TWI614352B - 散熱銅箔及石墨烯複合材料 - Google Patents

散熱銅箔及石墨烯複合材料 Download PDF

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TWI614352B TW105134732A TW105134732A TWI614352B TW I614352 B TWI614352 B TW I614352B TW 105134732 A TW105134732 A TW 105134732A TW 105134732 A TW105134732 A TW 105134732A TW I614352 B TWI614352 B TW I614352B
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Abstract

一種製備複合散熱結構之方法，係藉由沉積石墨烯粉體之漿料於銅箔上；乾燥該漿料，以形成與該銅箔接觸之石墨烯層；及在加壓力下固結該石墨烯層，以降低該石墨烯層之厚度，並得到該複合散熱結構。本發明復揭露一種散熱銅箔、一種複合散熱結構及一種包含該複合散熱結構之電子裝置。

Description

散熱銅箔及石墨烯複合材料
就智能裝置而言，例如智慧型電話及穿戴式裝置，其越來越多功能化和輕量化，使得這些裝置之熱能管理變得越來越重要。如何自如電晶體、背光模組及電池等組件減少或移除產生的熱能係該等裝置之結構和整體設計之相當重要的任務。本發明係有關於銅箔及石墨烯之複合材料、其結構之體現和該智能裝置之熱能管理方法，其係利用該等複合材料及結構管理該等裝置產生之熱能。
至目前為止，熱解石墨片係用於散熱組件，然而，熱解石墨片之製造成本非常昂貴，且熱解石墨片非常脆而容易開裂或碎裂。熱解石墨片係藉兩步方法由聚醯亞胺(PI)膜製備。第一步驟是於1000至1400℃環境下操作碳化製程，其間該PI膜之顏色自褐色變為黑色；第二步驟係於1800至3000℃環境下操作石墨化步驟，其中該碳原子重新排列成石墨結構。熱解石墨片很脆，於運輸及裝卸過程中，尤其係在將其安裝在電子設備上之過程中容易開裂或碎裂。高溫製程耗費之能源又非常昂貴的，尤其是當所得的 石墨片因裂化造成的高損耗率。因此，存在提供成本更低且結構更好的替代品以取代熱解石墨片作為用於散熱的組件之需求。
第7,071,258號美國專利揭露石墨烯的製備，其全部公開內容係併入本文作為參考。石墨烯可以由部分或完全碳化聚丙烯腈(PAN)纖維及酚醛樹脂等各種前驅物聚合物、或熱處理石油或煤焦油瀝青、剝離所得的碳狀或石墨狀結構及機械研磨(例如球磨)使剝離結構成為奈米等級來製備。儘管前述專利描述將奈米級石墨烯(NGP)材料加入基質材料，以得到NGP強化複合材料，仍未揭露製造石墨烯塗覆的金屬片，更未揭露銅箔/石墨烯複合材料。
於下列詳細敘述中，即使在不同的圖式中，共通元件係使用相同元件符號。
於一具體實施例中，散熱銅箔係具有大於90%之銅含量；介於280至900(克/平方公尺)之單位面積重量；該銅箔包括兩表面，所述兩表面包括輥筒面及沉積面；該銅箔之沉積面具有不超過1.0微米之表面粗糙度(Rz)。
於一具體實施例中，展現與熱解石墨片相同之散熱性之散熱組件能夠以銅箔與石墨烯的複合材料之形式呈現。
於其他具體實施例中，散熱結構包括石墨烯/銅箔複合膜，該複合材料具有比現有習知技術之熱解石墨片更高可撓性。
於更進一步之具體實施例中，智能裝置包括新一類之 散熱結構，該散熱結構包括複合之銅箔及石墨烯，其中複合結構可以是平面形狀或是包括三維結構，以供智能裝置之組件附近的散熱表面，該組件包含但不限於電池、用於該裝置顯示器之背光模組或其他組件。
