TWI500515B - 石墨片的製備方法及其系統 - Google Patents

Description

石墨片的製備方法及其系統

本發明乃是關於一種石墨片的製備方法及其系統，特別是有關於一種能簡化製備流程及提高產能之石墨片的製備方法及其系統。

近年來，隨著科技的蓬勃發展，電子產品的工作性能不斷地被提升，並且電子產品的尺寸亦越來越小，而隨著電子產品的工作速度與效率的提高，這也意謂著電子產品的發熱量越來越大，因此電子產品不僅需要配備相應的散熱裝置，還要確保散熱裝置具有絕佳的散熱能力，以適時地散除電子產品內部之電子元件於運作時所產生之熱能，藉此確保電子產品能正常運作，進而提高產品性能的可靠性及延長產品的使用壽命。

對此，石墨片(Graphite Sheet)因具有相對於金屬散熱片之低密度特性，以及具有高散熱/導熱、絕緣抗腐蝕及低熱阻等特性，目前已成為用以幫助電子產品快速散熱/導熱的首選材料。石墨片除了可以沿水平進行導熱，還可沿垂直方向進行導熱，特別是石墨片為片層狀結構，因此更能適用於任何產品的表面，以利達到更佳的散熱/導熱之作用。

然而，於傳統的石墨片之製備過程中，通常須先對天然的石墨鱗片進行酸化處理及連續高溫鍛燒以產生石墨蓬鬆片，接著靜置石墨蓬鬆片一特定時間以便退溫取出。之後，還須將石墨蓬鬆 片滾壓至具預定厚度之石墨片，以完成石墨片之製備。值得注意的是，於單次石墨片之製備過程，僅能獲得一石墨片，如此反覆操作將花費大量的製備時間，這將使得石墨片的產能效率無法提高。

本發明提供一種石墨片的製備方法，所述石墨片的製備方法包括以下步驟：提供第一石墨片，其中第一石墨片具有第一表面及相對於第一表面的第二表面；分別黏附第一及第二離型基材於第一及第二表面上，其中第一離型基材完全覆蓋第一表面，以及第二離型基材完全覆蓋第二表面；沿第一石墨片的第一側邊分離第一及第二離型基材，以將第一石墨片分離為厚度均勻之第二及第三石墨片；壓實分離後之第二石墨片；黏附第三離型基材至第二石墨片的分離面；以及沿第二石墨片的第二側邊分離第一及第三離型基材，以將第二石墨片分離為厚度均勻之第四及第五石墨片。

另一方面，本發明提供一種石墨片的製備系統，所述石墨片的製備系統包括上膠單元、分離單元、加壓單元及控制單元。上膠單元用以分別於第一石墨片之第一表面及相對於第一表面的第二表面上黏附第一及第二離型基材。分離單元用以分離第一及第二離型基材，以將第一石墨片分離為兩厚度均勻之第二及第三石墨片。加壓單元用以壓實分離後之第二或第三石墨片。控制單元電性連接上膠單元、分離單元及加壓單元，並且控制單元用以控制上膠單元、分離單元及加壓單元的運作狀態。

綜上所述，本發明實施例所提出之石墨片的製備方法及其系統，藉由於第一石墨片之第一表面及第二表面上黏附第一及第二離型基材，並且藉由分離第一及第二離型基材以將第一石墨片一分為二，亦即將第一石墨片分離為厚度均勻之第二及第三石墨 片，接著於第二石墨片之分離面黏附第三離型基材，之後分離第一及第三離型基材，以將第二石墨片分離為厚度均勻之第四及第五石墨片。如此反覆操作，除了可減少傳統上石墨片之製備時間，還可簡化製備流程。此外，本發明實施例所提出之石墨片的製備方法及其系統，還可在常溫下進行。再者，本發明實施例所提出之石墨片的製備方法及其系統亦不須使用昂貴的製程設備，且無須經由化學處理，而可降低製備成本及減少環境汙染。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

