人工石墨片及其制造方法、含人工石墨片的石墨基板堆棧結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種人工石墨片及其制造方法，其是以PI膜為素材，經(jīng)堆棧步驟、第一升溫步驟、第二升溫步驟加工成人工石墨片，增加潤(rùn)滑及其硬性、加速熱傳導(dǎo)均衡升溫，提升其平整性；此外，進(jìn)一步配合貫孔步驟，于人工石墨片上形成孔狀結(jié)構(gòu)，可增加人工石墨片的熱擴(kuò)散面積及透氣性，提高生產(chǎn)良率及平整性。本發(fā)明同時(shí)涉及含人工石墨片的石墨基板堆棧結(jié)構(gòu)，其包括上述制成的人工石墨片、基層、至少一導(dǎo)電層及至少一絕緣層，不僅可適用于熱電分離的電子產(chǎn)品。
【專利說(shuō)明】
人工石墨片及其制造方法、含人工石墨片的石墨基板堆棧結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明有關(guān)于制造石墨片的方法，特別是指一種人工石墨片的制造方法，同時(shí)還涉及含有該人工石墨片的石墨基板。
【背景技術(shù)】
[0002]電子產(chǎn)品中所采用的電路基板，為了適時(shí)地散除運(yùn)作時(shí)所產(chǎn)生的熱能，保持良好的運(yùn)行效能，通常是以導(dǎo)熱性良好的材料所制成，以滿足電子產(chǎn)品的需求。
[0003]而伴隨科技提升，各種尚功率、尚效能的3C電子廣品也相應(yīng)而生，而在提升效能的同時(shí)，各種硬件配件在散熱的要求也愈來(lái)愈高；以高功率的LED來(lái)說(shuō)，因其在運(yùn)作時(shí)高瓦特?cái)?shù)會(huì)產(chǎn)生更高的熱度，現(xiàn)有的散熱基板已無(wú)法有效滿足熱擴(kuò)散與熱傳導(dǎo)的問(wèn)題，不僅影響使用上的效能、質(zhì)量，也使高功率LED的壽命極為有限，難以長(zhǎng)久且正常的使用。
[0004]有鑒于此，散熱基板的效能一直是電子產(chǎn)品最為重視的課題，而石墨片作為散熱基板最主要的素材，本案發(fā)明人致力于以此研究改進(jìn)之道，經(jīng)不斷嘗試與實(shí)驗(yàn)之下，終有本發(fā)明產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種人工石墨片的制造方法，利用天然石墨塵紙與素材PI膜交互堆棧，可增加潤(rùn)滑及其硬性、加速熱傳導(dǎo)使PI膜均衡升溫，并提升其平整性。
[0006]為達(dá)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種人工石墨片的制造方法，該方法是以PI膜為素材制成人工石墨片，包括下列步驟:堆棧步驟，其是將PI膜與天然石墨塵紙交叉堆棧，使每一 PI膜介于二天然石墨塵紙之間；第一升溫步驟，其是將堆棧后的PI膜階段性升溫至1000-120(TC，使PI膜碳化為半成品；第二升溫步驟，其是將碳化后的半成品維持堆棧狀態(tài)，并階段性升溫至2500-300(TC，使半成品石墨化成人工石墨片。
[0007]所述堆棧步驟前進(jìn)一步包含貫孔步驟，其是于PI膜上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)孔徑介于
0.1-1mm的穿孔?；蛘撸龅诙郎夭襟E后進(jìn)一步包含貫孔步驟，其是于人工石墨片上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)孔徑介于0.1-1mm的穿孔。
[0008]所述堆棧步驟進(jìn)一步利用石墨盒與石墨板容納并固定交叉堆棧的PI膜與天然石墨塵紙，并于石墨盒中留有可供膨脹的預(yù)設(shè)空間。
[0009]所述穿孔呈數(shù)組或斜交的方式分布，且該兩穿孔間的間距介于0.l-5mm之間。
[0010]所述第一升溫步驟及該第二升溫步驟采電阻式或感應(yīng)式的升溫爐進(jìn)行階段性升溫。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述制造方法所制成的人工石墨片，其特點(diǎn)是，所述人工石墨片的穿孔呈數(shù)組或斜交的方式分布，且兩穿孔間的間距介于0.l-5mm之間。
[0012]本發(fā)明的再一目的是提供一種石墨基板堆棧結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，其包括上述方法制成的人工石墨片、基層、至少一導(dǎo)電層及至少一絕緣層，該基層位于該人工石墨片下方，并由金屬、樹(shù)脂或木材纖維所構(gòu)成；該導(dǎo)電層位于該人工石墨片上方，并由導(dǎo)電材料所構(gòu)成；該絕緣層對(duì)應(yīng)該導(dǎo)電層，且該絕緣層貼附于該導(dǎo)電層與該人工石墨片之間，并由絕緣復(fù)合材料所構(gòu)成。