該複合散熱組件及結構在製造及安裝於智能裝置之成本更低。此外，由於銅箔-石墨烯複合材料之可撓性增加，比先前技術之熱解石墨片更容易處理及組裝，且比較不容易在處理和組裝於智能設備時破損。
進一步而言，隨著銅箔-石墨烯複合材料更容易再製，複合材料可以回收，延長了組件的使用壽命，並減少對環境的索求。
10、11、12‧‧‧熱解石墨片(先前技術)
121、131‧‧‧熱源
123、133‧‧‧側/輥筒面
124‧‧‧熱傳導性黏著劑
125‧‧‧側/沉積面
126‧‧‧電子裝置
132、53‧‧‧銅箔
20‧‧‧銅箔/銅箔層
22、55、120、130、137‧‧‧石墨烯層
24、57、102‧‧‧黏著層
25、56、64‧‧‧表面
26‧‧‧第二石墨烯層
40‧‧‧散熱測試裝置
41‧‧‧加熱器
42‧‧‧模擬主板
43‧‧‧電池
44‧‧‧丙烯酸系片材
45、46‧‧‧熱傳感器
47‧‧‧散熱片
50‧‧‧石墨烯層/銅箔複合材料
54、135‧‧‧沉積面
60、62、101、122‧‧‧銅箔
66‧‧‧粗化表面
第1圖為先前技術，其係顯示熱解石墨片於iPhone 4s的放置位置；第2圖為單側塗覆之石墨烯/銅箔複合材料的示意圖；第3圖為雙側塗覆之石墨烯/銅箔/石墨烯複合材料的示意圖；第4圖為散熱測試裝置的示意圖；第5A、5B及5C圖為第4圖之散熱測試裝置各個部分的示意圖；第6A圖為具有低表面粗糙度(Rz)之銅箔的示意圖；第6B圖為相較於第6A圖具有較大表面粗糙度(Rz)之銅箔的示意圖；第7圖為表示平衡溫度(℃)相對於單位面積重量(克/ 平方公尺)之圖表；第8圖為銅箔-石墨烯複合材料加上黏著層之示意圖；第9圖為顯示電解(ED)銅箔(無石墨烯層)與壓延銅箔(無石墨烯層)之平衡溫度(℃)相對於粒徑(奈米)之比較圖表，其中各該銅箔帶有黏著層；第10圖為第9圖圖表中測試的電解(ED)銅箔及黏著層之示意圖；第11A、11B及11C圖為電解銅箔之沉積面色彩L*、色彩a*及色彩b*相對於各種粒徑(奈米)的圖表。
第12A及12B圖為分別顯示藉由於單一面塗覆石墨烯之銅箔進行散熱、及藉由雙面塗覆石墨烯之銅箔進行散熱之圖示；第13A、13B及13C圖為分別圖示三種不同的表面粗糙度(Rz)的銅箔表面之實施例；以及第14圖為顯示對水性石墨烯漿料退潤濕之銅箔照片。
咸知，本發明的各種實施態樣不應限於上述圖式示意之設置與手段。
如第1圖所示之先前技術，其為經拆開的蘋果手機iPhone 4S之示意圖，熱解石墨片10、11、12係用於屏蔽過多的熱能以保護手機組件。該手機中過熱之部分包括電晶體、背光模組及電池(全部未示出)，皆被熱解石墨片10、11及12中之一者所覆蓋。
如上所述，由於將聚醯亞胺(PI)膜等碳質膜轉變成上 述熱解石墨片所需要的能量成本高，因此熱解石墨片之製造成本非常昂貴。
此外，所得到之熱解石墨片非常脆且容易破裂。一旦破裂，熱解石墨片就無法達到其預期目的(散熱)，而必須報廢，導致原料的總損失及用於製造熱解石墨片之高能量成本。
本發明業已發現具有熱解石墨片所有散熱特性且無其缺陷的替代材料。該替代材料之製造成本低廉，相較於先前技術的熱解石墨片有更大的可撓性，因此可成形為三維結構，而且即使損壞仍可回收，從而回收在其製造中使用的原料。
於一具體實施例中，該替代材料包括石墨烯/銅箔複合膜。該複合材料係如第2圖所示，其中20係表示複合材料的銅箔，及22係表示石墨烯層。為了便於施用該複合材料於電子裝置之所欲區域，包括智慧型手機、穿戴式裝置和電子裝置的其他高放熱/熱屏蔽區域，係視需求施用黏著層24以結合複合材料於該裝置之所欲區域。