10、40‧‧‧第一石墨片

10a‧‧‧第二石墨片

10b‧‧‧第三石墨片

11a、41a‧‧‧第一離型基材

11b、41b‧‧‧第二離型基材

12‧‧‧第一側邊

13‧‧‧接合面

14、14a、64‧‧‧開口

X、Y、Z‧‧‧端點

V1、V2‧‧‧真空吸引機

L‧‧‧中心線

100‧‧‧石墨片的製備系統

110‧‧‧控制單元

120‧‧‧上膠單元

130‧‧‧分離單元

140‧‧‧加壓單元

S310~S360‧‧‧步驟

圖1為根據本發明實施例之石墨片之兩表面貼附離型基材之示意圖。

圖2為根據本發明實施例之石墨片沿第一側邊被分離之示意圖。

圖3為根據本發明實施例之石墨片的製備方法之流程圖。

圖4為根據本發明另一實施例之石墨片之兩表面貼附有離型基材之示意圖。

圖5A為根據本發明另一實施例之於兩表面貼附有離型基材之石墨片進行側邊加壓密封之示意圖。

圖5B為根據圖5A所示之石墨片執行密封程序後之示意圖。

圖5C為根據圖5B所示之接合面上形成開口之示意圖。

圖5D為根據圖5C之石墨片的開口之示意圖。

圖6為根據本發明另一實施例之石墨片的開口之示意圖。

圖7為根據本發明實施例之石墨片的製備系統之示意圖。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。

在下文中，將藉由圖式說明本發明之多種實施例來詳細描述本發明，而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。

〔石墨片的製備方法的實施例〕

請參照圖1，圖1為根據本發明實施例之石墨片之兩表面貼附離型基材之示意圖。如圖1所示，第一石墨片10(習知為片層狀結構)的第一表面(例如上表面)及相對於第一表面的第二表面(例如下表面)分別黏附有第一離型基材11a及第二離型基材11b。進一步地說，請一併參照圖2，圖2為根據本發明實施例之石墨片沿第一側邊被分離之示意圖。如圖2所示，利用真空吸引機V1及真空吸引機V2分別吸附第一離型基材11a及第二離型基材11b，以便分離第一離型基材11a及第二離型基材11b，進而將第一石墨片10分離為第二石墨片10a及第三石墨片10b。於第一石墨片被分離為第二石墨片10a及第三石墨片10b後，利用滾壓機(未繪示)滾壓分離後之第二石墨片10a或第三石墨片10b，以壓實分離後之石墨片而使石墨片之片層間間距變小，達到層與層之間緊密疊 合，接著於第二石墨片10a或第三石墨片10b的分離面黏附第三離型基材(未繪示)，之後再次利用真空吸引機V1及真空吸引機V2，以分離第二石墨片10a或第三石墨片10b為複數個石墨片。藉由反覆操作上述之流程，本發明實施例所提出之石墨片的製備方法可減少石墨片之製備時間，並且還可簡化製備流程。

接下來要教示的，是另舉圖式來進一步說明石墨片的製備方法之工作原理以便瞭解本揭露內容。

請同時參照圖1、圖2及圖3，圖3為根據本發明實施例之石墨片的製備方法之流程圖。如圖3所示，所述方法包括如下步驟。

步驟S310：提供第一石墨片。如圖1所示，第一石墨片10例如為已被壓實之一般石墨紙。第一石墨片10可為平面形狀，以便被貼附於電子元件上來幫助散熱。

步驟S320：分別黏附第一及第二離型基材於第一及第二表面上。在此步驟中，第一離型基材11a完全覆蓋第一石墨片10的第一表面(例如上表面)，以及第二離型基材11b完全覆蓋第一石墨片10的第二表面(例如下表面)。第一離型基材11a及第二離型基材11b例如為離型紙或塑膠薄膜，材質可為聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、纖維素類紙漿或其複合物。第一離型基材11a之一表面上塗佈有第一黏著層(未繪示)，以便黏附於第一石墨片10的第一表面上，以及第二離型基材11b之一表面上塗佈有第二黏著層(未繪示)，以便黏附於第一石墨片10的第二表面上，其中第一黏著層及第二黏著層例如為矽膠或壓克力膠等黏著劑。值得一提的是，本實施例並不限制第一離型基材11a及第二離型基材11b或第一及第二黏著層的態樣，所列舉之物質僅是本實施例較佳之選擇，本領域具通常知識者應可據該領域之知識進行第一離型基材11a及第二離型基材11b或第一及第二黏著層之材質變換。

