TWI637012B - Method for preparing heat-dissipating coating and metal heat-dissipating composite film made thereof - Google Patents

Abstract

一種散熱塗層之製備方法，包括：一膠料，係選自氟碳樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚脲酯、不飽和聚酯、環氧樹脂及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組，溶於一混合溶劑中，該膠料與混合溶劑之重量比為0.6至1.4倍，進而得到膠料混合液；一填料，係選自竹炭、碳管、石墨、石墨烯微片、石墨烯、碳球、碳纖維、氮化硼、氮化鋁、雲母、二氧化矽、二氧化鈦、碳化矽、氧化鋅、氧化鍺及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組，將重量比為該膠料0.1至10倍之填料加入混合溶劑中，該填料與混合溶劑之重量比為0.3至10倍，而得到填料混合液，將膠料混合液與填料混合液攪拌混合均勻，藉此所製備出之散熱塗層，具有抗污染性佳及高散熱性之功效。

Description

散熱塗層之製備方法及其所製成之金屬散熱複合膜

本發明係有關一種散熱塗層之製備方法及其所製成之金屬散熱複合膜，尤指一種以膠料而混合填料，所製備出之散熱塗層，具有抗污染性佳及高散熱性。

按，諸如金屬散熱片與熱管等散熱元件，散熱效果固然好，但是價格昂貴且不適用於輕巧化之產品設計，因而有散熱塗料之發展與應用。然而，現有之散熱塗料於散熱面固化形成散熱層後，因使用之基料之耐候性、耐熱性、耐低溫性及耐化學藥品性等抗污染性不佳，致使固化後所形之散熱層之散熱性易因汙染物附著而降低；再者，現有之散熱塗料所使用之填料因未考慮粉體密度堆積理論，減少填料之間接觸面積，故所能展現之散熱性並不高。

次按，智慧手機、平板電腦、筆記型電腦、導航機或可攜式等電子裝置，其已經由雙核心、四核心、八核心…演變成愈來愈高的運算時脈的處理晶片；且行動電子裝置之發展係以短小輕薄為設計趨勢，因此為能達到高運算效能與短小輕薄之雙重要求，行動電子裝置之散熱效率益加重要。而目前行動電子裝置之散熱方式，主要是利用簡單的開孔、導熱、熱對流等方式，但該些散熱方式以無法負荷現今高效能晶片所產生之熱能，因此會有積熱的問題，熱能無法均勻散佈，導致降低行動電子裝置內部的散熱效率。

又按，通常電子設備的芯片在工作時是主要熱源，散熱不僅是為了降低芯片自身溫度以保證其能在要求的溫度範圍內正常工作，同 時還要兼顧散熱時不能造成殼體局部過熱，給消費者造成不良使用體驗。是以，解決傳統行動電子裝置之上述問題點，為本發明之主要課題。

本發明之主要目的，係欲提供一種散熱塗料製備方法及其所製成之金屬散熱複合膜，而具有抗污染性佳及高散熱性之功效。

本發明之另一目的，是在提供一種可提高表面散熱效果之塗層，藉以解決行動電子裝置之電子元件運作時的高溫問題。

為達上述功效，本發明係所採用之方法包括：(a).提供一膠料，其係選自包括由：氟碳樹脂、氟樹脂、、丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚脲酯、不飽和聚酯、環氧樹脂及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組，溶於一混合溶劑中，該膠料與混合溶劑之重量比為0.6至1.4倍，進而得到膠料混合液；(b).提供一填料，其係選自包括由：竹炭、碳管、石墨、石墨烯微片、石墨烯、碳球、碳纖維、氮化硼、氮化鋁、雲母、二氧化矽、二氧化鈦、碳化矽、氧化鋅、氧化鍺及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組，將重量比為該膠料0.1至10倍之填料加入一混合溶劑中，該填料與混合溶劑之重量比為0.3至10倍，而得到填料混合液；(c).將經過步驟(a)得到之膠料混合液與經過步驟(b)得到之填料混合液進行過濾；(d).將經過步驟(c)過濾後之膠料混合液與填料混合液攪拌混合均勻；以及(e).將經過步驟(d)攪拌混合均勻之散熱塗料，以噴塗、塗佈、含浸或轉印在一物件表面上，使其乾燥後形成一厚度為3um至100um之散熱塗層。

