TW201502265A - 散熱片 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種散熱片。該散熱片包括：一金屬層，其具有一第一表面及一第二表面；至少一個石墨烯層，其具有一第一表面及一第二表面，其中該石墨烯層之該第二表面接觸該金屬層之該第一表面；一保護層，其包含：(a)一基板層，其具有一第一表面及一第二表面，其中基板層之該第二表面接觸該石墨烯層之該第一表面；及(b)一顏料層，其接觸該基板層之該第一表面；一黏著劑層，其具有一第一表面及一第二表面，其中該黏著劑層之該第一表面接觸該金屬層之該第二表面；及一釋離層，其接觸該黏著劑層之該第二表面，其中該散熱片在一水平方向上具有70W/m．K或更大之熱導率。

Description

散熱片 相關申請案之交叉參考

本申請案主張2013年4月26日申請之韓國專利申請案第10-2013-0046988號的優先權及權利，該專利申請案之揭示內容的全文係以引用方式併入本文中。

本發明係關於一種用於發射電子器件中產生之熱的散熱片。

近年來，由諸如電視(TV)、筆記型電腦、行動電話及其類似者之電子器件產生之熱的量已隨著高效能且小型之電子器件的開發而增加。因為由電子器件產生之熱會造成該等電子器件發生故障(亦即，急止(hitch)或失效(failure))，所以需求有效地耗散由電子器件產生之熱的技術。

韓國專利公開案第2012-0003676號揭示一種散熱片，其中將石墨塗佈至金屬層上以耗散電子器件中產生之熱。儘管石墨具有極佳熱導率，但石墨展現不良爆裂強度及抗張強度，此係因為其結構接近於單晶結構。因此，具有塗佈於金屬層上之石墨的散熱片所具有的問題為：歸因於在將該散熱片應用於電子器件時之不良處置，該散熱片可容易斷裂或損壞。

又，當將散熱片應用於電子器件且在電子器件中使用散熱片時，曝露至外部環境之石墨塗佈層可受到物理或化學因素的損壞，此 情形導致耐久性降級且導致使散熱片耗散熱之能力縮減。

本發明係有關於一種具有諸如熱導率、耐久性及散熱之極佳物理屬性的散熱片。

根據本發明之一態樣，提供一種散熱片，其包括：一金屬層，其具有一第一表面及一第二表面；至少一個石墨烯層，其具有一第一表面及一第二表面，其中該石墨烯層之該第二表面接觸該金屬層之該第一表面；一保護層，其包括：(a)一基板層，其具有一第一表面及一第二表面，其中該基板層之該第二表面接觸該石墨烯層之該第一表面；及(b)一顏料層，其接觸該基板層之該第一表面；一黏著劑層，其具有一第一表面及一第二表面，其中該黏著劑層之該第一表面接觸該金屬層之該第二表面；及一釋離層，其接觸該黏著劑層之該第二表面。在此狀況下，該散熱片在一水平方向上具有大約70W/m．K或更大之一熱導率。

此處，該石墨烯層可包括石墨烯及一黏合劑。

又，石墨烯可展示在大約2,500cm^-1至大約2,800cm^-1之一波數範圍內的單一峰，如藉由拉曼光譜法(Raman Spectroscopy)所分析。

另外，石墨烯可具有大約0.1μm至大約2μm之粒度。

另外，該基板層係可由一絕緣材料組成。

根據本發明之另一態樣，提供一種電子器件，其包括該散熱片。

10‧‧‧金屬層

11‧‧‧金屬層之第一表面

12‧‧‧金屬層之第二表面

20‧‧‧石墨烯層

20a‧‧‧第一石墨烯層

20b‧‧‧第二石墨烯層

21‧‧‧石墨烯層之第一表面

22‧‧‧石墨烯層之第二表面

30‧‧‧保護層

30a‧‧‧顏料層

30a1‧‧‧顏料層之第一表面

30a2‧‧‧顏料層之第二表面

30b‧‧‧基板層

30b1‧‧‧基板層之第一表面

30b2‧‧‧基板層之第二表面

40‧‧‧黏著劑層

41‧‧‧黏著劑層之第一表面

42‧‧‧黏著劑層之第二表面

50‧‧‧釋離層

100a、100b‧‧‧散熱片

藉由參看隨附圖式來詳細地描述本發明之例示性實施例，本發明之以上及其他目標、特徵及優點對於一般熟習此項技術者而言將變得更顯而易見，在該等圖式中：圖1為展示根據本發明之一項實施例之散熱片的橫截面圖； 圖2為用於說明根據本發明之一項實施例之散熱片的參考圖；圖3為展示根據本發明之另一實施例之散熱片的橫截面圖；及圖4及圖5為用於說明本發明之實驗實例的參考圖。

