專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型石墨散熱復(fù)合材料，尤其涉及到一種一面包覆金屬層、另一面復(fù)合石墨散熱膠貼復(fù)合片材或卷材及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路技術(shù)和高密度印制板組裝技術(shù)的迅速發(fā)展，組裝密度迅速提高，導(dǎo)致各種電子器件和產(chǎn)品體積越來(lái)越小，電子儀器設(shè)備不斷朝著輕、薄、短、小方向發(fā)展。眾所周之，電子器件在使用過(guò)程中其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果不及時(shí)散發(fā)，這些電子元件工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱不僅能損害自身的性能，更能降低整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性。因此使用具有高可靠性、高導(dǎo)熱性等性能優(yōu)良的導(dǎo)熱材料，迅速、及時(shí)、有效的將發(fā)熱元件積聚的熱量傳遞給散熱熱備，對(duì)解決電子產(chǎn)品有效的散熱問(wèn)題極為重要。
傳統(tǒng)金屬散熱材料雖具有很好的散熱效果和良好的熱傳導(dǎo)能力，但存在重量及體積大，熱容較小、表面粗糙等缺點(diǎn)，束縛了其在小型及微型電子器件散熱中的發(fā)展應(yīng)用。
石墨是一種較好的散熱材料，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)100 ff/m-k 1000 W/m*k。在相同面積下，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)比銅、鋁高3飛倍，而重量卻是銅的1/8，是鋁的1/2，尤其符合電子行業(yè)的發(fā)展方向——輕薄短小高功能產(chǎn)品的散熱要求。
在散熱設(shè)備中應(yīng)用傳統(tǒng)石墨材料存在以下缺陷第一形貌不是非常雅觀；第二與金屬基材連接后導(dǎo)熱性變差，由于石墨產(chǎn)品表面光滑，僅僅通過(guò)將石墨片散熱材料插入金屬基材中難以實(shí)現(xiàn)與金屬基材的緊密連接，通過(guò)粘接劑對(duì)石墨散熱片與金屬基材進(jìn)行連接，其產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能必然受影響；第三本身強(qiáng)度比較小，若在含有石墨散熱片的散熱設(shè)備上加風(fēng)扇等負(fù)載，在其長(zhǎng)期工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)石墨散熱片的疏松、脫落等意外，影響整個(gè)散熱設(shè)備的效能。
目前，在應(yīng)用石墨復(fù)合散熱材料時(shí)亦存在比較多的缺陷，如單一膠貼形式，不利于在散熱材料的另一表面進(jìn)行焊接等二次加工；雙面包覆金屬層結(jié)構(gòu)，如中國(guó)專(zhuān)利 200810124074. 0公開(kāi)了一種金屬鍍層石墨復(fù)合材料及其制備方法，該專(zhuān)利提出了使用化學(xué)鍍或電鍍的方法在石墨材料表面包覆金屬鍍層，制得金屬鍍層石墨復(fù)合材料，但其缺點(diǎn)是不利于散熱材料與熱源的連接。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)石墨散熱材料存在的上述不足，提供了一種一面為包覆金屬層(銅或鎳或鋅等金屬)、另一面復(fù)合涂有導(dǎo)熱壓敏膠的離型紙的石墨散熱復(fù)合材料，該材料為層結(jié)構(gòu)，從上到下依次為單層金屬包覆層、石墨散熱基材、導(dǎo)熱壓敏膠和離型紙。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料的制備方法，具體包括下列步驟和條件(1)在金屬包覆前使用離型膜貼附在非包覆面上，包覆結(jié)束后，撕去離型膜。目的是為實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨散熱基材進(jìn)行單面包覆。
所述的石墨散熱基材為導(dǎo)熱系數(shù)大于180 ff/m -k的軟質(zhì)石墨卷材或片材；所述的軟質(zhì)石墨卷材是以膨脹石墨為原料，直接壓合制得，厚度為0. 01-2mm。
所述的離型膜為普通市售的PE基材離型膜。
