專利名稱：含有非晶質(zhì)碳微粒的石墨散熱材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用來制作散熱片、散熱輥(roll)、散熱墊、散熱板等物的石墨系散熱材料。本發(fā)明更涉及一種可以把各種電子產(chǎn)品的集體電路、LED等的光源所發(fā)生的熱排除的散熱材料。具體地說，本發(fā)明熱(Thermal)散熱材料可以防止筆記本電腦、便攜式PC、 一般PC、便攜式終端及顯示面板LCD相關(guān)產(chǎn)品等電子裝置因為溫度過度上升導(dǎo)致可靠性與耐久性降低的問題。
背景技術(shù)：
近來，IXD TV、PDP TV、LED TV、一切電子裝置、LED電子照明裝置等物品都以高效率與高功能作為器其主要目標(biāo)，這種目標(biāo)卻會導(dǎo)致小面積大量發(fā)熱。亦即，隨著社會對高效率、高功能、輕薄短小零件的需求增加，在設(shè)計電子產(chǎn)品的套組(Set)、零件、模塊等時發(fā)熱問題成為產(chǎn)品開發(fā)上的重要課題。目前為止，人們把剝離的天然石墨直接壓縮成型以片(sheet)或襯墊(Gasket)的形態(tài)使用。然而，壓縮的石墨具有各向異性排列。先前使用的機(jī)制是，其熱傳導(dǎo)率根據(jù)壓縮程度而在水平面方向為150W/mk以上或者在垂直方向為3-7W/mk以下，并且朝邊緣(edge) 面擴(kuò)散熱的散熱機(jī)制。先前技術(shù)還采取了利用鋁、銅等的熱散熱系統(tǒng)，但金屬材料的熱各向同性無法避免散熱板的熱點(hot spot)發(fā)生?，F(xiàn)有石墨片里存在的空氣層的熱傳導(dǎo)率約為0.025W/mk，是造成水平面方向及垂直方向熱傳導(dǎo)率較低的原因。其他方法還包括，為了改善垂直方向的熱傳導(dǎo)而在樹脂 (resin)浸漬并壓縮成型后在惰性氣體中熱分解的方法。然而，這種方法不僅工序復(fù)雜并產(chǎn)生有毒氣體，還因為生產(chǎn)成本太大而降低了經(jīng)濟(jì)性。因此，熱傳導(dǎo)率優(yōu)異且不發(fā)生熱點的經(jīng)濟(jì)性散熱材料的必要性日益受到重視。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明需要解決的技術(shù)課題因此，本發(fā)明需要解決的技術(shù)課題提供一種熱傳導(dǎo)率優(yōu)異的散熱材料。更具體地說，本發(fā)明需要解決的技術(shù)課題是提供一種散熱材料及其制造方法，其不僅在接觸熱源的面上朝水平面方向增加熱傳導(dǎo)率與熱擴(kuò)散效率，還能大幅提高垂直方向的散熱量。把該散熱材料應(yīng)用到電子產(chǎn)品等時可以大幅提高電子產(chǎn)品的性能及耐久性。解決課題的技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述技術(shù)課題，本發(fā)明提供一種散熱材料，其結(jié)構(gòu)是在膨脹天然石墨 (graphite)壓縮成型時所包含的空隙內(nèi)充填非晶質(zhì)碳微粒后形成的結(jié)構(gòu)目前為止的技術(shù)所使用的石墨是把菊花狀石墨(rosette graphite)粉碎成預(yù)定粒度后進(jìn)行氧化處理并在80-150°C左右插層(intercalation)后進(jìn)行清洗干燥處理的石墨。插層的石墨在160°C以上開始膨脹，尤其是在600-1，000°C溫度的膨脹爐膨脹時石墨粒子在C軸方向，即垂直于石墨粒子結(jié)晶面的方向膨脹80-1000倍以上。
本說明書的一般石墨粉末指的是具有30到80網(wǎng)目(mesh)粒徑的石墨粉末。一般來說，制造石墨片時使用膨脹體積為180_250ml/g左右的石墨以30%以上的壓縮率進(jìn)行輥輪(roller)壓縮成型后使用。輥輪壓縮成型后的片密度可以達(dá)到0. 8-1. 25g/cm3，可以憑借膨脹石墨的粒子與施加到輥輪的壓力進(jìn)行調(diào)整，厚度可以達(dá)到0. 1-6. 0mm。膨脹石墨輥輪壓縮成型使得壓縮率越增加(密度越高)，熱各向異性也會越增加而越能提高熱擴(kuò)散性能。但此時電子零件等的垂直面的熱擴(kuò)散率與傳導(dǎo)率卻較低而增加了邊緣(edge)面的散熱負(fù)荷。這意味著具有較廣面積的片的背面散熱更難。亦即，雖然密度越高，石墨片作為熱擴(kuò)散器的作用越優(yōu)異，但垂直方向的面的散熱僅限于和空氣之間的對流散熱，因此垂直面的熱傳導(dǎo)率較低并導(dǎo)致背面的散熱性能也跟著較低。膨脹壓縮的石墨內(nèi)有空隙存在，存在于該空隙的空氣具有0. 025ff/mk的熱傳導(dǎo)率并且是造成垂直方向及水平面方向熱傳導(dǎo)率下降的原因。而且，如電子顯微鏡照片所示，在水平面方向較長而在垂直方向較短地存在。亦即，只要把片的空隙盡量減少，就能提高水平面方向的熱傳導(dǎo)率，但背面的熱傳導(dǎo)率卻降低。