下文將參看隨附圖式來詳細地描述本發明之例示性實施例。雖然結合本發明之實施例來展示及描述本發明，但對於熟習此項技術者而言將顯而易見，可在不脫離本發明之範疇的情況下進行各種修改。

除非另有特定陳述，否則本說明書中使用之所有技術及科學術語具有與由熟習本發明所屬相關技術者理解之意義大體上相同的意義。一般而言，本說明書及下文所描述之實驗方法中使用的命名法係廣泛地已知的且通常用於相關技術中。

在下文中，將進一步詳細地描述本發明。

圖1為展示根據本發明之一項實施例之散熱片100a的橫截面圖。本發明之散熱片100a包括：金屬層10，其具有第一表面11及第二表面12；至少一個石墨烯層20，其具有第一表面21及第二表面22；保護層30；黏著劑層40，其具有第一表面41及第二表面42；及釋離層50。本發明之此散熱片在該散熱片之水平方向上具有大約70W/m．K或更大且特別是大約70W/m．K至大約400W/m．K之總熱導率。因此，當將該散熱片應用於需要散熱之區域時，該散熱片可極大地實現散熱。

在本發明中，術語「第一表面」係指每一層之頂部表面，且術語「第二表面」表示每一層之底部表面。

本發明之散熱片100a中包括的金屬層10具有第一表面11及第二表面12，且用來耗散熱，其中金屬層10係由展現熱導率之材料製成。舉例而言，金屬層10可由薄金屬膜及/或金屬網組成。金屬層10之材料可選自由但並不特定地限於以下各者組成之群組：銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、鎢(W)及鐵 (Fe)，及其合金。在此等材料當中，可使用銅(其廉價且具有高熱導率)來形成金屬層10。金屬層10之厚度未受到特定限制，但考慮到散熱片100a之所要散熱屬性、耐久性、可撓性及其類似者，該厚度可在大約8μm至大約50μm之範圍內。

本發明之散熱片100a中包括的石墨烯層20接觸金屬層10之第一表面11。更特定言之，石墨烯層20之第二表面22接觸金屬層10之第一表面11。石墨烯層20用來增強金屬層10之散熱屬性。石墨烯層20之厚度未受到特定限制，但考慮到散熱片100a之所要散熱屬性、耐久性、可撓性及其類似者，該厚度可在大約2μm至大約20μm之範圍內。

同時，可藉由將金屬層10之第一表面11塗佈包括石墨烯、黏合劑及溶劑之石墨烯組合物來形成石墨烯層20。在形成石墨烯層20期間移除溶劑。因此，石墨烯層20係由石墨烯及黏合劑組成。

如藉由拉曼光譜法所分析，石墨烯組合物中包括之石墨烯展示在大約2,500cm^-1至2,800cm^-1之波數範圍內的單一峰。當藉由拉曼光譜法來分析石墨烯及石墨時，石墨烯及石墨共有在大約1,500cm^-1之波數附近及在大約2,500cm^-1至2,800cm^-1之波數範圍內的峰。再次提及在大約2,500cm^-1至2,800cm^-1之波數範圍內觀測到的峰，石墨展示在大約2,670cm^-1至2,680cm^-1之波數範圍內及在大約2,720cm^-1之波數處的峰，而石墨烯僅展示在大約2,670cm^-1至2,680cm^-1之波數範圍內的峰(參見圖2)。亦即，石墨展示在大約2,500cm^-1至2,800cm^-1之波數範圍內的雙峰，但本發明中使用之石墨烯展示單峰。

此石墨烯具有二維平坦結構，其相比於銅可處置多大約100倍之電流，且比習知半導體中使用之單晶矽快大約100倍來轉移電子。又，石墨烯相比於鋼具有高大約200倍之強度，且相比於鑽石具有高2倍之熱導率。