(2)對(duì)石墨散熱基材的待包覆面進(jìn)行預(yù)處理，依次為清洗、粗化、敏化、活化。其目的是提高石墨散熱基材與包覆層之間的結(jié)合強(qiáng)度，以及改善金屬包覆層的均勻性。
所述的清洗是指將石墨散熱基材層的油污去掉。
所述的粗化是指弱腐蝕處理，得到清潔粗糙的石墨散熱基材待鍍表面。
所述的敏化是指使石墨散熱基材表面形成一層具有還原作用的還原液體膜。
所述的活化是指在石墨散熱基體表面生成化學(xué)鍍/電鍍的催化活性中心。
(3)對(duì)石墨散熱基材的待包覆面進(jìn)行金屬包覆，其目的是實(shí)現(xiàn)石墨散熱復(fù)合材料易于焊接等二次加工功能，同時(shí)提高強(qiáng)度和外觀光滑度。
其中所述的金屬包覆是指用化學(xué)鍍或電鍍方法在石墨散熱材料的表層鍍上金屬； 金屬包覆層為銅層、鎳層或鋅層，其厚度為10-50 μ m。
所述的電鍍是指待電鍍層在電解液溫度為15 35°C、陰極電流密度8 12A · dm-2下處理0. 8 1. 5小時(shí)。
所述的化學(xué)鍍是指待金屬鍍層在化學(xué)鍍液溫度為40 75°C下進(jìn)行化學(xué)鍍10 45分鐘。
(4)為了實(shí)現(xiàn)散熱石墨復(fù)合材料作為散熱片與散熱器金屬基材之間的有效連接，以及便于具體實(shí)施的操作，首先，對(duì)離型紙進(jìn)行涂硅處理，即將離型紙表面均勻涂上硅，涂硅量(干硅油量)為0.6 1.2g/Hf ；其次，在離型紙的涂硅表面涂上導(dǎo)熱壓敏膠，在80 105°C下烘干3 6分鐘；最后，在2 4KG/ Hl2的壓力下與石墨散熱基材未鍍金屬的表面進(jìn)行復(fù)合，即將此離型紙壓附在石墨散熱材料的未鍍金屬層的一面上，這樣導(dǎo)熱壓敏膠即可轉(zhuǎn)移到石墨散熱基材上。
所述的導(dǎo)熱壓敏膠可根據(jù)金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料的具體使用環(huán)境不同，選擇不同厚度的導(dǎo)熱壓敏膠，如散熱組件的功率在50w以上，需要用導(dǎo)熱壓敏膠厚度40um以上的散熱復(fù)合材料；導(dǎo)熱壓敏膠可以為在橡膠類(lèi)、丙烯酸類(lèi)、有機(jī)硅類(lèi)或聚氨酯類(lèi)壓敏膠中加入導(dǎo)熱填充劑制得；其中導(dǎo)熱填充劑為銅粉、鋁粉、二氧化硅、碳化硅、石墨微粉的至少一種。所述的導(dǎo)熱所述的離型紙，其涂硅處理面的離型力為中等離型力或者低離型力，厚度為 15-300 μ m0
本發(fā)明的有益效果為由于本發(fā)明的石墨散熱復(fù)合材料是一面為金屬包覆層，易于對(duì)其表面進(jìn)行二次加工(如焊接、模切)；另一面為帶有導(dǎo)熱壓敏膠的離型紙，當(dāng)在具體應(yīng)用中，剝離離型紙層后可以直接與熱源貼合，方該散熱材料作為散熱片與散熱器金屬基材的有效連接，因此，更易于在實(shí)際應(yīng)用中操作。


圖1是以軟質(zhì)石墨卷材或片材為石墨導(dǎo)熱基材，經(jīng)單面包覆金屬層，另一面復(fù)合導(dǎo)熱壓敏膠貼的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為金屬包覆層，2為石墨導(dǎo)熱基材，3為導(dǎo)熱壓敏膠層，4為離型紙層。具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 選取厚度為1. 8mm,導(dǎo)熱系數(shù)為200 ff/m · k，軟質(zhì)石墨導(dǎo)熱片材為石墨導(dǎo)熱基材，在軟質(zhì)石墨導(dǎo)熱片材非包覆面貼一離型膜，然后將該片材進(jìn)行預(yù)處理在30%至50%的乙醇溶液浸泡清洗1分鐘，除去石墨片表層油污。采用H2S04 (80 g/ 1)、H3B03 (250 g/1)混合溶液浸漬石墨片材10 min，即粗化處理；使用氯化亞錫SnCl2 · H20,40g · L-1 ；鹽酸HC1，30mL · L-I ；金屬錫粒2至4g · L-I混合， 室溫下浸漬3 5min進(jìn)行敏化處理；將敏化處理后的石墨片在硝酸銀AgN03，5g · L_l、用氨水調(diào)到溶液澄清為止的溶液中，室溫浸lmin，即進(jìn)行活化處理。
將處理后的石墨導(dǎo)熱基材進(jìn)行化學(xué)鍍鎳處理，鍍鎳化學(xué)溶液成分為硫酸鎳 (NiS04 · 7H20) :40g/l ；檸檬酸鈉(Na3C6H507 · 7H20) :45g/l ；氯化銨(NH4C1) :40g/l ；次亞磷酸鈉(NaH2P02 · H20) :25g/l，在溫度58°C，進(jìn)行化學(xué)鍍20分鐘，取出，然后在烘箱中， 溫度為80°C，烘干30分鐘，取出。