因此，本發(fā)明的基礎(chǔ)在于下列驚人發(fā)現(xiàn)，在該石墨片的空隙充填非晶質(zhì)碳微粒時， 不僅能提高垂直面上基于空氣對流的冷卻性能還能提高水平方向的熱傳導(dǎo)，既能讓熱各向異性較高，還能大幅提高垂直面的散熱效果。一般石墨的理論密度約為2. ^g/cm3，使用該石墨以現(xiàn)有方法的壓縮輥輪制成的片的密度為0. 8-1. 25g/cm3,因此一般石墨的理論密度的大約45-65%左右的空隙留在石墨片內(nèi)。本發(fā)明的非晶質(zhì)碳微粒在壓縮成型工序提高成型體的密度而得以提高熱擴(kuò)散及熱傳導(dǎo)率。非晶質(zhì)碳微粒可以把上述理論密度的45-65%空隙減少到15-55%的空隙，可以根據(jù)密度控制熱傳導(dǎo)率性能。也可以為了在石墨片的垂直面向的散熱而把作為熱各向同性物質(zhì)的金屬(Al、Cu 等)粒子加以混合或者進(jìn)行石墨微粒的粒度組合。但，上述金屬粒子較難進(jìn)行微粒子化，價格方面也不具有經(jīng)濟(jì)性。而且，還會相對地增加片的重量。石墨微粒的粒度組合不僅使得膨脹石墨的粉碎較難，還會在粒度組合后的壓縮成型過程中因為微粒石墨的定向性而難以同時提高垂直面與水平面方向的熱傳導(dǎo)率，也較難控制。本發(fā)明中填充上述膨脹石墨的空隙的非晶質(zhì)碳微粒由選自浙青(pitch)、焦炭 (coke)、天然氣及焦油(tar)所組成的群中的一個以上物質(zhì)制成。例如，把天然氣及焦油 (tar)等不完全燃燒后生成的煙灰加以聚合后進(jìn)行熱分解制成。非晶質(zhì)碳不像碳同位元素中的石墨或鉆石一樣確實具有結(jié)晶構(gòu)造，嚴(yán)格地說，非晶質(zhì)碳不是完全的非晶質(zhì)，而是由極小的石墨與鉆石結(jié)構(gòu)的結(jié)晶聚集而成的。控制非晶質(zhì)固體結(jié)構(gòu)的主要因素之一是鍵(bond)。原子之間的鍵有定向鍵與非定向鍵。定向鍵有共價鍵，非定向鍵有基于離子、范德瓦爾斯等的鍵。眾所周知，由該鍵形成的原子之間的排列各自擁有其獨特的特征。排列的規(guī)則性在結(jié)晶狀態(tài)下會完全地呈現(xiàn)出來，但是在非結(jié)晶性固體也可以呈現(xiàn)出來非晶質(zhì)碳微粒也可以呈現(xiàn)出基于該定向鍵的規(guī)則性。碳原子有1個2S軌道與3 個2P軌道。結(jié)合時，上述4個軌道雜化形成Sp3雜化軌道就會成為鉆石型結(jié)構(gòu)，3個軌道形成Sp2雜化軌道就會成為石墨結(jié)構(gòu)。如

圖1所示，可以在非晶質(zhì)碳微粒的X射線衍射圖中查看2 θ石墨的(002)面的衍射峰值與2 θ 44°附近的鉆石面的衍射峰值。可以從該結(jié)果判斷非晶質(zhì)碳微粒的結(jié)構(gòu)如下圖所示地由兩種領(lǐng)域(Domain)合成。
權(quán)利要求
1.一種散熱材料，其特征在于在膨脹石墨(graphite)壓縮成型時所包含的空隙內(nèi)填充非晶質(zhì)碳微粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱材料，其特征在于上述非晶質(zhì)碳微粒的含量相對于膨脹石墨與非晶質(zhì)碳微粒的總重量為5到30重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱材料，其特征在于上述非晶質(zhì)碳微粒由選自浙青(Pitch)、焦炭、天然氣及焦油(tar)所組成的群中的一個以上物質(zhì)制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱材料，其特征在于 上述非晶質(zhì)碳微粒的粒徑為10到llOnm。
5.一種散熱材料制造方法，其特征在于，包括下列步驟步驟(Si)，把相對于膨脹石墨與非晶質(zhì)碳微粒的總重量的5到30重量％非晶質(zhì)碳微粒混合到膨脹石墨；及步驟(S2)，把上述步驟(Si)的混合物壓縮成型制成散熱材料片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種針對電子裝置等處所發(fā)生的熱進(jìn)行散熱的熱管理系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明在剝離的石墨片內(nèi)所存在的空隙填充非晶質(zhì)碳微粒，不僅提高水平方向的熱擴(kuò)散，還能大幅提高垂直方向的熱傳導(dǎo)率，是一種有高效率的散熱材料及其制造方法。非晶質(zhì)碳微粒是熱各向同性，其結(jié)構(gòu)由石墨與鉆石的極微細(xì)結(jié)晶組成，其大小以10-110nm較佳。
文檔編號C09K5/00GK102575144SQ200980161140
公開日2012年7月11日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者崔錫洪, 樸尚羲 申請人:Gcs通信株式會社, 崔錫洪, 樸尚羲