因為根據本發明之散熱片100a包括由如上文所描述之具有高熱導 率及強度之石墨烯形成的石墨烯層20，所以本發明之散熱片具有歸因於高熱導率之極佳散熱屬性及歸因於改良型耐久性之良好處置屬性。又，因為石墨烯相比於石墨較不昂貴，所以根據本發明之散熱片相比於應用石墨之習知散熱片較經濟。

石墨烯組合物中包括之石墨烯呈粉狀狀態，且呈粉狀狀態之石墨烯粒子的大小未受到特定地限制，但可在大約0.1μm至大約2μm之範圍內。當石墨烯粒子之大小小於大約0.1μm時，石墨烯粒子可不容易分散，而當石墨烯粒子之大小超過大約2μm時，難以調整石墨烯層之厚度，且可不均一地形成石墨烯層之表面。

又，雖然所使用之石墨烯的量未受到特定地限制，但當考慮金屬層10上之塗佈屬性及散熱片之散熱屬性時，該量可在基於石墨烯組合物之100重量百分比之大約10重量百分比至大約40重量百分比的範圍內。

石墨烯組合物中包括之黏合劑促進石墨烯粒子之間及/或石墨烯粒子與金屬層之間的黏合強度。黏合劑未受到特定地限制，只要其展示黏著性即可。如本文所使用，黏合劑之非限制性實例可包括環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯樹脂及尿素樹脂。所使用之此黏合劑的量未受到特定地限制，但當考慮金屬層10之塗佈屬性時，該量可在基於石墨烯組合物之100重量百分比之大約5重量百分比至大約20重量百分比的範圍內。

石墨烯組合物中包括之溶劑未受到特定地限制，只要其為相關技術中所知之有機溶劑即可。本文可使用的溶劑之非限制性實例可包括：乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、二元酯、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、乙基賽路蘇及丁基賽路蘇，其可被單獨地或組合地使用。所使用之此溶劑的量未受到特定地限制，但當考慮金屬層10之塗佈屬性時，該量可在基於石墨烯組合物之100重量百分比之大約30重量百 分比至大約85重量百分比的範圍內。

根據本發明之石墨烯組合物可進一步包括添加劑，諸如，在該等添加劑不會影響石墨烯層20之物理屬性時之含量範圍內的光引發劑、固化劑、分散劑、抗氧化劑、消泡劑及阻燃劑。

同時，由石墨烯組合物形成之石墨烯層20可作為單一層而形成於金屬層10之第一表面11上，或亦可藉由重複地執行此形成程序而形成有多個層。亦即，如圖3所展示，第一石墨烯層20a形成於金屬層10之第一表面11上，且第二石墨烯層20b亦形成於所形成之第一石墨烯層20a上。當以如上文所描述之多層結構來形成石墨烯層20a及20b時，可改良散熱片100b之熱導率，此情形導致進一步改良該散熱片之散熱屬性。

本發明之散熱片100a中包括的保護層30形成於石墨烯層20上，且用來保護石墨烯層20。當將石墨烯層20曝露至外部環境時，石墨烯層20可受到物理或化學因素的損壞。當石墨烯層20係如上文所描述而受到損壞時，散熱片100a之熱導率可降級，此情形引起該散熱片之散熱能力縮減。然而，在本發明中，可藉由將保護層30配置於石墨烯層20上而防止石墨烯層20之損壞。

此保護層30包括：基板層30b，其具有第一表面30b1及第二表面30b2；及顏料層30a，其具有第一表面30a1及第二表面30a2，其接觸基板層30b之第一表面30b1。

基板層30b經組態成使得基板層30b之第二表面30b2接觸石墨烯層20之第一表面21且用來保護石墨烯層20。此基板層30b係可由絕緣材料組成，以便保護石墨烯層20且亦使散熱片100a與外部環境絕緣。此係因為：基板層30b係由絕緣材料形成，使得可防止由與電子器件中之電路之非故意連接造成的電短路。更特定言之，儘管在使用者正使用被應用散熱片100a之電子器件的同時將散熱片100a電引入至電子 器件中之電路中，但可借助於散熱片100a之基板層30b來防止該等電路中之電短路，藉此造成對電子器件之損壞減低。絕緣材料未受到特定限制。本文可使用的絕緣材料之非限制性實例可包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯亞胺(PI)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)及其類似者。