[0013]所述基層與該人工石墨片之間進(jìn)一步設(shè)有附加絕緣層。
[0014]所述導(dǎo)電層由可導(dǎo)電的金屬材料制成，該絕緣層由熱硬化性樹(shù)脂材料或高分子樹(shù)脂材料制成。
[0015]藉此，本發(fā)明的人工石墨片透過(guò)貫孔步驟在PI膜(10_200um)或人工石墨片(10-200um)上開(kāi)設(shè)穿孔所構(gòu)成的孔狀結(jié)構(gòu)，可增加人工石墨片的熱擴(kuò)散面積及透氣性，使熱擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)之功能優(yōu)于現(xiàn)有的石墨片；且可利用穿孔形成可提供膨脹或壓縮的空間，無(wú)論是在升溫的過(guò)程或后續(xù)壓合成散熱基板的過(guò)程，均可提高生產(chǎn)良率及平整性。
[0016]再者，利用附有孔狀結(jié)構(gòu)的人工石墨片，可妥善地適用于熱電分離的電子產(chǎn)品，且在應(yīng)用的過(guò)程中，可透過(guò)穿孔增加所貼附樹(shù)脂層的附著性，及減少后續(xù)加工時(shí)石墨薄片容易碎裂的問(wèn)題。
[0017]藉此，本發(fā)明的人工石墨片所組成的石墨基板，不僅可適用于熱電分離的電子產(chǎn)品，并具有下述特點(diǎn):
1.擁有高導(dǎo)熱系數(shù)，且水平導(dǎo)熱系數(shù)高，熱均性佳，助于高基板整體的散熱性；
2.熱膨脹系數(shù)低，生產(chǎn)制程穩(wěn)定，良率高；
3.熱傳導(dǎo)效能優(yōu)于鋁或銅基板，且熱阻低于鋁或銅基板；
4.藉由效能提升縮小產(chǎn)品體積，有效降低硬件設(shè)計(jì)與組裝的成本；
5.透過(guò)高效率的導(dǎo)熱與散熱，提高產(chǎn)品的壽命與使用的穩(wěn)定性。
[0018]以下，為能對(duì)本發(fā)明有進(jìn)一步地了解，特以一實(shí)施例，并配合圖式、符號(hào)詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程方塊圖。
[0020]圖2與圖3為其它可行實(shí)施例的流程方塊圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例堆棧狀態(tài)示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的人工石墨片的外觀示意圖。
[0023]圖5a是圖5中A的放大圖。
[0024]圖6為本發(fā)明的人工石墨片的局部結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
[0025]圖6a及圖6b分別為其它可行實(shí)施例的人工石墨片的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7至圖10為本發(fā)明各實(shí)施例的石墨基板堆棧結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]符號(hào)說(shuō)明:
SI堆棧步驟S2第一升溫步驟
S3第二升溫步驟S4滾壓、成型
S0、S5貫孔步驟P PI膜
10石墨盒11石墨板
12天然石墨塵紙13預(yù)設(shè)空間 20人工石墨片21穿孔
d間距3石墨基板
30基層31絕緣層
32導(dǎo)電層33附加絕緣層
34灌注孔35灌注材。
【具體實(shí)施方式】
[0028]請(qǐng)參閱圖1，可知本發(fā)明實(shí)施例人工石墨片的制造方法的主要流程包括有堆棧步驟S1、第一升溫步驟S2、第二升溫步驟S3及滾壓、成型S4等過(guò)程；當(dāng)然，在堆棧前，會(huì)先選取預(yù)定的素材PI膜(聚酰亞胺薄膜)，經(jīng)裁切成為預(yù)設(shè)的尺寸規(guī)格，再進(jìn)入堆棧步驟SI，其中，上述所采用的素材PI膜厚度以介于10-200um之間為佳。
[0029]堆棧步驟SI，其主要是將PI膜與天然石墨塵紙交叉堆棧，使每一PI膜介于二天然石墨塵紙之間；對(duì)于堆棧的態(tài)樣，可一并參閱圖4，其是將PI膜20’與天然石墨塵紙12交叉堆棧至一預(yù)設(shè)的層數(shù)或高度，以至少二石墨板11加以分隔并壓合于其上、下方，并置于石墨盒10中形成固定，且堆棧的高度略低于石墨盒10的縱深，讓石墨盒10中預(yù)留有可供后續(xù)升溫加工時(shí)產(chǎn)生膨脹的預(yù)設(shè)空間13。