用260um厚的離型紙，選取市售的分子量(Mn)在800至2000之間的硅油樹(shù)脂，進(jìn)行涂硅處理，涂硅量(干硅油量)為lg/ m2，進(jìn)入85°C烘道烘干6分鐘，備用。
將石墨導(dǎo)熱基材另一面的離型膜撕去，將占丙烯酸酯壓敏膠5%量的導(dǎo)熱材料碳化硅加入到丙烯酸酯壓敏膠中，攪拌均勻，其中丙烯酸酯壓敏膠的固含量為35%，選用該導(dǎo)熱壓敏膠，在上述進(jìn)行過(guò)涂硅處理的離型紙的離型面上均勻涂覆，上膠量為40 g*nT2，上膠后，在烘箱溫度為85°C時(shí)，烘干4. 5分鐘，再將帶導(dǎo)熱壓敏膠的離型紙?jiān)?KG/Hf的壓力下復(fù)合在該石墨導(dǎo)熱基材的非包覆面上。通過(guò)上述實(shí)施方法，制得了一面為亮灰色M-P均勻金屬包覆層，包覆層厚度約為30um，另一面為40um厚度導(dǎo)熱壓敏膠的單面包覆金屬石墨散熱膠貼復(fù)合材料。
實(shí)施例2:選取厚度為0. 03mm,導(dǎo)熱系數(shù)為190 ff/m · k軟質(zhì)石墨散熱卷材為石墨導(dǎo)熱基材，在軟質(zhì)石墨散熱卷材非包覆面貼上離型膜，然后將其進(jìn)行電沉積銅前預(yù)處理。
將單面貼離型膜的軟質(zhì)石墨散熱卷材浸入到3% 5%的HCl溶液中清洗活化卷材表面。電解液組成成分和工藝條件為硫酸銅電解液的工藝配方200 g*L-l的 CuS04 · 5H20, 50 g · L-I 的 H2S04，鹽酸(HCl) :10m g · L-1，加少量 SPS (聚二硫二丙烷磺酸鈉)20 m g·!/1和聚乙二醇添加劑2 g·!/1，混合均勻，電解液溫度25 °C，陰極電流密度 (ic)為IOA MnT2 ;在上述工藝條件下，將石墨散熱卷材置入電解槽中，處理1小時(shí)。取出石墨散熱卷材，卷材表面為亮黃色金屬銅沉積包覆層，然后在烘箱中，溫度80°C，經(jīng)30分鐘烘干。
用30um厚的離型紙，選取市售分子量(Mn)在800至2000之間的硅油樹(shù)脂，進(jìn)行涂硅處理，涂硅量(干硅油量)為0. Sg/ Hf，進(jìn)入80°C烘道進(jìn)行烘干5分鐘，備用。
將石墨散熱基材非沉積銅面的離型膜撕去，將占聚氨酯壓敏膠3%量的銅粉、1%的石墨微粉分別加入到固含量為30%的聚氨酯壓敏膠中，攪拌混合均勻制得聚氨酯型導(dǎo)熱壓敏膠；將上述導(dǎo)熱壓敏膠在涂硅處理的離型紙的離型面上均勻涂覆，上膠量為15g · πΓ2，上膠后經(jīng)過(guò)90°C的烘箱，烘干3. 5分鐘，再將帶導(dǎo)熱壓敏膠的離型紙?jiān)?KG/ Hf壓力下復(fù)合在石墨導(dǎo)熱基材的非包覆面上。通過(guò)上述實(shí)施方法，制得了一面為亮黃色銅均勻金屬包覆層，包覆層厚度約為20um，另一面為15um厚度導(dǎo)熱壓敏膠的單面包覆金屬石墨散熱膠貼復(fù)合材料。
實(shí)施例3 選取厚度為1. Omm,導(dǎo)熱系數(shù)為190 ff/m · k，軟質(zhì)石墨導(dǎo)熱片材為石墨導(dǎo)熱基材，在軟質(zhì)石墨導(dǎo)熱片材非包覆面貼一離型膜，然后將該片材進(jìn)行預(yù)處理在30%至50%的乙醇溶液浸泡清洗1分鐘，除去石墨片表層油污。采用H2S04 (80 g/ 1)、H3B03 (250 g/1)混合溶液浸漬石墨片材10 min，即粗化處理；使用氯化亞錫SnCl2 · H20,40g · L-1 ；鹽酸HCl，30mL · L-1 ；金屬錫粒2至4g · L-1混合， 室溫下浸漬3 5min進(jìn)行敏化處理；將敏化處理后的石墨片在硝酸銀AgNO3, 5g · 用氨水調(diào)到溶液澄清為止的溶液中，室溫浸lmin，進(jìn)行活化處理。
將處理后的石墨導(dǎo)熱基材進(jìn)行化學(xué)鍍鋅處理，鍍鋅化學(xué)溶液成分為氧化鋅 (ZnO) :50g/l ；氫氧化鈉(NaOH) :320g/l ；氯化鐵(FeCl3) :3. 3g/l ；硝酸鈉(NaNO3) :2. 6g/ 1 ；酒石酸鈉(Na2C4H406 · 2H20) :45g/l，在溫度75°C，進(jìn)行化學(xué)鍍40分鐘，取出，然后在烘箱中，溫度為80°C，烘干30分鐘，取出。
用IOOum厚的離型紙，選取市售的分子量(Mn)在800至2000之間的硅油樹(shù)脂，進(jìn)行涂硅處理，涂硅量(干硅油量)為0. 9g/ Hf，經(jīng)過(guò)80°C烘道烘干6分鐘，備用。
