一種用于激光顯示的散熱裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適用于激光顯示中高發(fā)熱量電子元器件的散熱領(lǐng)域，具體涉及一種用 于激光顯示的散熱裝置及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，微電子學(xué)領(lǐng)域電子產(chǎn)品的集成度越來越高，功耗也 越來越大，電子元器件的耗散功率也隨之倍增，而過高的溫度會(huì)對(duì)電子元器件產(chǎn)生巨大的 影響，極大的制約了電子元器件的性能和使用壽命，成為亟待解決的問題。
[0003] 目前，為了解決各種高發(fā)熱量電子元器件的散熱需求，大多在電子元器件表面貼 裝高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬散熱片或散熱裝置，例如銅和鋁，將電子元器件內(nèi)部的熱量均勻散發(fā) 出去。但同時(shí)，隨著使用時(shí)間的增加，金屬散熱片被空氣氧化，以及表面灰塵的大量聚集，導(dǎo) 致散熱效果下降，越來越難以滿足現(xiàn)有產(chǎn)品對(duì)散熱的需求。尤其是在在激光投影機(jī)設(shè)計(jì)中， 為了達(dá)到較高的亮度，一般會(huì)使用多顆大功率激光器。由于激光器本身能量的轉(zhuǎn)換效率，其 中只有一部分能量轉(zhuǎn)換為光輸出，更多的能量被轉(zhuǎn)換成了熱。如果不迅速的把這些熱量傳 導(dǎo)到外部散發(fā)，將會(huì)導(dǎo)致激光器溫度急速上升，隨溫度升高，激光器的光輸出功率降低，亮 度降低，色彩變差，嚴(yán)重影響了激光器使用壽命?，F(xiàn)有技術(shù)中激光投影機(jī)通常采用風(fēng)扇對(duì)激 光器進(jìn)行強(qiáng)制降溫，由于激光器的功率較大且熱源集中，風(fēng)扇無法及時(shí)有效的散發(fā)激光器 產(chǎn)生的熱，導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)中激光投影機(jī)的散熱效率較低。而現(xiàn)有激光器中散熱裝置由于導(dǎo) 熱材料的限制，散熱裝置尺寸較大，影響整體的器件尺寸。所以能夠找到新的導(dǎo)熱材料，使 散熱裝置上覆蓋其新型材料的導(dǎo)熱涂層，能夠大大改善散熱效率，縮小散熱裝置的尺寸，對(duì) 于激光顯示中的散熱裝置具有重大意義。
[0004] 由于石墨烯材料具有重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)大、導(dǎo)熱均勻、可塑性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，近年來，基 于石墨烯散熱為主體的新型散熱涂料逐漸增多，成為電子元器件散熱研究領(lǐng)域的一個(gè)熱 點(diǎn)。然而，石墨烯材料尚存在以下問題:首先，CVD生長(zhǎng)的石墨烯薄膜雖然導(dǎo)熱性能好，但是 制備過程復(fù)雜，制備成本較高;而溶液法制備的石墨烯薄膜雖然制備較為簡(jiǎn)便，但是未改性 的濕法制備的石墨烯薄膜比表面積較小，導(dǎo)熱性能較差。所以，為了降低成本、提高導(dǎo)熱性， 通常解決的方案是在石墨烯薄膜中摻雜一些漿料，如金屬氧化物，金屬納米顆粒等材料用 以改變其薄膜的物理、化學(xué)性質(zhì)，提高其在電子元器件及其組件中的實(shí)用性。
[0005] 因此，研究如何增加其導(dǎo)熱涂層的導(dǎo)熱率，增強(qiáng)散熱裝置的散熱效率，縮小散熱裝 置的尺寸和集成度，提高薄膜的粘附性與平整性，使其適應(yīng)性更廣，成為了激光顯示散熱的 關(guān)鍵技術(shù)，也是目前此領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種用于激光顯示的散熱裝置其制備方法，通過在導(dǎo)熱襯底及散熱鰭 片表面噴涂超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的制備過程復(fù)雜、制備成本較高、石 墨烯薄膜比表面積較小、導(dǎo)熱性能較差、薄膜的粘附性與平整性差、散熱裝置的尺寸與散熱 性能無法兼顧等技術(shù)問題。
[0007] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] 一種用于激光顯示的散熱裝置，該散熱裝置包括導(dǎo)熱襯底和固定在導(dǎo)熱襯底上的 若干散熱鰭片，所述導(dǎo)熱襯底和散熱鰭片上涂有超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層，所述超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂 層中各組分的重量百分比分別為：還原氧化石墨烯40%~70%、導(dǎo)熱銀納米顆粒5%~ 30%、氧化鋅納米顆粒15%~20%、導(dǎo)電聚合物5~15%。
[0009] 作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱襯底為金、銀、銅、鋁及其合金的一種或多種。
[0010] 作為優(yōu)選，所述散熱鰭片為金、銀、銅、鋁及其合金的一種或多種。
[0011 ]作為優(yōu)選，所述超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層的厚度為500nm~5μηι。
[0012] 作為優(yōu)選，所述還原氧化石墨稀的純度>99.9wt%，片層厚度為0.335~I .Onm，片 層直徑為0.5~5μπι，層數(shù)為1~2層，比表面積為1000-1217m2/g。
[0013] 作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱銀納米顆粒粒徑為20~lOOnm。
[0014] 作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱氧化鋅納米顆粒粒徑為80~200nm。