步驟S330：沿第一石墨片的第一側邊分離第一及第二離型基 材，以將第一石墨片分離為厚度均勻之第二及第三石墨片。在此步驟中，如圖1及圖2所示，利用真空吸引機V1及真空吸引機V2吸附部分的第一離型基材11a及第二離型基材11b，亦即沿第一石墨片的第一側邊12，以吸附靠近第一石墨片10之第一側邊12的第一離型基材11a及第二離型基材11b之部分表面面積，接著分別拉離真空吸引機V1及真空吸引機V2，以將第一石墨片10分離為厚度均勻之第二石墨片10a及第三石墨片10b。進一步地說，在拉離真空吸引機V1及真空吸引機V2以將第一石墨片10分離為厚度均勻之第二石墨片10a及第三石墨片10b之過程中，所述真空吸引機V1及真空吸引機V2還搭配一滾輪組(未繪示)，用以牽引真空吸引機V1及真空吸引機V2，進而連帶地將第一石墨片10分離為厚度均勻之第二石墨片10a及第三石墨片10b。值得注意的是，因石墨片為片層狀結構，所以於步驟S320中，藉由將第一離型基材11a及第二離型基材11b分別黏附並完全覆蓋於第一石墨片10之第一及第二表面上，以及於步驟S330中，利用真空吸引機V1及真空吸引機V2吸附靠近第一石墨片10之第一側邊12的第一離型基材11a及第二離型基材11b之部分表面面積，並且拉離真空吸引機V1及真空吸引機V2，而能將第一石墨片10分離為厚度均勻之兩石墨片(即第二石墨片10a及第三石墨片10b)，其中第二石墨片10a及第三石墨片10b之厚度相近。此外，須一提的是，於執行步驟S330後，在第二石墨片10a及第三石墨片10b之分離面上會有副產物產生(例如為石墨烯)。石墨烯是一種透明、良好的導體，可被應用於透明觸控螢幕、光板、甚至是太陽能電池的製造上。

步驟S340：壓實分離後之第二石墨片。因分離後的第二石墨片10a的密度不似第一石墨片10這般緊實，故需利用滾壓機(未繪示)滾壓分離後之第二石墨片10a。值得注意的是，在另一實施例中，亦可利用熱壓機來壓實分離後之第二石墨片10a，本實施例並 不限制壓實第二石墨片10a之可能運行方式。

步驟S350：黏附第三離型基材至第二石墨片的分離面。在此步驟中，第三離型基材(未繪示)完全覆蓋第二石墨片10a的分離面。此外，第三離型基材之材質亦可同於第一離型基材11a及第二離型基材11b，例如為聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、纖維素類紙漿或其複合物等離型紙或塑膠薄膜，並且第三離型基材之一表面上塗佈有矽膠或壓克力膠等黏著劑，以便黏附於第二石墨片10a的分離面上。當然，本實施例亦不限制第三離型基材以及黏著劑之可能態樣，前述所列舉之物質僅是本實施例較佳之選擇。

步驟S360：沿第二石墨片的第二側邊分離第一及第三離型基材，以將第二石墨片分離為厚度均勻之第四及第五石墨片。在此步驟中，同樣地，利用真空吸引機V1及真空吸引機V2吸附部分的第二離型基材11b及第三離型基材(未繪示)，亦即沿第二石墨片10a的一側邊(即所述第二側邊)，以分別吸附靠近第二側邊的第二離型基材11b及第三離型基材之部分表面面積，進而將第二石墨片10a分離為厚度均勻之第四石墨片(未繪示)及第五石墨片(未繪示)。