受限於電子裝置之空間，該銅箔的厚度亦有所受限。然而，當提供之銅箔產自於電解(ED)銅箔，在陰極輥筒的相反側，即該銅箔相鄰電解浴之該側，如所知之沉積面通常具有大於該銅箔相鄰陰極之該側(如所知之輥筒面)之表面粗糙度。若需要，可以藉由研磨控制陰極輥筒之表面至鏡面。第6B圖則顯示沉積面存在一粗化表面66。對相同的厚度銅箔而言，相較於較小表面粗糙度(Rz)之表面64(如 第6A圖所示)，第6A圖的銅箔60相較於第6B圖的銅箔62含有較多之銅，以相同的厚度而言，該第6A圖之銅箔60相較於第6B圖的銅箔62具有較高的銅含量(銅含量=[單位面積重量(克/平方公尺)/(厚度(微米)×8.96(克/立方公分))]×100>90，其中厚度係使用測微計量測)，且相較於相同厚度T之銅箔62，第6A圖之銅箔60是較佳之散熱件。
本發明業經發現該複合材料中之銅箔輥筒面之最佳表面粗糙度(Rz)介於0.5至2.5微米。若該表面粗糙度(Rz)低於0.5，不僅銅箔及石墨烯層之間的黏著性差，該表面積也較低，致使不符需求之低散熱性。在另一方面，若表面粗糙度(Rz)大於2.5微米，該銅箔之銅含量過低，亦致使不符需求之低散熱性。
但應理解，該0.5至2.5微米之範圍係指最廣範圍，但其可清楚地理解，該範圍內之0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3及2.4微米亦可以作為範圍之下限值或上限值，並且用於複合材料中之銅箔任何特定輥筒面之絕對表面粗糙度(Rz)。
另一方面，銅箔沉積面之表面粗糙度(Rz)係介於0.3至1.0微米。當沉積面的表面粗糙度(Rz)位於該範圍內之較低點時，該石墨烯層的塗覆會更均勻，但若沉積面之表面粗糙度(Rz)小於0.3微米時，該銅箔及石墨烯層之間的黏著性會較差。應當理解的是，介於0.3至1.0微米的範圍是指所述銅箔沉積面的表面粗糙度之最廣範圍，但其可清楚地 理解，該範圍內之0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9及0.95微米亦可以作為範圍之下限值或上限值，並且用於複合材料中之銅箔任何特定沉積面之絕對表面粗糙度(Rz)。
於一具體實施例，如第2圖所示，該黏著層24的厚度為30微米，該石墨烯層22的厚度為15微米，且僅允許銅箔層20之厚度改變。如第7圖的圖表所示，較厚之銅箔具有最佳的散熱性能，特別是當銅箔20中之銅含量高時。應當理解，第7圖係指固定的石墨烯層厚度，而僅改變銅箔厚度，顯示該等改變係歸因於不同的銅箔厚度。當相較於第9圖所示之壓延銅箔，對於具有較小的粒徑(粒徑係藉由Scherrer公式(D(粒徑)=K λ/Bcos θ)由XRD(X光繞射)峰計算而得，其中λ為波長，B為針對儀器展寬(instrument broadening)校正的FWHM(弧度)，θ為布拉格角，K為0.9至1之晶體形狀因子)之電解銅箔及壓延銅箔而言，具有介於30至45奈米的粒徑之電解銅箔提供優異的平衡溫度。應當理解的是，介於30至45奈米是指最廣的範圍，但其可被清楚理解，該範圍內之31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43及44奈米亦可以作為該範圍之下限值或上限值，並且用於複合材料中之特定銅箔之絕對粒徑。應當進一步理解第9圖之圖表中，僅該銅箔101及黏著層102(如第10圖所示)用於測試，而無石墨烯層，從而可評價該銅箔的特性。可藉由調整電解條件(舉例而言，有機添加劑濃度、電流密度、電解浴之溫度)來控制電解銅箔 之結晶粒徑。當該銅箔具有大的粒徑，其具有良好的散熱性。本發明推斷，相較於具有較小粒徑的銅箔，會因較少的晶粒邊界而具有良好的散熱特性。
第11A、11B及11C圖分別係色彩L*、色彩a*、及色彩b*相對於沉積面的粒徑的圖解說明，當粒徑大於30奈米時，該銅箔具有良好的散熱性。第11A圖中特定沉積面之色彩L*介於20至40之範圍，第11B圖中沉積面之色彩a*係介於6至11之範圍，第11C圖中沉積面之色彩b*係介於3至8之範圍。物體的顏色通常與亮度(明度)L*、色相(色質)a*和彩度(鮮艷度)b*這三個因素有關。為精確測量和表現這些因素，係使用以數值表現這些因素之色度系統。該L*a*b*色度系統係如JIS Z 8729所描述者。
