具有高熱導(dǎo)率的散熱片及其制造方法
【專利說明】具有高熱導(dǎo)率的散熱片及其制造方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及具有高熱導(dǎo)率的散熱片，及其制造方法，所述散熱片用于有效地使由 小型電子設(shè)備如筆記本型個人計算機、智能電話、移動電話等中的電子部件等產(chǎn)生的熱量 散逸。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 在已經(jīng)具有越來越高的性能和越來越多的功能的小型電子設(shè)備如筆記本型個人 計算機、智能電話、移動電話等中，應(yīng)該密集地安裝電子器件如微處理器、成像芯片、存儲器 等。因此，為了防止因由它們產(chǎn)生的熱量而引起的故障，由此類電子器件產(chǎn)生的熱量的散逸 已經(jīng)變得越來越重要。
[0004] 作為用于電子器件的散熱片，JP 2006-306068A公開了一種導(dǎo)熱片，其至少包含石 墨膜和粘結(jié)劑樹脂組合物，即反應(yīng)可固化乙烯基聚合物。石墨膜是（a)通過膨脹法形成的 膨脹石墨，或者（b)通過在2400°C以上的溫度下熱處理聚酰亞胺膜等獲得的。膨脹石墨膜 是通過下列方式獲得的：將石墨浸漬在酸如硫酸等中以形成石墨夾層化合物，熱處理石墨 夾層化合物以使其發(fā)泡，從而將石墨層分離，洗滌得到的石墨粉末以移除酸，并且輥乳得到 的薄膜石墨粉末。然而，膨脹石墨膜強度不足。此外，盡管熱量散逸高，不利地，通過聚酰亞 胺膜等的熱處理獲得的石墨膜昂貴。
[0005] JP 2012-211259A公開了一種包含石墨塊的導(dǎo)熱片，其包含多個通過將熱分解的 石墨片薄切獲得的第一石墨塊，以及小于第一石墨塊的寬度的第二石墨塊，至少第一石墨 塊連接導(dǎo)熱片的兩個表面。這種導(dǎo)熱片是通過下列方式獲得的：例如，使第一和第二石墨塊 與丙烯酸類聚合物和溶劑的混合物共混，并且將得到的共混物擠出。然而，因為樹脂的高體 積分數(shù)，被擠出的導(dǎo)熱片不具有足夠的熱量散逸。
[0006] JP 2006-86271A公開了一種厚達50-150 μπι的散熱片，所述散熱片包含通過具 有-50°C至+50°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的有機粘結(jié)劑如非晶形共聚酯粘結(jié)的石墨，石墨/粘結(jié) 劑樹脂的質(zhì)量比是66. 7/33. 3至95/5。這種散熱片是通過下列方式制造的：將在有機溶劑 中的石墨和有機粘結(jié)劑的漿液涂覆至涂有脫模劑的膜的脫模層側(cè)，通過熱空氣將漿液干燥 以移除有機溶劑，并且之后以例如30kg/cm2對其按壓。JP 2006-86271A描述了石墨/有機 粘結(jié)劑片的按壓改善了其熱導(dǎo)率。然而，因為這種散熱片含有有機粘結(jié)劑，其未充分地表現(xiàn) 出石墨中固有的尚熱導(dǎo)率。
[0007] JP 11-1621A公開了包含高度取向的石墨薄片和在壓力下聚合的粘結(jié)劑聚合物的 用于散熱器的高熱導(dǎo)率、固體復(fù)合材料。這種固體復(fù)合材料是通過下列方式制造的：將石墨 薄片與熱固性單體如環(huán)氧樹脂混合以制備包含至少40體積％的石墨的組合物，并且在足 夠的壓力下壓縮組合物的同時使單體聚合以使石墨基本平行地排列。然而，因為這種固體 復(fù)合材料包含環(huán)氧樹脂，其不具有足夠高的熱導(dǎo)率。
[0008] JP 2012-136575A公開了一種傳導(dǎo)性散熱片，其包含由聚酰胺、丙烯酸類樹脂等制 成的并且具有約0. 1-100 μ m的平均粒徑的有機粒子，具有約IOnm至約10 μ m的平均粒徑 的傳導(dǎo)性無機填料，以及固化樹脂如環(huán)氧樹脂等，有機粒子/無機填料是1000/1至10/1，并 且基于總量，無機填料的百分率是5-30重量％。JP 2012-136575A闡明了作為無機填料的 石墨、焦炭、炭黑等，但是在實施例中僅使用了炭黑。此外，這種傳導(dǎo)性散熱片不具有足夠的 熱量散逸，因為其含有固化樹脂。
[0009] 如上所述，含有石墨或炭黑的常規(guī)散熱片不具有足夠的熱量散逸，因為它們還含 有粘結(jié)劑樹脂。盡管提高了熱導(dǎo)率，石墨或炭黑的百分率的增加導(dǎo)致較低的片強度，尤其是 引起石墨或炭黑容易從散熱片脫離的問題。因此，需要具有均勻、高熱量散逸以及處理所需 的機械性能的廉價散熱片。
[0010] 發(fā)明目的
[0011]因此，本發(fā)明的目的是提供具有高熱量散逸以及處理所需的機械性能的廉價散熱 片，及其制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 作為鑒于以上目的進行深入研究的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：（a)包含均 勻地分散在細石墨粒子之間的少量炭黑的散熱片具有高熱導(dǎo)率，以及足夠的用于處理的機 械性能，而基本上沒有細石墨粒子和炭黑的脫離；(b)這種散熱片是通過下列方式獲得的： 形成包含分散在少量的有機粘結(jié)劑中的細石墨粒子和炭黑的片，燒制所述片以移除有機粘 結(jié)劑；以及按壓得到的石墨和炭黑的復(fù)合材料片以將其致密化；以及（c)當將槽黑和科琴 黑和/或乙炔黑的混合物用作炭黑時，所得到的散熱片具有提高的熱導(dǎo)率和機械性能。已 經(jīng)基于此類發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
[0013] 因此，本發(fā)明的散熱片具有在其中炭黑均勻地分散在細石墨粒子之間的結(jié)構(gòu)，
[0014] 細石墨粒子與炭黑的質(zhì)量比是75/25至95/5 ;
[0015] 炭黑由槽黑和科琴黑和/或乙炔黑組成；并且
[0016] 散熱片具有2. Og/cm3以上的密度和580W/mK以上的面內(nèi)熱導(dǎo)率。
[0017] 槽黑相對于科琴黑和/或乙炔黑的質(zhì)量比優(yōu)選為4/1至1/3。
[0018] 散熱片優(yōu)選具有25-150 μm的厚度。
[0019] 細石墨粒子優(yōu)選具有3-150 μm的平均直徑和200nm以上的平均厚度。
[0020] 炭黑優(yōu)選具有20-200nm的平均初級粒徑。
[0021] 散熱片優(yōu)選涂布有絕緣樹脂層或絕緣塑料膜。
[0022] 本發(fā)明的用于制造以上散熱片的方法包括下列步驟：⑴制備細石墨粒子、炭黑 和有機粘結(jié)劑在有機溶劑中的分散體，細石墨粒子與炭黑的質(zhì)量比是75/25至95/5,并且 炭黑由槽黑和科琴黑和/或乙炔黑組成；（2)將分散體流延至下模板的腔中，并且之后將其 干燥以形成包含細石墨粒子、炭黑和有機粘結(jié)劑的含樹脂復(fù)合材料片；（3)燒制含樹脂復(fù) 合材料片以移除有機粘結(jié)劑，從而形成細石墨粒子和炭黑的復(fù)合材料片；以及（4)按壓與 上模板組合的下模板以使細石墨粒子和炭黑的復(fù)合材料片致密。
[0023] 分散體優(yōu)選包含總計5-25質(zhì)量％的細石墨粒子和炭黑，以及0. 5-2. 5質(zhì)量％的有 機粘結(jié)劑。
[0024] 有機粘結(jié)劑相對于細石墨粒子和炭黑的總量的質(zhì)量比優(yōu)選為0. 01-0. 5。
[0025] 有機粘結(jié)劑優(yōu)選為丙烯酸類樹脂、聚苯乙烯樹脂或聚乙烯醇。
[0026] 有機溶劑優(yōu)選是選自由酮、芳族烴和醇組成的組的至少一種。
[0027] 優(yōu)選在550_700°C的溫度下進行燒制步驟。
[0028] 優(yōu)選在燒制之后逐漸進行1小時以上的冷卻直至室溫。
[0029] 優(yōu)選在將細石墨粒子和炭黑的復(fù)合材料片冷卻至等于或低于水的凝固點的溫度 之后，進行按壓步驟。
[0030] 優(yōu)選在20MPa以上的壓力下進行按壓步驟。
[0031] 優(yōu)選將在下模板腔中形成的含樹脂復(fù)合材料片在不從下模板剝離的情況下燒制， 并且之后用與上模板組合的下模板按壓。
[0032] 優(yōu)選在室溫至200°C的范圍內(nèi)的溫度下進行按壓步驟。
【附圖說明】
[0033] 圖1是顯示由細石墨粒子和炭黑組成的散熱片的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。
[0034] 圖2是顯示用于確定細石墨粒子的粒徑的方法的橫截面圖。
[0035] 圖3是顯示用于由細石墨粒子、炭黑和有機粘結(jié)劑在有機溶劑中的分散體形成含 樹脂復(fù)合材料片并且將其燒制的平面模裝置的實例的透視圖。
[0036] 圖4是示意性地顯示流延至圖3中所示的下模板的腔中的分散體的透視圖。
[0037] 圖5(a)是顯示用于由細石墨粒子、炭黑和有機粘結(jié)劑在有機溶劑中的分散體形 成含樹脂復(fù)合材料片并且將其燒制的平面模裝置中的下模板的另一個實例的分解透視圖。
[0038] 圖5(b)是顯示圖5(a)的下模板與上模板的組合的實例的分解透視圖。
[0039] 圖6示意性地顯示流延在圖5(b)的下模板中的分散體的透視圖。
[0040] 圖7(a)是顯示本發(fā)明中可用的平面模裝置的另外的實例的分解平面圖。
[0041] 圖7(b)是沿著圖7(a)的線A-A截取的橫截面圖。
[0042] 圖7(c)是沿著圖7(a)的線B-B截取的橫截面圖。
[0043] 圖7(d)是沿著圖7(a)的線C-C截取的橫截面圖。
[0044] 圖7(e)是顯示構(gòu)成圖7(a)的平面模裝置的上模板、中間模板和下模板的組合的 分解橫截面圖。
[0045] 圖7(f)是顯示通過在圖7(a)的平面模裝置中組合下模板和中間模板得到的腔的 橫截面圖。
[0046] 圖8顯示流延至圖7 (f)的腔中并且通過借助刮刀法移除過量的分散體來使厚度 均勻的分散體的橫截面圖。
[0047] 圖9是顯示通過將流延至圖4的下模板的腔中的細石墨粒子和炭黑在有機溶劑中 的分散體干燥獲得的含樹脂復(fù)合材料片以及通過燒制含樹脂復(fù)合材料片獲得的細石墨粒 子和炭黑的復(fù)合材料片的透視圖。
[0048] 圖10是顯示在其腔中具有細石墨粒子和炭黑的復(fù)合材料片的下模板與上模板的 組合的透視圖。
[0049] 圖11是顯示在平面模裝置的腔中的細石墨粒子和炭黑的復(fù)合材料片的輥壓的部 分橫截面?zhèn)纫晥D。
[0050] 圖12是顯示通過從下模板按壓獲得的散熱片的剝離的透視圖。
[0051] 圖13是顯示散熱片的熱量散逸測試裝置的示意性橫截面圖。
[0052] 圖14是圖13的分解圖。
[0053] 圖15是顯示設(shè)置在熱量散逸測試裝置中的散熱片試樣上的溫度測量點的平面 圖。
[0054] 圖16是顯示實施例10的散熱片中炭黑中槽黑的比率與面內(nèi)熱導(dǎo)率之間的關(guān)系的 圖表。
[0055] 優(yōu)選實施方案描述
[0056] 以下將會參照附圖詳細解釋本發(fā)明的實施方案。每個實施方案的解釋適用于其他 實施方案，除非另外提及。以下解釋不是限制性的，而是可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出多種修 改。
[0057] [1]散熱片
[0058] 如在圖1中所示，本發(fā)明的散熱片1基本上僅由細石墨粒子2和均勻地分散在細 石墨粒子2之間的炭黑3組成。術(shù)語"基本上僅由……組成