依據上揭製備方法所製成之散熱塗層，進一步可塗佈在一金屬層上，據以構成一金屬散熱複合膜，用以裝設在一電子裝置內部靠近熱源的位置或直接裝設在熱源上；其中該金屬層至少由一層導熱性金屬所 構成，且厚度為3um-150um之薄板結構，該金屬層具有一第一表面及一第二表面；以及該散熱塗層係可塗佈在該金屬層之第一表面或/及第二表面；據此形成一片二層或三層之金屬散熱複合膜。

藉助上揭技術特徵，本發明所製備出之散熱塗層，具有抗污染性佳及高散熱性之功效。

10‧‧‧膠料混合液

20‧‧‧填料混合液

30‧‧‧散熱塗料

40‧‧‧散熱塗層

41‧‧‧孔隙結構

50‧‧‧金屬層

51‧‧‧第一表面

52‧‧‧第二表面

60‧‧‧金屬散熱複合膜

70‧‧‧電子裝置

71‧‧‧透明基板

72‧‧‧液晶顯示模組

73‧‧‧中殼支架

74‧‧‧電路板

75‧‧‧電子芯片

76‧‧‧電池

77‧‧‧後蓋

771‧‧‧容置空間

圖1係本發明之散熱塗料製備方法之工序流程圖。

圖2A係本發明散熱塗層外觀示意圖。

圖2B係圖2A中之部分結構放大示意圖。

圖3係本發明散熱塗層所製成之二層金屬散熱複合膜實施例。

圖4係本發明散熱塗層所製成之三層金屬散熱複合膜實施例。

圖5本發明金屬散熱複合膜裝設在電子裝置之使用狀態參考圖(一)。

圖6本發明金屬散熱複合膜裝設在電子裝置之使用狀態參考圖(二)。

圖7本發明之金屬散熱複合膜裝設在電子裝置之使用狀態參考圖(三)。

圖8係未噴塗散熱塗料鋁片和已塗佈本發明散熱塗料鋁片的溫度變化曲線比較圖。

圖9係本發明散熱塗層之電子顯微鏡圖。

首先，請參閱圖1所示，本發明之奈米散熱塗料製備方法，係包括下列步驟：

(a).提供一膠料，其係選自包括由：氟碳樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚脲酯、不飽和聚酯、環氧樹脂及上述任兩種以上物質之 混合物所組成之群組，溶於一混合溶劑中，該膠料與混合溶劑之重量比為0.6至1.4倍，進而得到膠料混合液10；本實施例中，該膠料混合溶劑包括選自：天拿水、醋酸乙酯、無水乙醇、蒸餾水及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組。

(b).提供一填料，其係選自包括由：竹炭、碳管、石墨、石墨烯微片、石墨烯、碳球、碳纖維、氮化硼、氮化鋁、雲母、二氧化矽、二氧化鈦、碳化矽、氧化鋅、氧化鍺及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組，將重量比為該膠料0.1至10倍之填料加入一混合溶劑中，較佳者係以重量比為該膠料0.1至0.6倍之填料加入一混合溶劑中。該填料與混合溶劑之重量比為0.3至10倍，較佳者係以該填料與混合溶劑之重量比為0.3至0.8倍，進而得到填料混合液20；本實施例中，該填料可具有孔隙結構或不具孔隙結構，或將具有孔隙結構及不具孔隙結構之填料，依不同比例後加入該混合溶劑中；惟，以具有孔隙結構之填料為較佳者。至於該填料混合溶劑包括選自：天拿水、醋酸乙酯、無水乙醇、蒸餾水及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組。

(c).將經過步驟(a)得到之膠料混合液10與經過步驟(b)得到之填料混合液20進行過濾；本實施例中，係可使用350目篩網進行過濾該膠料混合液10與該填料混合液20。

(d).將經過步驟(c)過濾後之膠料混合液10與填料混合液20攪拌混合均勻；本實施例中，係可使用剪切乳化機高速攪拌該膠料混合液與該填料混合液10分鐘，混合均勻為散熱塗料30。

以及步驟(e).將經過步驟(d)攪拌混合均勻之散熱塗料30，以噴塗、塗佈、含浸或轉印在一物件G表面上，如圖2A及2B所示，使其乾燥後形成一厚度為3um至100um之散熱塗層40。本實施例中，該物件G包括為一 熱源或一金屬片。本實施例中，而該散熱塗層40具有孔隙結構41。圖9係顯示本發明散熱塗層40之電子顯微鏡圖。