當石墨烯層被加至該銅箔，石墨烯/銅箔複合材料的散熱相當於熱解石墨片。不僅在散熱性相當，且製備該複合石墨烯/銅箔的成本遠低於提供等效散熱性的熱解石墨片。
此外，熱解石墨片非常脆，可能會破裂或於運輸/裝卸及安裝於電子裝置時損壞。該複合石墨烯/銅箔為比先前技術的熱解石墨片更有可撓性，且比較不容易在處理及安裝過程中開裂。若損壞，先前技術之熱解石墨片須被報廢，而本發明實施例之複合石墨烯/銅箔若損壞，仍可回收以再製其組件，鑑於製備熱解石墨片時所必須之高熱能活動，一旦熱解石墨片損壞且無法恢復，就損失了製備先前技術之熱解石墨片之能量。
石墨烯具有優異的熱傳導性能，藉由在基板上塗佈石 墨烯產生迅速且均勻的熱量擴散。當基板係如本發明具體實施例之銅箔，各組件提供散熱功能。同時，該石墨烯塗層形成提供增加輻射區域和效率之熱輻射之規模結構，從而大幅降低了溫度。
於本發明一具體實施例中，該複合材料能夠以多種形式呈現。
根據第12A圖所示本發明之具體實施例，單獨一層石墨烯層120可塗覆於電解銅箔122上，熱傳導性黏著劑124可施加於該石墨烯層120上以黏著該銅箔/石墨烯複合材料於電子裝置126之一部分。於一些情況下，熱傳導黏著層可施用於塗覆有石墨烯之銅箔之銅箔側。在此例子當中，熱源121係面向該銅箔，並立即被該銅箔122吸收及沿著該銅箔122的外形尺寸傳遞，在其影響該電子裝置126之部件前藉由石墨烯層120溢散，使該電子裝置受到保護。於本具體實施例中，較佳係降低銅箔122每一側123、125的表面粗糙度(Rz)，該輥筒面123之表面粗糙度(Rz)係藉由研磨該陰極(輥筒)之表面來控制。相鄰該石墨烯層120之該沉積面125之表面粗糙度(Rz)係藉由加入有機添加劑於形成該電解銅箔122之硫酸銅電解液來控制。於本具體實施例中，該沉積面125之表面粗糙度(Rz)係低於該輥筒面123之表面粗糙度(Rz)，所以較佳係於該電解銅箔之沉積面塗覆石墨烯層，並使銅箔之輥筒面面向該熱源。如上述控制表面粗糙度(Rz)是需要的，不僅是要控制在石墨烯層120和銅箔122之間的黏著性，亦要確保足夠的銅含量 以吸收熱能。
銅箔容易吸收熱量，而石墨烯層容易傳導及輻射熱量。在塗覆單層石墨烯塗層於銅箔上之具體實施例中，較佳是以該銅箔面對熱源。為了將應用於散熱複合結構中之銅箔之銅含量最大化，較佳係控制或減少電解銅箔的輥筒面和沉積面二者的表面粗糙度(Rz)。該電解銅箔的輥筒面的表面粗糙度(Rz)可藉由研磨該陰極輥筒表面而控制，其中陰極輥筒表面上係電沉積銅箔之輥筒面，該沉積面之表面粗糙度(Rz)係藉由添加有機添加劑至形成該銅箔之硫酸銅電解液中而控制。當該沉積面粗糙度比輥筒面低時，較佳係將該石墨烯層形成在銅箔的沉積面上，且使該銅箔之輥筒面側面對熱源。
於第12B圖所示之另一具體實施例中，該銅箔132在其輥筒面133及沉積面135上具有雙層石墨烯層130、137。熱源131係直接面對其中一石墨烯層130，在銅箔兩面塗覆石墨烯的散熱性能比單面塗覆石墨烯的散熱性能更好，然而考慮到石墨烯應用在雙層塗層的成本，單層塗層已提供足夠的保護。
於第12B圖之具體實施例中，熱傳導性黏著劑124可施加於石墨烯層137，以便將銅箔/石墨烯複合材料黏附於電子裝置126的一部分。當在銅箔上製備雙面石墨烯塗層時，可施以兩塗層並同時乾燥，然後固結。或者，每一側塗層可以依次施加，並在各次塗層之間施以乾燥。最佳係在乾燥後同時固結兩層石墨烯塗層。