更進一步地說，於執行步驟S360後，本領域具通常知識者亦可對第四石墨片或第五石墨片執行類似於步驟S340~步驟S360之製備流程，以進一步地將第四石墨片或第五石墨片分為更薄之複數個石墨片。如此反覆對分離後之石墨片執行類似於步驟S340~步驟S360之製備流程，則可生成不同厚度之石墨片，以做不同之應用。因此，本發明實施例所提出之石墨片的製備方法，除了可減少傳統上石墨片之製備時間，還可簡化製備流程。此外，本發明實施例所提出之石墨片的製備方法，因可在常溫下進行且不須使用昂貴的製程設備，故可使製備成本降低。再者，本發明實施例所提出之石墨片的製備方法，由於無須經由化學處理，故還可 減少汙染。

尚須一提的是，於上述步驟S340中，除了對第二石墨片10a進行壓實程序外，還可對第三石墨片10b進行壓實程序，並進一步地對壓實後的第三石墨片10b執行步驟S350~步驟S360，以進一步製造出更多之石墨片，亦即本實施例並不限制僅對第二石墨片10a執行步驟S340~步驟S360。

在此須說明的是，圖3實施例之各步驟僅為方便說明之須要，本發明實施例並不以各步驟彼此間的順序作為實施本發明各個實施例的限制條件。

〔石墨片的製備方法的另一實施例〕

請參照圖4，圖4為根據本發明另一實施例之石墨片之兩表面貼附有離型基材之示意圖。在本實施例中，與上述圖1實施例不同的是，黏附於第一石墨片40之兩表面上的第一離型基材41a及第二離型基材41b，並非切齊於第一石墨片40之兩側邊，而是凸出於第一石墨片40的其中一側邊，藉此以便由機械手臂或人工的方式來執行上述步驟S330，來完成第一離型基材41a及第二離型基材41b的分離。

詳細地說，第一離型基材41a及第二離型基材41b之尺寸大於第一石墨片40。因此，於步驟S320中，在第一離型基材41a及第二離型基材41b分別黏附於第一石墨片40之第一及第二表面(即第一石墨片40之上下表面)上後，第一離型基材41a及第二離型基材41b係凸出於第一石墨片40的同一側邊(如圖4所示)。接下來，於步驟S330中，第一離型基材41a及第二離型基材41b便可利用機械手臂或人工的方式來取代真空吸引機V1及真空吸引機V2，以進行第一離型基材41a及第二離型基材41b的分離，進而將第一石墨片40分離為厚度均勻之兩石墨片。之後，對分離後之至少一石墨片依序執行圖3實施例之步驟S340~步驟S360，以完成不同厚度之石墨片的製備。

在本實施例中，關於石墨片的製備方法之各步驟的相關細節在上述圖1~圖3實施例已詳細說明，在此恕不贅述。

〔石墨片的製備方法的另一實施例〕

請同時參照圖5A、圖5B及圖5C，圖5A為根據本發明另一實施例之於兩表面貼附有離型基材之石墨片進行側邊加壓密封之示意圖。圖5B為根據圖5A所示之石墨片執行密封程序後之示意圖。圖5C為根據圖5B所示之接合面上形成開口之示意圖。在本實施例中，與上述圖1至圖3實施例不同的是，在步驟S320之後以及步驟S330之前，還須執行一密封程序，以沿第一石墨片10之第一側邊12融熔第一離型基材11a及第二離型基材11b，而使得第一離型基材11a及第二離型基材11b相互接合，進而形成一接合面13，並且所述接合面13會完全密封第一側邊12。接下來，於接合面13上形成一開口14。如此，於步驟S330中，在拉離真空吸引機V1及真空吸引機V2時，將使得接合面13由開口14裂開，進而造成第一石墨片10沿第一側邊12被分離為厚度均勻之第二石墨片10a及第三石墨片10b。