顏料層30a係形成於基板層30b之第一表面30b1上，且用來防止光入射於散熱片100a上或洩漏出。因此，當將本發明之散熱片100a應用於顯示器件時，其不僅將引起散熱效應，而且亦將影響借助於顏料層30a來防止光自背光洩漏。藉由將基板層30b之第一表面30b1塗佈包括顏料及溶劑之顏料組合物來形成顏料層30a。在此狀況下，當顏料層為黑色時，防止光入射及光洩漏之所要效應較好。因此，可使用黑色顏料(例如，碳黑)作為顏料。又，可在無特定限制的情況下使用溶劑，只要其係相關技術中已知的(例如，甲基乙基酮)即可。同時，塗佈顏料組合物之方法未受到特定限制，但本文可使用槽模式塗佈、逗號式塗佈、噴霧式塗佈及其類似者。

本發明之散熱片100a中包括的黏著劑層40具有第一表面41及第二表面42。黏著劑層40之第一表面41係經組態以接觸金屬層10之第二表面12，使得散熱片100可黏著至電子器件(或電子部件)。構成此黏著劑層40之材料未受到特定限制，只要其展示黏著性即可。舉例而言，本文可使用的材料之非限制性實例可包括丙烯酸系黏著劑、胺基甲酸酯基黏著劑及聚矽氧基黏著劑。

本發明之散熱片100a中包括的釋離層50係接觸黏著劑層40之第二表面42，且用來保護黏著劑層40。當將散熱片100a應用(附接)至電子器件時，使釋離層50自黏著劑層40分離且移除。構成此釋離層50之材料未受到特定限制，只要其可容易地自黏著劑層40分離即可。舉例而言，本文可使用的材料之非限制性實例可包括聚酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯及聚矽氧。

可藉由如下方式來製造根據本發明之散熱片100a：將金屬層10之第一表面11塗佈有石墨烯組合物以形成石墨烯層20，接著將保護層30層壓至所形成之石墨烯層20之第一表面21上，且將黏著劑層40及釋離層50層壓至金屬層10之第二表面12上。

此處，一種將金屬層10之第一表面11塗佈有石墨烯組合物的方法未受到特定地限制，但可包括凹板印刷式塗佈、微凹板印刷式塗佈、逗號刮刀式塗佈、輥式塗佈、噴霧式塗佈、槽模式塗佈及其類似者。

如上文所描述，可在無特定限制的情況下使用根據本發明之散熱片，只要其適用於需要散熱之區即可。更特定言之，可在諸如筆記型電腦、行動電話、TV及電腦之電子器件或構成該等電子器件之電子部件中使用根據本發明之散熱片。亦即，本發明可提供包括上述散熱片之電子器件。

在下文中，將借助於實例來進一步詳細地描述本發明。然而，應理解，以下實例係僅作為本發明之說明而給出，且並不意欲限制本發明之範疇。

實例1 1)石墨烯組合物之製備

將黏合劑(以商標名稱EP1001而得自韓國首爾市之Kukdo chemical有限公司)、溶劑及固化劑(以商標名稱G5022X70而得自韓國首爾市之Kukdo Chemical有限公司)混合歷時一小時，且向其添加具有1.5μm之平均粒度的石墨烯粒子(以商標名稱C500而得自密西根州蘭辛市之XG Science)，且接著混合歷時又一小時。當完成混合時，攪拌、分散及過濾混合物以製備石墨烯組合物。下表1中列出組份(例如，黏合劑、溶劑及石墨烯粒子)及其含量。

表1

2)散熱片之製造

將如此製備之石墨烯組合物塗佈至厚度為25μm之銅層之一個表面上，在150℃下乾燥歷時3分鐘，且藉由固化劑(以商標名稱G5022X70而得自韓國首爾市之Kukdo Chemical有限公司)進行固化，以形成厚度為12μm之石墨烯層。將已被印刷塗佈有黑色顏料組合物(包括處於30重量百分比之碳黑及處於70重量百分比之甲基乙基酮)的厚度為4.5μm之聚對苯二甲酸乙二酯(基板層)層壓至所形成之石墨烯層上。此後，將具有下表2中列出之組合物的黏著劑溶液(以商標名稱SA-832L而得自韓國京畿道之Hansung Polytech)塗佈至厚度為45μm之聚對苯二甲酸乙二酯(釋離層)上，且在110℃下乾燥歷時1分鐘，以形成厚度為10μm之黏著劑層。隨後，將附接有聚對苯二甲酸乙二酯之黏著劑層層壓至銅層之另一表面上以製造散熱片。