第3圖係說明複合散熱結構，其中，在特別的情況下，當需要終極的熱保護時，雙面塗層之具體實施例滿足最大散熱性能之需求。在第3圖中，銅箔20與一石墨烯層22接觸，較佳係以其沉積面接觸。第2圖所示之黏著層24亦存在於第3圖所示之石墨烯層22的表面25，該表面25係在該石墨烯層22與銅箔20的沉積面的界面的另一側。如第3圖所示，第二石墨烯層26可存在於該銅箔20的輥筒面。
第4圖是一個典型的散熱測試裝置40的側視圖。加熱器41(通常尺寸係10毫米×10毫米×0.125毫米)放置於0.1毫米的銅箔覆蓋的2毫米厚的丙烯酸系片材(元件42的總厚度為2.1毫米)以作為模擬主板42，第二個2毫米厚的丙烯酸系片材(也覆蓋有0.1毫米的銅箔)被用來模擬電池43，一2毫米厚的丙烯酸系片材44被用於模擬電子裝置的蓋子。於位置1(45)和位置2(46)提供熱傳感器以測量溫度。一散熱片47保護熱傳感器45及46免於受到加熱器41的影響，該加熱器41係在3.4瓦的功率下操作，並得到20分鐘的溫度平衡時間。
第5A、5B及5C圖係分別顯示第4圖的組件，其中，第5A圖包含於模擬主板42上之加熱器41，第5B圖顯示該散熱片47，而第5C圖係第5B圖的另一側視圖，具有分別在位置1及位置2的熱傳感器45及46。第5B圖所示的散熱片47是銅箔之沉積面上之單層石墨烯層，該石墨烯上遠離該銅箔之表面具有黏著層。業經發現，施用黏著劑之 石墨烯層表面較佳係具有大於1.5微米之表面粗糙度(Rz)。
平衡溫度=位置1的溫度-位置2的溫度，該平衡溫度越低越好。
在第8圖之單層石墨烯層/銅箔複合材料50之具體實施例中，單層石墨烯層55被施加到銅箔53的沉積面54。該石墨烯層55之表面56(銅箔與石墨烯層之界面的另一側)具有大於1.5微米之表面粗糙度(Rz)，以提供與黏著層57良好的表面附著力，該黏著層57促進銅箔/石墨烯複合材料應用於電子裝置的各個部分。該等電子裝置包括便攜式計算機裝置，如智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦及需要散熱且避免不必要地增加重量或體積的電子裝置之類似裝置。
第13A、13B和13C圖之具體實施例係分別顯示銅箔表面之三個不同表面粗糙度(Rz)之具體實施例，其可能影響銅箔表面的表面積。
第13A圖顯示高粗糙度、中光澤度具有中表面積；第13B圖顯示出高粗糙度、低光澤具有大表面積；以及第13C圖顯示出低粗糙度、高光澤具有小面積。
輥筒面的表面粗糙度(Rz)最佳係介於1.1至2.5微米和於60°光入射角的MD(機械方向)光澤度最佳係低於180。
輥筒面的各表面粗糙度值的意義如下：若銅箔具有大於2.5微米之表面粗糙度(Rz)時，該銅箔的銅含量較低，並且散熱性能會很差；以及，若銅箔輥筒面於60°光入射角的MD光澤度超過180 時，表面積將是小的，而且熱量之吸收會很差。
若兩個樣品的銅箔(a)和(b)具有相同的表面粗糙度(Rz)，但(b)具有相較於(a)更低的MD光澤度，(b)比(a)具有更大的表面積。當銅箔在輥筒面具有較高的表面粗糙度(Rz)及較低的MD光澤度，這意味著在輥筒面的表面積較大，及其具有良好的吸熱性能。然而，應該理解的是，光澤度和表面粗糙度(Rz)為非反向關係。當中度不均勻波浪紋未發生於粗糙度表面，因此提供均勻的低表面粗糙度(Rz)，外觀有光澤。在另一方面，當中度不均勻波浪紋發生於粗糙度表面，因此無法提供均勻的低表面粗糙度(Rz)，外觀係半光澤或無光彩。
沉積面的表面粗糙度(Rz)最佳係介於0.3至1.0微米。
沉積面的各表面粗糙度值的意義如下：當沉積面的表面粗糙度(Rz)較低時，該石墨烯塗層係更均勻，但若沉積面的表面粗糙度(Rz)低於0.3微米時，銅箔與石墨烯層之間的黏著性會變差。
用於塗覆石墨烯層的漿料與用於鋰離子電池的陽極漿料是非常相似的，該漿料可以是溶劑漿料或水性漿料。對於散熱片的應用，水性漿料係較佳，因為水性漿料成本低、安全且環保。在乾燥後，若石墨烯層包含顯著較少的殘留水分，則不會對複合散熱片造成損害，但將對鋰離子電池造成損害。
