 2017-08-17 | 2018-07-20 | 济宁利特纳米防腐材料有限公司 | 一种石墨烯导热浆料及其制备方法 |
| CN109177382A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-11 | 陕西长石电子材料股份有限公司 | 一种高导热高散热性挠性覆铜板及其制备方法 |
| CN109777367A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-05-21 | 常州二维碳素科技股份有限公司 | 一种石墨烯相变复合材料及其制备方法 |
| CN112738988A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-30 | 松山湖材料实验室 | 陶瓷覆铜板及其制备方法、陶瓷电路板 |
| CN115483112A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-16 | 福建镓镒半导体材料有限公司 | 一种氮化硅陶瓷覆铜板及其制备工艺 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9676961B2 (en) * | 2011-12-09 | 2017-06-13 | Cytec Technology Corp. | Surfacing film for composite structures and method of making the same |
-
2023
- 2023-09-27 CN CN202311259486.6A patent/CN117336944B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108300004A (zh) * | 2017-08-17 | 2018-07-20 | 济宁利特纳米防腐材料有限公司 | 一种石墨烯导热浆料及其制备方法 |
| CN109177382A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-11 | 陕西长石电子材料股份有限公司 | 一种高导热高散热性挠性覆铜板及其制备方法 |
| CN109777367A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-05-21 | 常州二维碳素科技股份有限公司 | 一种石墨烯相变复合材料及其制备方法 |
| CN112738988A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-30 | 松山湖材料实验室 | 陶瓷覆铜板及其制备方法、陶瓷电路板 |
| CN115483112A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-16 | 福建镓镒半导体材料有限公司 | 一种氮化硅陶瓷覆铜板及其制备工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117336944A (zh) | 2024-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103144377A (zh) | 具有高导热效应的复合式电磁屏蔽铜箔基板及其制造方法 | |
| KR101808898B1 (ko) | 전자기파 차폐시트, 및 이의 제조방법 | |
| CN102692000A (zh) | 用于led大功率照明模组的石墨基板及制作工艺 | |
| CN102746798B (zh) | 一种高导热半固化胶膜及其制备方法 | |
| CN101415295A (zh) | 一种石墨基新型电子电路板及其制作工艺 | |
| CN117336944B (zh) | 一种高散热性石墨烯陶瓷铜板及其制备方法 | |
| CN115139589A (zh) | 一种高导热覆铜板及其制备方法 | |
| CN114148048A (zh) | 一种高散热铝基覆铜板及其制备方法 | |
| CN106604535A (zh) | 导热型无胶单面挠性覆铜板及其制作方法 | |
| TW202030260A (zh) | 樹脂組合物、預浸料以及層疊板 | |
| CN111154435B (zh) | 一种导热压敏胶及其制备方法 | |
| CN109177382B (zh) | 一种高导热高散热性挠性覆铜板及其制备方法 | |
| CN117467238A (zh) | 一种耐高温、高导热的刚性吸波材料及制备方法 | |
| CN112708274A (zh) | 一种导热绝缘聚酰亚胺薄膜及其制备方法 | |
| Bao et al. | Thermal management technology of IGBT modules based on two-dimensional materials | |
| CN114008148A (zh) | 导热-电绝缘性涂料组合物及包含该涂料组合物的光伏电池用外装材料钢板 | |
| CN110718516A (zh) | 散热膜及其制备方法、芯片组件和电子设备 | |
| CN114316868B (zh) | 一种导热胶及其制备方法和用途 | |
| CN114350294B (zh) | 一种线路板用导电胶膜的制备方法 | |
| CN114716934A (zh) | 一种导热屏蔽复合材料及其制备方法 | |
| KR101531630B1 (ko) | 초박막 방열필름 및 이를 포함하는 열확산 시트 | |
| CN110561852B (zh) | 一种可弯折型立体结构铝基覆铜板及制备工艺 | |
| CN112778562A (zh) | 一种高效导热界面材料及其制备方法、应用 | |
| CN114928935B (zh) | 一种高导热型超厚铜基覆铜板及其制作方法 | |
| CN111334201A (zh) | 一种导热胶带的生产工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |