專利名稱：一種石墨導(dǎo)熱界面材料及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨導(dǎo)熱界面材料及其制造工藝，尤其涉及一種用于防止石墨材
料或石墨復(fù)合材料表面小顆粒脫離，提供絕緣表面的貼附膜，并與散熱器件方便粘附的產(chǎn) 品和制造工藝。
背景技術(shù)：
目前，電子行業(yè)的迅速發(fā)展及微型化的需要，工業(yè)上需要更好的熱管理系統(tǒng)。作 為電子行業(yè)創(chuàng)新的重要組成部分，熱交換技術(shù)是廣泛地應(yīng)用于筆記本電腦、高性能的CPU、 移動(dòng)電子設(shè)備(手機(jī)、通訊)等。目前散熱材料分為各向同性散熱材料和各向異性散熱材 料，不銹鋼、鋁、銅均為各向同性散熱材料，這類材料在各個(gè)軸向的導(dǎo)熱系數(shù)均相同；而作為 各向異性散熱材料代表的石墨是碳的晶體形式，用范德瓦爾斯結(jié)合鍵把碳原子固定在一個(gè) 底平面內(nèi)的各層之間，各個(gè)底平面由六角形和碳原子的網(wǎng)狀物構(gòu)成，這些底平面是平的，沿 著同一方向整齊地排列，兩者之間的距離相等形成一個(gè)晶體，高度有序的石墨由相當(dāng)大尺 寸的晶體組成，晶體沿著同一方向排列在一起并有著排列整齊的底平面，石墨結(jié)構(gòu)通常被 描述為有兩個(gè)軸即X/Y和Z軸，"X/Y"軸是在底平面的水平方向，有很高的導(dǎo)熱性，從100W/ mK 1000W/mK， "Z"則在底平面的垂直方向，導(dǎo)熱系數(shù)較低，從5W/mK-20W/mK，正是因?yàn)樵?"X/Y"和"Z"軸的導(dǎo)熱系數(shù)不同，石墨成為異向性散熱材料。 專利CN2794810提供了一種縱向斷熱橫向均溫的熱交換材料。該專利涉及的熱交 換材料為層狀結(jié)構(gòu)，所以單純將本材質(zhì)用于電子行業(yè)散熱很可能有小顆粒脫層，柔性石墨 板材容易脆裂，不易工業(yè)深加工。石墨的導(dǎo)電性良好，脫層小顆?？赡芤痣娮悠骷亩搪?現(xiàn)象，另外石墨制品的材質(zhì)較軟，使用過(guò)程中容易受到劃傷，所以非常有必要對(duì)石墨材料表 面進(jìn)行處理。導(dǎo)熱材料多用于電子設(shè)備中，電路板上有無(wú)數(shù)的芯片，這些設(shè)備都是在無(wú)塵環(huán) 境下生產(chǎn)的，所以石墨材料表面需要進(jìn)行薄膜的保護(hù)。石墨材料的擊穿電壓很低，電子設(shè)備 一般有較高的電勢(shì)，需要對(duì)石墨材料表面做出絕緣處理，才能滿足其在電子行業(yè)的應(yīng)用。
作熱界面材料的典型用法是將計(jì)算機(jī)芯片熱傳導(dǎo)連接于冷卻組建上，以便克服在 吸熱器或者冷卻組件和芯片或者其它熱源之間的接觸熱阻和表面貼合的不一致性。通常， 熱界面材料由高溫油脂、相變材料組成。但是其導(dǎo)熱系數(shù)往往不是很高，一般只有2-4W/ m K，而柔性石墨的縱向?qū)嵯禂?shù)也已經(jīng)達(dá)到10-20W/m K，很適合于這種應(yīng)用。柔性石墨 的橫向?qū)嵯禂?shù)高達(dá)450W/m，K，所以對(duì)于某些并非均勻發(fā)熱的電子設(shè)備而言，石墨材料特 殊的超高均溫性又使得它在導(dǎo)熱界面片方面的應(yīng)用有著更好的前景。柔性石墨材料的另一 個(gè)優(yōu)點(diǎn)是材料本身質(zhì)軟，所以它能夠與連接界面貼合良好。特別是在其中一個(gè)表面或兩個(gè) 表面都不是完全平的時(shí)候，耐高溫壓敏膠能夠填補(bǔ)之間的空隙。另外，石墨材料的擊穿電壓 很低，但是電子設(shè)備一般有較高的電勢(shì)，需要對(duì)石墨材料表面做出絕緣處理，而耐高溫壓敏 膠同時(shí)可以滿足抗擊穿電壓的要求，起到了事半功倍的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有石墨材料作為熱交換材料本身易損、易引起安全 隱患和熱源與散熱裝置接觸不良的問(wèn)題的缺點(diǎn)，提供了一種石墨表面貼附膜工藝方法來(lái)保 護(hù)石墨熱交換材料，通過(guò)該工藝方法處理，可以有效得防止石墨熱交換材料表面劃傷，表面 具有絕緣作用，且具有良好導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱界面材料。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，給出的石墨導(dǎo)熱界面材料，其組成包括石