將石墨導(dǎo)熱基材另一面的離型膜撕去，將占有機(jī)硅壓敏膠3%的導(dǎo)熱材料二氧化硅和鋁粉加入有機(jī)硅壓敏膠中，進(jìn)行攪拌均勻，其中有機(jī)硅壓敏膠的固含量為40%，選用該導(dǎo)熱壓敏膠，在涂硅處理的離型紙的離型面上均勻涂覆，上膠量為35 g · m-2,上膠后經(jīng)過(guò) 105°C的烘箱，烘干6分鐘，將帶導(dǎo)熱壓敏膠的離型紙?jiān)?KG/ Hf的壓力下復(fù)合在該石墨導(dǎo)熱基材的非包覆面上。通過(guò)上述實(shí)施方法，制得了一面為灰色Si-P均勻金屬包覆層，包覆層厚度約為45um，另一面為30um厚度導(dǎo)熱壓敏膠的單面包覆金屬石墨散熱膠貼復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料，其特征在于，該金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料為層結(jié)構(gòu)，依次為單層金屬包覆層、石墨散熱基材、導(dǎo)熱壓敏膠和離型紙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料，其特征在于，所述的石墨散熱基材是軟質(zhì)石墨卷材或者是軟質(zhì)石墨片材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料，其特征在于，所述的軟質(zhì)石墨卷材或軟質(zhì)石墨片材的厚度為0. 01-2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的離型紙是其中一面進(jìn)行涂硅處理的單面離型紙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料，其特征在于，所述的單層金屬包覆層為銅層、鎳層或鋅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬包覆層的厚度為1(Γ50μπι。
7.一種制備金屬包覆石墨散熱復(fù)合材料的方法，該方法包括步驟一對(duì)石墨散熱基材進(jìn)依次進(jìn)行清洗、粗化、敏化、活化處理；步驟二 對(duì)石墨散熱基材的其中一面通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍的方法進(jìn)行金屬鍍層，形成金屬包覆層；步驟三將涂有導(dǎo)熱壓敏膠的離型紙復(fù)合在石墨散熱基材的另一面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的導(dǎo)熱壓敏膠，是在橡膠類(lèi)壓敏膠、 丙烯酸類(lèi)壓敏膠、有機(jī)硅類(lèi)壓敏膠或聚氨酯類(lèi)壓敏膠中加入導(dǎo)熱填充劑制得。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的步驟三具體包括將離型紙層表面涂覆導(dǎo)熱壓敏膠，在80 105°C下烘干3 6分鐘，在2 4KG/ Hl2的壓力下與帶有金屬包覆層的石墨散熱基材進(jìn)行復(fù)合，所述復(fù)合面為石墨散熱基材上未有金屬包覆層的面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的導(dǎo)熱填充劑為銅粉、鋁粉、二氧化硅、碳化硅、石墨微粉的中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬石墨散熱復(fù)合材料，該材料為層結(jié)構(gòu)，從上至下依次為金屬包覆層、石墨散熱基材、導(dǎo)熱壓敏膠和離型紙。其制備方法是首先對(duì)石墨散熱基材進(jìn)行預(yù)處理，依次包括清洗、粗化、敏化、活化；其次，對(duì)石墨散熱基材的一面通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍等方法實(shí)施金屬包覆；最后將帶有導(dǎo)熱壓敏膠的離型膜復(fù)合在石墨散熱基材的另一面上。本發(fā)明的金屬石墨散熱復(fù)合材料不僅具有密度低、導(dǎo)熱性能好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，而且易于對(duì)其表面進(jìn)行二次加工，如焊接、模切等；同時(shí)也利于散熱材料與熱源的連接，因此可以更方便得應(yīng)用到電子產(chǎn)品散熱系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)B32B37/12GK102514297SQ2011104204
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者王學(xué)剛, 王建斌, 解海華 申請(qǐng)人:煙臺(tái)德邦科技有限公司