詳細地說，上述之密封程序例如為利用一熱壓機或一熱滾壓機(未繪示)對第一石墨片10之第一側邊12進行熱壓或熱滾壓，造成鄰近於第一側邊12之部分第一離型基材11a及第二離型基材11b溫度升高，而使得第一離型基材11a及第二離型基材11b產生融熔現象，因而第一離型基材11a及第二離型基材11b會沿第一側邊12相互接合，進而形成所述接合面13。值得注意的是，於實務上，第一石墨片10之厚度其實很薄，因此在對第一石墨片10之第一側邊12進行熱加壓的過程中，位於第一石墨片10之第一側邊12的部分石墨之厚度會變得更薄，因而於第一離型基材11a及第二離型基材11b受熱融熔後，便可產生接合現象而密封第一石墨片10之第一側邊12。值得一提的是，於另一實施例中，密封程序亦可例如為利用一般滾壓機或其他一般加壓機僅先對第一石 墨片10之第一側邊12進行加壓之動作而未對第一石墨片10之第一側邊12進行加熱。而於第一石墨片10之第一側邊12進行加壓後，再以高溫雷射光對第一側邊10進行雷射燒結，以融熔第一離型基材11a及第二離型基材11b，而使得第一離型基材11a及第二離型基材11b沿第一側邊12相互接合，進而形成所述接合面13。

另一方面，請一併參照圖5D，圖5D為根據圖5C之石墨片的開口之示意圖。在本實施例中，於接合面13上形成開口的方式可以為，利用雷射機發出一雷射光，並且經由操作雷射機來控制雷射光沿著中心線L由端點X切劃到端點Y，以於接合面13上形成長度相等於第一側邊12長度之開口14。如此一來，於步驟S330中，利用真空吸引機V1及真空吸引機V2吸附部分的第一離型基材11a及第二離型基材11b且在拉離真空吸引機V1及真空吸引機V2時，可使接合面13由開口14裂開，而造成第一石墨片10沿第一側邊12被分離為厚度均勻之第二石墨片10a及第三石墨片10b。

值得注意的是，請參照圖6，圖6為根據本發明另一實施例之石墨片的開口之示意圖。於另一實施例中，在利用雷射機沿中心線L劃過接合面13時，可僅由端點X劃到端點Z，以形成開口長度短於開口14之開口64。詳細地說，由於第一石墨片10係為片層狀結構，因此就算未形成如開口14之長度較長之開口64，在經由真空吸引機V1及真空吸引機V2吸附第一離型基材11a及第二離型基材11b並拉離真空吸引機V1及真空吸引機V2時，亦可順利將第一石墨片10分離為厚度均勻之第二石墨片10a及第三石墨片10b。

接下來，便可對分離後之第二石墨片10a或第三石墨片10b執行如圖3實施例所述之步驟S340至步驟S360，以製備出更多之石墨片。在本實施例中，關於石墨片的製備方法之各步驟的相關細節在上述圖1~圖3實施例已詳細說明，在此恕不贅述。

尚須一提的是，於又一實施例中，如圖4所示，針對第一石墨片40之凸出有第一離型基材41a及第二離型基材41b之側邊，本領域具通常知識者亦可對所述第一石墨片40之側邊執行上述之密封程序，以利密封所述第一石墨片40之側邊，接著在於經密封後的第一石墨片40之側邊面上形成如圖5C實施例所示之一開口。

〔石墨片的製備系統的實施例〕

請同時參照圖1至圖3及圖10，圖10為根據本發明實施例之石墨片的製備系統之示意圖。石墨片的製備系統100包括控制單元110、上膠單元120、分離單元130及加壓單元140。控制單元110分別電性連接上膠單元120、分離單元130及加壓單元140，並且控制單元110用以控制上膠單元120、分離單元130及加壓單元140的運作狀態，控制單元110例如為電腦裝置。

上膠單元120用以分別於第一石墨片10之第一表面及相對於第一表面的第二表面上黏附第一離型基材11a及第二離型基材11b。分離單元130用以分離第一離型基材11a及第二離型基材11b，以將第一石墨片10分離為兩厚度均勻之第二石墨片10a及第三石墨片10b，其中分離單元130包含如前述實施例之真空吸引機V1及真空吸引機V2，以便分離第一離型基材11a及第二離型基材11b。加壓單元140用以壓實分離後之第二石墨片10a或第三石墨片10b，其中加壓單元140例如為前述實施例之滾壓機或熱壓機。