墨材料、耐高溫壓敏膠、分離材料，其特征在于所述的石墨材料至少一面通過(guò)膠粘劑貼附 有薄膜，薄膜上涂布有耐高溫壓敏膠，壓敏膠另外一個(gè)表面分別貼有分離材料。 在上述技術(shù)方案中，所述的石墨材料包括純石墨材料、柔性石墨材料和包含有石
墨成分的片狀或板狀高導(dǎo)熱材料。 在上述技術(shù)方案中，所述的膠粘劑為聚氨酯膠粘劑或丙烯酸系壓敏膠，耐溫大于 70度，其厚度為5iim以下。 在上述技術(shù)方案中，所述的薄膜材料為耐高溫絕緣薄膜，包括聚酯薄膜、聚酰亞胺 薄膜等，其厚度為12iim以下。 在上述技術(shù)方案中，所述的耐高溫壓敏膠耐溫大于70度，涂布厚度在40 ii m 50 ii m之間，擊穿電壓大于O. 5KV，能夠?qū)崿F(xiàn)每平方厘米至少大約100克的最小剪切粘接強(qiáng)度。
在上述技術(shù)方案中，所述的分離材料為離型力小于20g/25mm的離型紙或離型膜， 以300mm/min士10mm/min的速度剝離分離材料時(shí)不會(huì)對(duì)柔性石墨片材和膠層造成損害。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出了一種石墨導(dǎo)熱界面材料制造工藝，該制造工藝包 括以下工序 (1)在石墨材料表面或薄膜材料表面噴灑或涂刷膠粘劑即上膠工序； (2)將涂有膠粘劑的石墨片或薄膜加熱、烘干即加熱烘干工序； (3)將薄膜材料覆蓋在涂有膠粘劑石墨材料上或?qū)⑼坑心z粘劑的薄膜材料覆在石
墨材料上，經(jīng)熱壓使薄膜材料貼附在石墨材料表面，即覆膜、熱壓貼附工序； (4)在分離材料光滑面上涂抹耐高溫壓敏膠，即涂布?jí)好裟z工序； (5)將已涂抹耐高溫壓敏膠的分離材料貼覆于石墨材料上，經(jīng)滾壓使分離材料與
石墨材料密切結(jié)合為一體，即貼覆分離材料、滾壓工藝。 在上述制造工藝中，所述的噴灑、涂刷膠粘劑方式是通過(guò)輥式涂布或刮刀式涂布 或噴槍將膠粘劑均勻分布在石墨材料或薄膜材料的某一指定表面，膠粘劑厚度小于5 ii m。
在上述制造工藝中，所述加熱烘干工序?yàn)橥ㄟ^(guò)恒溫?zé)犸L(fēng)或輻射加熱系統(tǒng)在30°C 12(TC下加熱干燥涂敷膠粘劑的石墨材料或者薄膜材料，通過(guò)抽氣裝置制造90KPa 95KPa 氣壓下加熱烘干。 在上述制造工藝中，所述的熱壓貼附工序?yàn)槔脽釅狠伝驘釅簤K在30°C 80°C 范圍溫度下，經(jīng)過(guò)滾壓或面壓將薄膜熱壓貼附在石墨材料表面，其壓力控制在0. IMPa lMPa范圍。 在上述制造工藝中，所述滾壓是將經(jīng)貼合機(jī)壓輪滾壓使分離材料與石墨片密切結(jié) 合為一體，壓力控制在0. lMPa lMPa范圍。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，石墨導(dǎo)熱界面材料貼附的薄膜材料，一方面起到了表面絕緣作 用，另可有效地防止石墨熱交換材料表面劃傷，從而得到一種穩(wěn)定使用的、具有良好導(dǎo)熱性
4的導(dǎo)熱界面材料。根據(jù)該工藝方法得到的石墨導(dǎo)熱界面材料，使用方便，僅需將兩表面的離 型紙剝離后，分別粘覆熱源表面和散熱組件，即可將熱源(電子器件)表面與散熱材料或組 件緊密結(jié)合。


圖1是雙面覆膜石墨復(fù)合材料的縱面圖。
圖2是單面覆膜石墨復(fù)合材料的縱面圖。 圖3是雙面覆膜石墨復(fù)合材料應(yīng)用在熱源和散熱器的安裝示意圖 圖4是單面覆膜石墨復(fù)合材料應(yīng)用在熱源和散熱器的安裝示意圖 圖中，1為石墨材料，2為膠粘劑，3為薄膜，4為壓敏膠，5為分離材料，6為熱源表