[0030]堆棧步驟SI完成后，先執(zhí)行第一升溫步驟S2，其是將堆棧完成的石墨盒10送入低溫升溫爐中，經(jīng)過(guò)1000-1200 V階段性升溫進(jìn)行碳化作業(yè)，使PI膜20’產(chǎn)生碳化反應(yīng)成為半成品；第一升溫步驟S2完成后，執(zhí)行第二升溫步驟，其是取出半成品再送入高溫升溫爐中，經(jīng)過(guò)2500-300(TC階段性升溫進(jìn)行石墨化作業(yè)，使半成品產(chǎn)生石墨化反應(yīng)成為人工石墨片20，完成后取出，將堆棧結(jié)構(gòu)分解，再經(jīng)滾壓、成型等過(guò)程，即為完成品人工石墨片20。其中，經(jīng)石墨化的完成品的人工石墨片的厚度亦以10-200um之間為$父佳。
[0031]在一可行的實(shí)施例中，升溫爐可為電阻式或感應(yīng)式的升溫爐，碳化反應(yīng)所采用的升溫爐為低溫碳化爐，而石墨化反映所采用的升溫爐為高溫石墨化爐。
[0032]請(qǐng)一并參閱圖2、圖3及圖5，于本實(shí)施例的制程中，可進(jìn)一步增加一貫孔步驟S0、S5，其是于PI膜20’或人工石墨片20上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)孔徑介于0.1-1mm穿孔21。如圖2所示，其貫孔步驟SO是于堆棧步驟SI前先行貫孔作業(yè)，其所開(kāi)設(shè)的穿孔21可提供燒結(jié)時(shí)膨脹所需的空間，提高生產(chǎn)良率及升溫反應(yīng)后的人工石墨片20的平整性，因此，升溫反應(yīng)后的穿孔21將具有5-15%的收縮比，例如PI膜的貫孔為1mm，于升溫反應(yīng)成人工石墨片20后穿孔21孔徑將收縮為0.85-0.95mm ;而如圖3所示，則是于第二升溫步驟S2完成后在執(zhí)行貫孔作業(yè)，則可準(zhǔn)確控制穿孔21的尺寸，保持相對(duì)穩(wěn)定的熱擴(kuò)散及透氣性。
[0033]藉此，透過(guò)貫孔步驟S0、S5在PI膜20’或人工石墨片20上開(kāi)設(shè)穿孔21所構(gòu)成的孔狀結(jié)構(gòu)，可增加人工石墨片20的熱擴(kuò)散面積及透氣性，使熱擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)的功能優(yōu)于現(xiàn)有的石墨片；且可利用穿孔20形成可提供膨脹或壓縮的空間，無(wú)論是在升溫的過(guò)程或后續(xù)壓合成散熱基板的過(guò)程，均可提高生產(chǎn)良率及平整性。
[0034]在一可行的實(shí)施例中，貫孔步驟S0、S5所開(kāi)設(shè)的穿孔21 (或人工石墨片20所開(kāi)設(shè)的穿孔21)，可呈數(shù)組(如圖6所示)或斜交(如圖6a所示)的方式分布，且兩穿孔21間的間距d介于0.1-5mm之間。再者，該些穿孔21除圓形外，亦可采用直徑介于0.1-1mm的圓內(nèi)(外)切的多邊形穿孔21，如圖6b所示，該可行實(shí)施例的人工石墨片20的穿孔21為圓內(nèi)切的六邊形穿孔21。
[0035]再請(qǐng)參閱圖7，其是利用前述人工石墨片20進(jìn)一步加工制成石墨基板3的堆棧結(jié)構(gòu)示意圖，其包括有人工石墨片20、基層30、至少一導(dǎo)電層31及至少一絕緣層32 ;其中，基層30位于人工石墨片20下方，且可由金屬、樹(shù)脂或木材纖維所構(gòu)成；導(dǎo)電層31位于人工石墨片20上方，且由導(dǎo)電材料所構(gòu)成；絕緣層32對(duì)應(yīng)于該導(dǎo)電層31，貼附于導(dǎo)電層31的下方，且由絕緣復(fù)合材料所構(gòu)成。
[0036]如圖7所示的石墨基板3的堆棧結(jié)構(gòu)，為單層石墨基板3的態(tài)樣，當(dāng)然，如圖8所示，依需求可進(jìn)一步于基層30與人工石墨片20之間可增設(shè)有一附加絕緣層33形成單層石墨基板3的另一實(shí)施態(tài)樣，該附加絕緣層33的材質(zhì)同于絕緣層31，可由絕緣復(fù)合材料所構(gòu)成。
[0037]此外，依需求亦可于人工石墨片20上方設(shè)有數(shù)導(dǎo)電層32，形成多層的石墨基板3結(jié)構(gòu)；如圖9所示，其是于人工石墨片20上方迭設(shè)有二導(dǎo)電層32，每一導(dǎo)電層32下方均有與其相對(duì)應(yīng)的絕緣層31，藉此構(gòu)成雙層的石摸基板3堆棧結(jié)構(gòu)。
[0038]再者，如圖10所示，石墨基板3可進(jìn)一步于最上方的導(dǎo)電層32及與其對(duì)應(yīng)的絕緣層31處開(kāi)設(shè)有至少一灌注孔24，并于其中注有灌注材25，藉以配合電子設(shè)備電路的架構(gòu)，并可增強(qiáng)石墨基板3縱向的熱傳導(dǎo)能力；其中，灌注材25可為銅漿、銀漿、樹(shù)脂或電鍍銅。
[0039]于本發(fā)明各可行實(shí)施例中，絕緣層31的材質(zhì)可為熱硬化性樹(shù)脂或高分子樹(shù)脂，導(dǎo)電層31的材質(zhì)可為導(dǎo)電的金屬材料(如:銅箔)。此外，基層30、絕緣層31及導(dǎo)電層32可依實(shí)際需求選用適當(dāng)?shù)牟牧?，并配置適宜的厚度，其中，根據(jù)材料成本與導(dǎo)熱性能相比，較佳的基層30配置可為厚度介于10-3000um之間的金屬招、厚度介于10_175um之間的金屬銅、厚度介于10-3000um之間的樹(shù)脂或厚度介于10-200um之間的木材纖維，較佳的絕緣層31可為厚度介于10-130um之間的PP (prepreg)材，較佳的導(dǎo)電層32可為厚度介于10_175um之間的金屬銅。
[0040]綜上所述，其為本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣詳細(xì)說(shuō)明而已，并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明的專利范圍應(yīng)以后述的申請(qǐng)專利范圍為準(zhǔn)，舉凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與簡(jiǎn)單修飾，皆為本發(fā)明專利范圍所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種人工石墨片的制造方法，其特征在于，該方法是以PI膜為素材制成人工石墨片，包括下列步驟: 堆棧步驟，其是將PI膜與天然石墨塵紙交叉堆棧，使每一 PI膜介于二天然石墨塵紙之間； 第一升溫步驟，其是將堆棧后的PI膜階段性升溫至1000-120(TC，使PI膜碳化為半成品; 第二升溫步驟，其是將碳化后的半成品維持堆棧狀態(tài)，并階段性升溫至2500-3000°C，使半成品石墨化成人工石墨片。2.如權(quán)利要求1所述的人工石墨片的制造方法，其特征在于，所述堆棧步驟前進(jìn)一步包含貫孔步驟，其是于PI膜上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)孔徑介于0.1-1mm的穿孔。3.如權(quán)利要求1所述的人工石墨片的制造方法，其特征在于，所述第二升溫步驟后進(jìn)一步包含貫孔步驟，其是于人工石墨片上開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)孔徑介于0.1-1mm的穿孔。4.如權(quán)利要求1所述的人工石墨片的制造方法，其特征在于，所述堆桟步驟進(jìn)一步利用石墨盒與石墨板容納并固定交叉堆棧的PI膜與天然石墨塵紙，并于石墨盒中留有可供膨脹的預(yù)設(shè)空間。5.如權(quán)利要求2或3所述的人工石墨片的制造方法，其特征在于，所述穿孔呈數(shù)組或斜交的方式分布，且該兩穿孔間的間距介于0.l-5mm之間。6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的人工石墨片的制造方法，其特征在于，所述第一升溫步驟及該第二升溫步驟采電阻式或感應(yīng)式的升溫爐進(jìn)行階段性升溫。7.一種利用權(quán)利要求2或3所述的制造方法所制成的人工石墨片，其特征在于，所述人工石墨片的穿孔呈數(shù)組或斜交的方式分布，且兩穿孔間的間距介于0.l-5mm之間。8.—種石墨基板堆棧結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述方法制造的人工石墨片、基層、至少一導(dǎo)電層及至少一絕緣層，該基層位于該人工石墨片下方，并由金屬、樹(shù)脂或木材纖維所構(gòu)成；該導(dǎo)電層位于該人工石墨片上方，并由導(dǎo)電材料所構(gòu)成；該絕緣層對(duì)應(yīng)該導(dǎo)電層，且該絕緣層貼附于該導(dǎo)電層與該人工石墨片之間，并由絕緣復(fù)合材料所構(gòu)成。9.如權(quán)利要求8所述的石墨基板的堆棧結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基層與該人工石墨片之間進(jìn)一步設(shè)有附加絕緣層。10.如權(quán)利要求8所述的石墨基板的堆棧結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)電層由可導(dǎo)電的金屬材料制成，該絕緣層由熱硬化性樹(shù)脂材料或高分子樹(shù)脂材料制成。
【文檔編號(hào)】H01L33/64GK105984867SQ201510075501
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日
【發(fā)明人】柯品聿
【申請(qǐng)人】柯品聿