由於水性漿料係好的選擇，為了對水性漿料具有高親和力，該銅箔表面應具有高的表面張力，該表面張力越高 越好。若銅箔表面的表面張力過低，於漿料塗覆後，則容易產生退潤濕影響。該等影響係顯示於第14圖的照片，其中右側下方象限之白點表示退潤濕。
銅箔表面的最佳表面張力係介於44至68達因/厘米。若銅箔的表面張力低於44達因/厘米，作為該水性黏著劑之該苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)容易集中及分散性差。
當銅箔表面具有低表面粗糙度(Rz)，則對於水性漿料更有親和力。
以下記錄整體的觀察內容：石墨烯漿料塗佈在銅箔的表面上，並在保持在90℃的烘箱中乾燥。乾燥後，石墨烯層不密實，空氣存在石墨烯層中，因此熱傳導性不好。然而，在加壓下固結，該石墨烯層變得緻密，減少或消除空氣空隙，且熱導性是可接受的，致使該複合銅箔/經固結的石墨烯層具有可媲美熱解石墨片的特性。
若石墨烯層的明度L*高，該石墨烯材料密集地存在(空隙的量小)且反射率高。若明度L*太高時，石墨烯層的導熱性良好，但熱輻射差。若明度L*太低，空隙量很大的，該石墨烯層的導熱率差，但熱輻射比明度L*高的結果要來得好。
因此，石墨烯層表面的最佳明度L*介於20至60。
該石墨烯層的最佳厚度係介於3至50微米。若石墨烯層的厚度小於3微米時，該石墨烯層無法完全覆蓋該銅箔表面且導熱性差。當石墨烯層厚度超過50微米時，成本高 且在散熱性的增加不顯著。
該石墨烯層的最佳表面粗糙度(Rz)係大於1.5微米，當表面粗糙度(Rz)大於1.5微米時，該石墨烯層具有良好的熱輻射性。
實施例1 電解銅箔之製備
將銅線溶解在50重量%的硫酸水溶液，以製備含320克/升的硫酸銅(CuSO4‧5H2O)和100克/升的硫酸的硫酸銅電解液。於每升的硫酸銅電解液中加入7.97毫克(mg)的明膠(2CP：25宏榮化工有限公司)、4.33毫克的3-巰基-1-丙烷磺酸鈉(MPS：HOPAX公司)、1.5毫克的健那綠B(Janus green B(JGB))以及35毫克的氯離子。隨後，在50℃的液溫和50安培/平方分米(A/dm2)的電流密度製備厚度為35微米厚之電解銅箔。在35微米的電解銅箔製作後，以鋅/鉻鍍覆、鉻鍍覆或鉻浸漬處理該電解銅箔的表面，以防止氧化。該銅箔的表面張力可藉由改變鋅/鉻或鉻處理的條件進行調整，例如，藉由改變鉻處理溶液的pH值進行調整。
Figure TWI614352BD00001
塗覆電解銅箔
使用作為溶劑之水及列於下表2之材料，以73%之固液比(73克的固體材料：100克的水)製備水性石墨烯漿料。
Figure TWI614352BD00002
在混合該固體材料配方之組份後，該石墨烯材料漿料係以每分鐘5公尺的速度塗覆於銅箔的表面上至厚度為30微米，隨後以90℃烘箱乾燥。石墨烯通常是由機械剝離法、化學剝離法、氧化還原法製備，但並非用以限制本說明書及申請專利範圍。石墨烯係選自單層石墨烯、多層石墨烯、石墨烯氧化物、經還原之石墨烯氧化物及石墨烯衍生物所組成群組之至少一者，但並非用以限制本說明書及申請專利範圍。
輥壓石墨烯/銅箔複合材料
在將該銅箔表面上的石墨烯層乾燥後，輥壓石墨烯/銅箔複合材料。加壓機之輥的尺寸為φ 250毫米x 250毫米，輥的硬度為62至65°HRC，以及該輥之材料係高碳鉻軸承鋼(SUJ2)。將石墨烯/銅箔複合材料以1公尺/分鐘的輥壓速度及1000公斤的壓力輥壓直至石墨烯層的厚度為15微米(原先厚度的一半)。
下述實施例是用以說明本發明實施條件及測試。
Figure TWI614352BD00003
Figure TWI614352BD00004
Figure TWI614352BD00005
實施例之比較