值得注意的是，關於石墨片的製備系統之可能實施方式，乃是本領域具通常知識者依據上述圖1~圖4實施例可輕易推知，故在此恕不贅述。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例所提出之石墨片的製備方法及其系統，除了可減少傳統上石墨片之製備時間，還可簡化製備流程，並且相較於傳統的製備石墨片之過程，所述石墨片的製備方法及 其系統可在常溫下進行，並且不須使用昂貴的製程設備，亦無須經由化學處理，而可使製備成本降低及減少汙染。

惟上述所揭露之圖式及說明，僅為本發明之實施例而已，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，當可依據上述之說明做各種之更動與潤飾，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

S310、S320、S330、S340、S350、S360‧‧‧步驟

Claims (9)

1. 一種石墨片(Graphite Sheet)的製備方法，包括：提供一第一石墨片，其中該第一石墨片具有一第一表面及相對於該第一表面的一第二表面；分別黏附一第一及一第二離型基材於該第一及該第二表面上，其中該第一離型基材完全覆蓋該第一表面，以及該第二離型基材完全覆蓋該第二表面；沿該第一石墨片的一第一側邊分離該第一及該第二離型基材，以將該第一石墨片分離為厚度均勻之一第二及一第三石墨片；執行一密封程序，以沿該第一側邊融熔該第一及該第二離型基材，而使得該第一及該第二離型基材相互接合，進而形成一接合面，其中該接合面完全密封該第一側邊；以及於該接合面上形成一開口。
2. 如請求項第1項所述之石墨片的製備方法，其中在沿該第一石墨片的該第一側邊分離該第一及該第二離型基材之步驟中，包含：施加拉力於該第一及該第二離型基材上，以使該接合面由該開口裂開，進而沿該第一石墨片的該第一側邊分離該第一石墨片為厚度均勻之一第二及一第三石墨片。
3. 如請求項第1項所述之石墨片的製備方法，其中該密封程序為熱加壓該第一側邊，以融熔該第一及該第二離型基材，而使得該第一及該第二離型基材沿該第一側邊相互接合，進而形成該接合面。
4. 如請求項第1項所述之石墨片的製備方法，其中該密封程序為先對該第一側邊進行加壓後，再對該第一側邊進行雷射燒結， 以融熔該第一及該第二離型基材，而使得該第一及該第二離型基材沿該第一側邊相互接合，進而形成該接合面。
5. 如請求項第1項所述之石墨片的製備方法，更包括：壓實分離後之該第二石墨片；黏附一第三離型基材至該第二石墨片的一分離面；以及沿該第二石墨片的一第二側邊分離該第一及該第三離型基材，以將該第二石墨片分離為厚度均勻之一第四及一第五石墨片。
6. 如請求項第1項所述之石墨片的製備方法，其中該第一及該第二離型基材分別凸出於該第一石墨片的該第一側邊。
7. 如請求項第1項所述之石墨片的製備方法，其中該第一離型基材與該第一表面之間具有一第一黏著層，該第二離型基材與該第一表面之間具有一第二黏著層。
8. 如請求項第1項所述之石墨片的製備方法，更包括：提供複數個真空吸引機，以分別吸附該第一及該第二離型基材。
9. 一種石墨片的製備系統，包括：一上膠單元，用以分別於一第一石墨片之一第一表面及相對於該第一表面的一第二表面上黏附一第一及一第二離型基材；一分離單元，用以分離該第一及該第二離型基材，以將該第一石墨片分離為兩厚度均勻之一第二及一第三石墨片；一加壓單元，用以壓實分離後之該第二或該第三石墨片；以及一控制單元，電性連接該上膠單元、該分離單元及該加壓單元，該控制單元用以控制該上膠單元、該分離單元及該加壓單元的運作狀態。