[0015]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電聚合物為聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸。
[0016] 一種用于激光顯示的散熱裝置的制備方法，制備過程包括以下步驟：
[0017] 1)利用洗滌劑、丙酮溶液、去離子水和異丙醇溶液對(duì)導(dǎo)熱襯底（1)及散熱鰭片（2) 進(jìn)行徹底的清洗，清洗后干燥；
[0018] 2)在導(dǎo)熱襯底（1)以及散熱鰭片（2)上，使用噴涂制備工藝先噴涂一層由氧化石墨 烯原料溶液與氧化鋅前驅(qū)溶液組成的主體原料溶液，形成氧化石墨烯/氧化鋅復(fù)合薄膜；
[0019] 3)在氧化石墨烯/氧化鋅復(fù)合薄膜未干燥時(shí)，使用噴涂制備工藝在薄膜上再噴涂 一層導(dǎo)電聚合物原料溶液與導(dǎo)熱銀納米顆粒原料溶液組成的填充材料溶液，形成復(fù)合涂 層；
[0020] 4)通過反應(yīng)溫度為160~200 °C、反應(yīng)時(shí)間為60~90min的高溫?zé)岱磻?yīng)，復(fù)合涂層干 燥并發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)得到超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層(3)，高溫反應(yīng)在使復(fù)合涂層得到干燥的 同時(shí)，使得氧化石墨烯還原為還原氧化石墨烯，且使得還原氧化石墨烯與氧化鋅納米顆粒 產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，還將導(dǎo)熱銀納米顆粒與導(dǎo)電聚合物均勻填充薄膜，使薄膜更為平整；
[0021] 5)將均勻噴涂超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層(3)的導(dǎo)熱襯底（1)和散熱鰭片（2)通過手弧焊、 氬弧焊、電阻焊中的任意一種焊接方式焊接在一起。
[0022] 作為優(yōu)選，制備超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層的各原料溶液采用以下方式配制:所述導(dǎo)熱銀 納米顆粒原料溶液為導(dǎo)熱銀漿經(jīng)過高溫?zé)岱磻?yīng)制成，濃度為0.1~lg/ml;所述氧化鋅前驅(qū) 溶液為氧化鋅前驅(qū)體溶液經(jīng)高溫退火而成，溶劑為二甲氧基乙醇，濃度為〇 . 2~5mg/ml;所 述導(dǎo)電聚合物原料溶液為導(dǎo)電聚合物水分散液，濃度為2~lOmg/ml;所述氧化石墨烯原料 溶液為氧化石墨稀DMF分散液經(jīng)高溫反應(yīng)而成，濃度為1~5mg/ml。
[0023] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0024] (1)在超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層中，由于還原氧化石墨烯與氧化鋅納米顆粒中的氧原子 能夠再高溫下相互結(jié)合，所以可以使還原氧化石墨烯與氧化鋅納米顆粒形成一個(gè)層間距較 大的疏松復(fù)合結(jié)構(gòu)，大大增大了還原氧化石墨烯的比表面積，從而增強(qiáng)了其導(dǎo)熱性，能夠大 大縮小散熱裝置的尺寸，節(jié)約激光顯示系統(tǒng)中的空間；
[0025] (2)引入尺寸較小的導(dǎo)熱銀納米顆粒，填充原氧化石墨烯與氧化鋅納米顆粒復(fù)合 結(jié)構(gòu)間的熱缺陷，增強(qiáng)超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層的導(dǎo)熱均勻性，使得超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層導(dǎo)熱均勻；
[0026] (3)高溫反應(yīng)在使復(fù)合涂層得到干燥的同時(shí)，使得氧化石墨烯還原為還原氧化石 墨烯，且使得還原氧化石墨烯與氧化鋅納米顆粒產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，還將導(dǎo)熱銀納米顆粒與導(dǎo) 電聚合物均勻填充薄膜，使薄膜更為平整；
[0027] (4)由于導(dǎo)電聚合物溶劑具有溶解性好、受熱不分解的特點(diǎn)，使用少量作為平滑劑 與粘合劑填充整體超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層的間隙，使超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層更加平整，且附著力更 強(qiáng)，使散熱裝置與熱源接觸時(shí)空氣缺陷大大減少。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2是超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層的薄膜橫截面內(nèi)部成分分布示意圖；
[0030] 圖中標(biāo)號(hào)分別為:1、導(dǎo)熱襯底;2、散熱鰭片;3、超薄復(fù)合導(dǎo)熱涂層。
【具體實(shí)施方式】：
[0031] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] -種用于激光顯示的散熱裝置及其制備方法，導(dǎo)熱襯底1及散熱鰭片2的結(jié)構(gòu)如圖 1所示，先利用洗滌劑、丙酮溶液、去離子水和異丙醇溶液對(duì)導(dǎo)熱襯底1及散熱鰭片2進(jìn)行徹 底的清洗，清洗后干燥;在導(dǎo)熱襯底1及散熱鰭片2上噴涂主體原料溶液，噴涂速率為δμL/s， 噴涂時(shí)間為60s，噴涂后形成氧化石墨烯/氧化鋅復(fù)合薄膜;待主體原料溶液未完全干燥時(shí)， 再在氧化石墨烯/氧化鋅復(fù)合薄膜上繼續(xù)噴涂填充材料溶液，噴涂速率為2μLΛ，噴涂時(shí)間 為15s，噴涂后填充了氧化石墨烯/氧化鋅復(fù)合薄膜的缺陷與空隙，