面，7為散熱器表面。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例一 如圖1所示，本發(fā)明石墨復(fù)合材料包括；柔性石墨片1、聚氨酯膠粘劑2、 PET薄膜 3、高溫壓敏膠4和分離材料5。 在本實(shí)施例中，選用厚度為lmm的柔性石墨片材l，將柔性石墨片材1通過(guò)網(wǎng)格上 膠輥將石墨片材與之相接觸的面均勻涂抹一層聚氨酯膠粘劑2，并控制膠液厚度在2 ii m 3ym之間；再將涂有膠粘劑的石墨片1置于紅外線下加熱兩分鐘，取出并烘干后，表面覆 蓋一層0. 012mm厚度PET薄膜3 ;將其組合通過(guò)熱壓輥在6(TC下熱壓，其中控制壓力為 0. 5MPa，完成柔性石墨片材單面復(fù)膜。按照重復(fù)上述步驟在石墨片材的另一面熱壓粘附一 層PET薄膜3 ;在分離材料5光滑面上涂抹耐高溫壓敏膠4，膠層厚度3 ii m，將0. 008mm的
分離材料貼覆于柔性石墨片材料上，經(jīng)貼合機(jī)壓輪滾壓使分離材料與石墨片密切結(jié)合為一 體，壓力為0. 3MPa。 本方法得到的石墨復(fù)合材料的厚度為1. 06mm，分離材料5與石墨材料的壓敏膠面 4可以輕松剝離，剝離后石墨材料可粘覆熱源或散熱器，如圖2所示，其中一個(gè)表面壓粘覆 熱源表面6，另一面粘覆散熱器表面7，從而將熱源與散熱器緊密相連，并將熱量從熱源迅 速傳遞到散熱器上。
實(shí)施例二 如圖1所示，本發(fā)明石墨復(fù)合材料包括柔性石墨片1、聚氨酯膠粘劑2、聚酰亞胺 薄膜3、高溫壓敏膠4和分離材料5。 在本實(shí)施例中，選用厚度為O. 15mm的柔性石墨片材l，將柔性石墨片材l通過(guò)刮刀 涂布將石墨片材與之相接觸的面均勻涂抹一層聚氨酯膠粘劑2，并控制膠液厚度在2 ii m 3y m之間；再將涂有膠粘劑的石墨片1經(jīng)過(guò)恒溫?zé)犸L(fēng)加熱烘干后，表面覆蓋一層0. 006mm 厚度聚酰亞胺薄膜3 ;將其組合通過(guò)熱壓輥在7(TC下熱壓，其中控制壓力為0. 8MPa，完成 柔性石墨片材單面復(fù)膜。按照重復(fù)上述步驟在石墨片材的另一面熱壓粘附一層聚酰亞胺 薄膜3 ;在分離材料光滑面上涂抹耐高溫壓敏膠，膠層厚度3 ii m，將0. 012mm的分離材料貼 覆于柔性石墨片材料上，經(jīng)貼合機(jī)壓輪滾壓使分離材料與石墨片密切結(jié)合為一體，壓力為0.4MPa。 本方法得到的石墨復(fù)合材料的厚度為0. 18mm，分離材料5與石墨材料的壓敏膠面 4可以輕松剝離，剝離后石墨材料可粘覆熱源或散熱器，如圖2所示，其中一個(gè)表面壓粘覆 熱源表面6，另一面粘覆散熱器表面7，從而將熱源與散熱器緊密相連，并將熱量從熱源迅 速傳遞到散熱器上。
權(quán)利要求
一種石墨導(dǎo)熱界面材料，其組成包括石墨材料、耐高溫壓敏膠、分離材料，其特征在于所述的柔性石墨片材至少一面通過(guò)膠黏劑貼附有薄膜，薄膜上涂布有耐高溫壓敏膠，壓敏膠另外一個(gè)表面分別貼有分離材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨導(dǎo)熱界面材料，其特征在于，所述的石墨材料包括純石 墨材料、柔性石墨材料和包含有石墨成分的片狀或板狀高導(dǎo)熱材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨導(dǎo)熱界面材料，其特征在于，所述的膠粘劑為聚氨酯膠粘劑或丙烯酸系壓敏膠，耐溫大于70度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨導(dǎo)熱界面材料，其特征在于，所述的薄膜材料為耐高溫 絕緣薄膜，包括聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜等，其厚度為12ym以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨導(dǎo)熱界面材料，其特征在于，所述的耐高溫壓敏膠耐溫 大于70度，涂布厚度在40 ii m 50 ii m之間，擊穿電壓大于0. 