依據前揭特徵，本發明散熱塗料30之一較佳實施例，係將120g氟碳樹脂溶於100g醋酸乙酯中，得到膠料混合液10；將30g竹炭溶於100g蒸餾水中得到填料混合液20。再用350目篩網進行過濾該膠料混合液10與該填料混合液20，然後用剪切乳化機高速攪拌該膠料混合液與該填料混合液10分鐘，而得均勻之散熱塗料30。

又，本發明散熱塗料30之第二實施例，係將120g氟碳樹脂溶於100g天拿水中得到膠料混合液10，另將30g奈米竹炭溶於60g醋酸乙脂中得到填料混合液20。然後，相同上述實施例之製備方法，經過濾、混合，而得均勻之散熱塗料30。

基於如是之構成，本發明上述二個散熱塗料30實施例，主要是使用氟碳樹脂做為散熱塗料之膠料，而由於氟碳樹脂引入的氟元素電負性大，碳氟鍵能強，因此具有優越的耐候性、耐熱性、耐低溫性及耐化學藥品性，且具有獨特的自清潔性，進而產生抗污染環保的作用；而氟樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚脲酯、不飽和聚酯或環氧樹脂等，亦具有與氟碳樹脂等效功能。另，填料選自竹炭、碳管、石墨、石墨烯微片、石墨烯、碳球、碳纖維、氮化硼、氮化鋁、雲母、二氧化矽、二氧化鈦、碳化矽、氧化鋅、氧化鍺或前述填料之組合作為散熱塗料之填料，而因這些填料具有高度發達的孔隙結構41致使表面積大，增加了擴散表面積，加速了散熱速率；其中具有很高的輻射能，熱焓低，同樣有利於改善材料的散熱效果；是以，具有抗污染性佳及高散熱性之功效。又，選自天拿水、醋酸乙酯、無水乙醇、蒸餾水或前述混合溶劑之組合做為混合溶劑，而因這些混合溶劑的溶解效果好，另具有利於填料均勻 分散之功效。

本發明散熱塗層40之散熱特性測試，其測試方法係選用二片鋁板，其長寬尺寸約為五吋手機的大小，即長(140mm)x寬(700mm)x厚(3mm)作為基材，並以其中一片鋁板作為裸片對照組，另一片則在其表面噴塗散熱塗料30，經乾燥後形成一乾膜厚度為100um之散熱塗層40。接著將二片鋁板貼放於一加熱片上，固定輸出功率為38伏特(V)，觀察並記錄整個溫度變化的過程，如圖8所示，曲線A係為未噴塗散熱塗層40的鋁板，與熱源接觸時熱源的溫度變化曲線，曲線B則是將噴塗有散熱塗層的鋁板，與熱源接觸時熱源的溫度變化曲線，由此二條曲線的比較可知，噴塗有本發明散熱塗層40之鋁板，其表面溫度升溫反應較快，且熱源的溫度較低，顯示熱傳導速度較快，本發明之散熱塗層40有助於熱傳導及熱輻射功能。

基於如上構成，如圖3所示，本發明能將上述散熱塗層40，塗佈在一金屬層50上，據以構成一金屬散熱複合膜60，用以裝設在一電子裝置70內部靠近熱源的位置或直接裝設在熱源上；其中該金屬層50至少由一層導熱性金屬所構成，且厚度為3um-150um之薄板結構，該金屬層50具有一第一表面51及一第二表面51；該散熱塗層40係塗佈在該金屬層50之第一表面51或第二表面52，據此形成一片二層結構之金屬散熱複合膜60。此外，如圖4所示，該散熱塗層40亦可同時塗佈在該金屬層50之第一表面51及第二表面52；據此形成一片三層結構之金屬散熱複合膜60。是以，該散熱塗層40可以依需求塗佈在該金屬層50的其中任一表面，或第一表面51及第二表面52同時塗佈，當然，該散熱塗層40也可以塗佈在非金屬的表面上，亦可塗佈在一層狀或立體結構之均溫層上，例如：先在該金屬層50的表面塗佈一均溫層，然後再將該散熱塗層40塗佈均溫層上，如此更可獲得縱向及橫向的散熱功效。