Figure TWI614352BD00006
比較例之比較
Figure TWI614352BD00007
表6及表7之註釋
1.該石墨烯層係塗覆在電解銅箔的沉積面上；
2.該石墨烯層的厚度係15微米；
3.該石墨烯層的特性(粗糙度(Rz)及明度L*)是相同的，差異僅在電解銅箔的特性。
4.較低的平衡溫度是良好的。
實施例之比較
Figure TWI614352BD00008
比較例之比較
Figure TWI614352BD00009
表8及表9之註釋
1.電解銅箔之厚度係35微米以及銅含量係約98%；
2.電解銅箔的特性是相同的，差異僅在石墨烯層的特性。
3.較低的平衡溫度是良好的。
測試方法 銅含量
銅含量(%)=[單位面積重量(克/平方公尺)/(厚度(微米)×8.96(克/立方公分)*)]×100
* 8.96(克/立方公分)係理論銅密度。
(1)單位面積重量
1.將銅箔切割成100毫米×100毫米大小的試樣。
2.用電子天平來測量銅箔試樣的重量，電子天平必須能夠稱量精度至±0.1毫克。
3.將單位面積重量換算成克/平方公尺的單位。
(2)厚度
1.使用高精度的測微計(Mitutoyo 293-100 MDH-25M)測定銅箔的厚度，以0.000005”/0.1微米解析度測量。
粗糙度
根據JIS B0601-1994並使用α型表面粗糙度測量儀(Kosaka Laboratory股份有限公司、SE1700系列)測量粗糙度。
光澤度
使用光澤度計(由BYK公司製造，型號micro-gloss 60°型)並按照JIS Z8741測量光澤度，即藉由測量在輥筒面的機器方向(MD)上於60°光入射角的光澤度。
表面張力
使用達因筆測量銅箔的表面張力。首先，在銅箔上使 用低達因值的達因筆。如果油墨連續地覆蓋所述銅箔表面而不斷裂，則銅箔的表面張力比該達因值大，從而使用較高達因值的達因筆重複該步驟，當該油墨斷裂，該銅箔的表面張力即被確定。本發明之表面處理銅箔之表面張力是介於44至68達因/公分之範圍內。
L * a * b * 色彩
L*a*b*色彩測量係基於JIS Z 8722(2000)方法並使用分光光度計(柯尼卡美能達(Konica Minolta)；CM2500c)(「色彩的測量方法-反射及透過物體顏色」)進行測量。
本文所描述的散熱複合材料中，若該複合材料損毀，該個別石墨烯層及銅箔組件可被再使用並再循環利用到新組件，但先前技術之石墨片則無法做到。
上述實施例僅用於說明本發明原理和其效果，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍係由所附之申請專利範圍所定義。只要不影響本發明之效果及實施目的，應涵蓋於本文揭露之技術內容中。
術語「包括」、「具有」及「包含」係開放式，非限制性用語。術語「一」和「該」應理解為涵蓋複數及單數。術語「約」所指為數值時，係特別指可以四捨五入的測量值。例如，「約1.5」係1.45至1.54。無論術語「約」是否與任何特定值結合(或不存在)闡述於本文中，本文所闡述的所有數值可以經或未經術語「約」修飾。本文所有範圍 和值都係包含及可合併的。關於實施例，落在本文中所述的範圍內之任何數值或點，可以作為最小值或最大值以導出下位範圍等。

Claims (24)

  1. 一種散熱銅箔，包括：(a)大於90%之銅含量；(b)介於280至900(克/平方公尺)之單位面積重量；(c)該銅箔包括兩表面，所述兩表面包括輥筒面及沉積面；(d)該銅箔之沉積面具有不超過1.0微米之表面粗糙度(Rz)；以及(e)該銅箔具有介於44至68達因/厘米之表面張力。
  2. 如請求項1之散熱銅箔，其中，該銅箔之輥筒面具有不超過2.5微米之表面粗糙度(Rz)。
  3. 如請求項1之散熱銅箔，其中，該銅箔之輥筒面於60°光入射角具有低於180之MD光澤度。