5KV，能夠?qū)崿F(xiàn)每平方厘米至 少大約100克的最小剪切粘接強(qiáng)度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨導(dǎo)熱界面材料，其特征在于，所述的分離材料為離型力 小于20g/25mm的離型紙或離型膜，以300mm/min± 10mm/min的速度剝離分離材料時(shí)不會(huì)對(duì) 柔性石墨片材和膠層造成損害。
7. —種石墨導(dǎo)熱界面材料制造工藝，該制造工藝包括以下工序(1) 在石墨材料表面或薄膜材料表面噴灑或涂刷膠粘劑即上膠工序；(2) 將涂有膠粘劑的石墨片或薄膜加熱、烘干即加熱烘干工序；(3) 將薄膜材料覆蓋在涂有膠粘劑石墨材料上或?qū)⑼坑心z粘劑的薄膜材料覆在石墨材 料上，經(jīng)熱壓使薄膜材料貼附在石墨材料表面，即覆膜、熱壓貼附工序；(4) 在分離材料光滑面上涂抹耐高溫壓敏膠，即涂布?jí)好裟z工序；(5) 將已涂抹耐高溫壓敏膠的分離材料貼覆于石墨材料上，經(jīng)滾壓使分離材料與石墨 材料密切結(jié)合為一體，即貼覆分離材料、滾壓工藝。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨導(dǎo)熱界面材料制造工藝，其特征在于所述的噴灑、涂刷膠粘劑方式是通過(guò)輥式涂布或刮刀式涂布或噴槍將膠粘劑均勻分布在石墨材料或薄膜材 料的某一指定表面，膠粘劑厚度小于5 ii m。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨導(dǎo)熱界面材料制造工藝，其特征在于所述加熱烘干工 序?yàn)橥ㄟ^(guò)恒溫?zé)犸L(fēng)或輻射加熱系統(tǒng)在3(TC 12(TC下加熱干燥涂敷膠粘劑的石墨材料或 者薄膜材料，通過(guò)抽氣裝置制造90KPa 95KPa氣壓下加熱烘干。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨導(dǎo)熱界面材料制造工藝，其特征在于所述的熱壓貼附 工序?yàn)槔脽釅狠伝驘釅簤K在30°C 8(TC范圍溫度下，經(jīng)過(guò)滾壓或面壓將薄膜熱壓貼附 在石墨材料表面，其壓力控制在0. lMPa lMPa范圍。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨導(dǎo)熱界面材料制造工藝，其特征在于所述滾壓是將經(jīng) 貼合機(jī)壓輪滾壓使分離材料與石墨片密切結(jié)合為一體，壓力控制在0. lMPa lMPa范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石墨導(dǎo)熱界面材料及其制造工藝，本發(fā)明給出的石墨導(dǎo)熱界面材料是在柔性石墨片材至少一面通過(guò)膠粘劑貼附有薄膜，薄膜上涂布有耐高溫壓敏膠，壓敏膠另外一個(gè)表面分別貼有分離材料。本發(fā)明給出的石墨導(dǎo)熱界面材料制造工藝，該工藝包括上膠、加熱烘干、覆薄膜熱壓、涂布?jí)好裟z和貼覆離型材料滾壓等工序。本發(fā)明石墨導(dǎo)熱界面材料貼附的薄膜材料，一方面起到了表面絕緣作用，另可有效地防止石墨熱交換材料表面劃傷，從而得到一種穩(wěn)定使用的、具有良好導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱界面材料。本發(fā)明的材料使用方便，使用時(shí)僅需將兩表面的離型紙剝離后，分別粘覆熱源表面和散熱組件，即可將熱源(電子器件)表面與散熱材料或組件緊密結(jié)合。
文檔編號(hào)B32B27/06GK101712217SQ200910027939
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月12日
發(fā)明者耿世達(dá) 申請(qǐng)人:大連麗昌新材料有限公司