本實施例中，該金屬層50可包括呈二維或三維結構其中任一形體所構成。該金屬層50為一單一金屬層，其可選自包括：銅、鋁、鈦、銀、金、銅合金、鋁合金、銀合金、鈦合金或不銹鋼，其中任一種金屬所構成。金屬層主要功能為具導熱、散熱功能及結構功能，其組成可分為單一金屬層或複合金屬層，單一金屬層可為銅或鋁或鈦或銀或金或銅合金或鋁合金或銀合金或鈦合金或不銹鋼。複合金屬層可為上述之單一金屬擇其二或擇其三依堆叠方式而成，其堆叠方式為物理方式或化學方式而成之緻密結構，具有導熱，散熱及結構功能。

圖5~圖7所示，係顯示本發明之金屬散熱複合膜60，裝設在該電子裝置70之使用狀態參考圖，其。該電子裝置70大致上包含：一面板71；一液晶顯示模組72，係設在該透明基板71之下方；一中殼支架73，係設在該液晶顯示模組72的下方；一電路板74，係設在該中殼支架73的下方，其上至少設有一電子芯片75；一電池76，係設在該中殼支架73的下方；以及一後蓋77，係相對結合在該中殼支架73底緣，其具有一容置空間771，用以收納前述之構件；惟，上揭構件係屬先前技術(Prior Art)，非本發明之專利標的，容不贅述。

本發明藉助該金屬散熱複合膜60，幫助該電子裝置70之內部或殼體散熱，例如：將該金屬散熱複合膜60，依該電子裝置70之中殼支架73或後蓋77的形狀，裁切成適當尺寸，然後裝貼在該中殼支架73或後蓋77上，亦或與該中殼支架73或後蓋77等靠近熱源的構件上，或直接裝設在熱源上，一體射出成型，用以將該電子芯片75的熱量沿垂直方向向上或向下傳遞，將該電子芯片75產出的熱量傳遞出去，使熱量沿橫向水平散佈出去，然後通過該金屬散熱複合膜60，達到均勻散熱；藉此，本發明三明治型態堆疊所構成的金屬散熱複合膜60，具有結合散熱、導熱 及均溫三種功用於一體，既可以保持行動電子裝置70的可靠性，又能節約成本之功效。再者，其金屬層可為多層複合所構成，據以構成一高強度及高導電性之複合金屬層，除了可增進導熱功能，更可強化電子裝置之整體結構強度。

綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請 鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。

Claims (5)

1. 一種散熱塗層之製備方法，係包含下列步驟：(a).提供一膠料，其係選自包括由：氟碳樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚脲酯、不飽和聚酯、環氧樹脂及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組，溶於一混合溶劑中，該膠料與混合溶劑之重量比為1.2倍，進而得到膠料混合液；(b).提供一填料，該填料具有孔隙結構，其係為石墨烯微片，將重量比為該膠料0.6倍之填料加入一混合溶劑中，該填料與混合溶劑之重量比為0.8倍，進而得到填料混合液；(c).將經過步驟(a)得到之膠料混合液與經過步驟(b)得到之填料混合液進行過濾；(d).將經過步驟(c)過濾後之膠料混合液與填料混合液攪拌混合均勻；以及(e).將經過步驟(d)攪拌混合均勻之散熱塗料，以噴塗、塗佈、含浸或轉印在一物件表面上，使其乾燥後形成一表面具有該石墨烯微片之孔隙結構及不規則片狀結構之散熱塗層，該散熱塗層厚度為3um至100um不包括18um~50um。
2. 如請求項1所述之散熱塗層之製備方法，其中，該膠料與該填料之混合溶劑包括選自：天拿水、醋酸乙酯、無水乙醇、蒸餾水及上述任兩種以上物質之混合物所組成之群組。
3. 如請求項1所述之散熱塗層之製備方法，其中，步驟(e)所述之物件包括為一熱源或一金屬片。
4. 一種金屬散熱複合膜，包含有：以請求項1至3其中任一項製備方法所製成之散熱塗層，塗佈在一金屬 層上，據以構成一金屬散熱複合膜，用以裝設在一電子裝置內部靠近熱源的位置或直接裝設在熱源上；其中該金屬層至少由一層導熱性金屬所構成，且厚度為3um-150um之薄板結構，該金屬層具有一第一表面及一第二表面；以及該散熱塗層，係塗佈在該金屬層之第一表面或/及第二表面；據此形成一片二層或三層之金屬散熱複合膜。
5. 如請求項4所述之電子裝置之金屬散熱複合膜，其中，該金屬層為單一金屬層或二層以上金屬層，其係選自包括：銅、鋁、鈦、銀、銅合金、鋁合金、銀合金、鈦合金或不銹鋼，其中任一種金屬或二種以上金屬依堆疊所構成。