比較實例1

以與實例1中相同之方式來製造散熱片，惟不形成石墨烯層除 外。

比較實例2

以與實例1中相同之方式來製造散熱片，惟如下情形除外：以40重量百分比之含量來使用石墨粒子(以商標名稱CB-100而得自日本滋賀県大津之Nippon Graphite Industries有限公司)，而非使用表1中列出之石墨烯粒子。

比較實例3

以與實例1中相同之方式來製造散熱片，惟如下情形除外：以30重量百分比之量來使用比較實例2之石墨粒子，而非使用石墨烯粒子，且分別以15重量百分比及55重量百分比之量來使用黏合劑及溶劑(包括處於43.3重量百分比之乙酸酯混合物及處於11.7重量百分比之二元酯)，如表1中所列出。

實驗實例1：熱導率之量測

自實例1及比較實例1中製造之散熱片中每一者移除保護層(聚對苯二甲酸乙二酯)。此後，使用雷射閃光裝置LFA447而根據ASTM 1461標準來量測無釋離層之散熱片的熱導率。圖4中展示結果。

參看圖4，可看出，包括實例1中製造之石墨烯層的散熱片相比於不具有比較實例1中製造之石墨烯層的散熱片具有較高熱導率。

實驗實例2：熱導率之量測

分別自實例1以及比較實例2及3中製造之散熱片移除保護層、黏著劑層及釋離層。此後，使用雷射閃光裝置LFA447而根據ASTM 1461標準來量測該等散熱片之熱導率。圖5中展示結果。

如圖5所展示，可看出，使用石墨烯粒子的實例1之散熱片展現優於使用石墨粒子的比較實例2及3之散熱片的熱導率。

與習知散熱片相比較，根據本發明之散熱片具有極佳散熱及處置屬性，此係因為包括石墨烯之石墨烯層形成於金屬層上。又，根據 本發明之散熱片亦展現極佳耐久性，此係因為保護層形成於石墨烯層上以防止石墨烯層之損壞。

對於熟習此項技術者而言將顯而易見，在不脫離本發明之範疇的情況下，可對本發明之上述例示性實施例進行各種修改。因此，希望本發明涵蓋所有此等修改，其限制條件為該等修改係在隨附申請專利範圍及其等效者之範疇內。

10‧‧‧金屬層

20‧‧‧石墨烯層

30‧‧‧保護層

30a‧‧‧顏料層

30b‧‧‧基板層

40‧‧‧黏著劑層

50‧‧‧釋離層

Claims (9)

1. 一種散熱片，其包含：一金屬層，其具有一第一表面及一第二表面；至少一個石墨烯層，其具有一第一表面及一第二表面，其中該石墨烯層之該第二表面接觸該金屬層之該第一表面；一保護層，其包含：(a)一基板層，其具有一第一表面及一第二表面，其中該基板層之第二表面接觸該石墨烯層之該第一表面；及(b)一顏料層，其接觸該基板層之該第一表面；一黏著劑層，其具有一第一表面及一第二表面，其中該黏著劑層之該第一表面接觸該金屬層之該第二表面；及一釋離層，其接觸該黏著劑層之該第二表面，其中該散熱片在一水平方向上具有大約70W/m．K或更大之熱導率。
2. 如請求項1之散熱片，其中該石墨烯層包含石墨烯及黏合劑。
3. 如請求項2之散熱片，其中如藉由拉曼光譜法所分析，石墨烯展示在大約2,500cm^-1至大約2,800cm^-1之波數範圍內的單一峰。
4. 如請求項2之散熱片，其中石墨烯具有大約0.1μm至大約2μm之粒度。
5. 如請求項1之散熱片，其中該石墨烯層具有大約2μm至大約20μm之厚度。
6. 如請求項1之散熱片，其中該基板層係由絕緣材料組成。
7. 如請求項1之散熱片，其中該金屬層包含選自由以下各者組成之群組的至少一者：銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、鎢(W)及鐵(Fe)。
8. 如請求項1之散熱片，其中該石墨烯層包含塗佈於該金屬層之該 第一表面上的一或多個石墨烯層。
9. 一種電子器件，其包含如請求項1至7中任一項之散熱片。