  4. 如請求項1之散熱銅箔，其中，該輥筒面具有介於1.1至2.5微米之表面粗糙度(Rz)。
  5. 如請求項1之散熱銅箔，其中，該沉積面具有介於0.3至1.0微米之表面粗糙度(Rz)。
  6. 如請求項1之散熱銅箔，其中，基於L*a*b*色彩系統，該沉積面之明度L*係介於20至40。
  7. 如請求項6之散熱銅箔，其中，基於L*a*b*色彩系統，該沉積面之a*值係介於6至11，該沉積面之b*值係介於3至8。
  8. 如請求項1之散熱銅箔，其中，該銅箔具有30至45nm之粒徑。
  9. 一種複合散熱結構，包括：如請求項1所述之銅箔；黏著層；及經壓力固結的石墨烯層；其中，該黏著層係位於該經壓力固結的石墨烯層與銅箔接觸的另一側之該經壓力固結石墨烯層的表面上，或位於該經壓力固結石墨烯層與銅箔接觸的另一側之該銅箔的表面上。
  10. 如請求項9之複合散熱結構，其中，該經壓力固結的石墨烯層係具有介於3至50微米之厚度。
  11. 如請求項9之複合散熱結構，其中，該經壓力固結的石墨烯層包括相對於該銅箔之表面，且基於L*a*b*色彩系統，所述經壓力固結石墨烯層之表面之明度L*介於20至60。
  12. 如請求項9之複合散熱結構，進一步包括另一經壓力固結的石墨烯層，俾使二該經壓力固結的石墨烯層與該銅箔之輥筒面及沉積面接觸。
  13. 如請求項9之複合散熱結構，其中，該經壓力固結的石墨烯層包括水性黏著劑、石墨烯粉體及選自碳黑、石墨及其組合之導電材料。
  14. 一種複合散熱結構，係包括：電解銅箔，係具有介於280至900克/平方公尺之單位面積重量並包括兩表面，所述兩表面包括輥筒面及沉積面，且該電解銅箔之沉積面具有介於0.3至1.0微 米之表面粗糙度(Rz)；該電解銅箔具有介於44至68達因/厘米之表面張力；以及與該電解銅箔組合之石墨烯層，該石墨烯層係與該電解銅箔之輥筒面及沉積面之至少一者接觸；其中，該石墨烯層包括相對於該電解銅箔之表面，且基於L*a*b*色彩系統，該石墨烯層之表面之明度L*介於20至60。
  15. 如請求項14之複合散熱結構，進一步包含另一石墨烯層，俾使二該石墨烯層與該電解銅箔之輥筒面及沉積面接觸。
  16. 如請求項14之複合散熱結構，其中，該電解銅箔之輥筒面係具有介於1.1至2.5微米之表面粗糙度(Rz)。
  17. 如請求項14之複合散熱結構，其中，該電解銅箔之輥筒面於60°光入射角具有低於180之MD光澤度。
  18. 如請求項14之複合散熱結構，進一步包含黏著層，該黏著層係位於該石墨烯層與電解銅箔接觸的另一側之該石墨烯層的表面上，或位於該石墨烯層與電解銅箔接觸的另一側之該電解銅箔的表面上。
  19. 一種電子裝置，包括如請求項18之複合散熱結構。
  20. 一種製備複合散熱結構之方法，係包括：提供如請求項1所述之具有輥筒面及沉積面之散熱銅箔；塗覆石墨烯粉體之漿料於該散熱銅箔之沉積面； 乾燥該漿料以形成與該散熱銅箔之沉積面接觸之石墨烯層，其中，該石墨烯層具有第一厚度；在加壓下固結與該散熱銅箔組合的石墨烯層，以降低該石墨烯層之厚度，俾形成厚度降低且與該散熱銅箔接觸之石墨烯層；以及得到該複合散熱結構。
  21. 如請求項20之方法，進一步包括在降低該石墨烯層之厚度之步驟後，施加黏著層於該石墨烯層。
  22. 如請求項20之方法，進一步包括塗覆石墨烯粉體之漿料於該散熱銅箔之輥筒面。
  23. 如請求項20之方法，其中，該漿料係水性漿料。
  24. 如請求項20之方法，其中，降低該石墨烯層之厚度之步驟係包括在至少1000公斤之壓力下於輥壓機固結附於該散熱銅箔上之該石墨烯層。
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