石墨及其制造方法与流程

本发明涉及石墨及其制造方法。特别涉及热扩散用的石墨及其制造方法。

背景技术：

作为使从电子设备产生的热进行扩散的材料，采用使用石墨的热应对材料。伴随电子设备的高性能化，发热量增大。为了应对这一情况，需要增厚石墨，释放大量的热量。

以往，为了制作厚的石墨，提出了利用通电烧结法来制造1片厚的高分子膜的方法(专利文献1)。另外，还有将高分子膜多片层叠，在加热加压下制作厚的石墨的方法(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-181129号公报

专利文献2：日本特开昭61-275116号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，在由1片高分子膜制造的专利文献1的方法中，需要厚的高分子膜。但是，只能制作厚度到150μm为止的高分子膜。另外，在厚的高分子膜的情况下，在热处理时内部的排气差，结晶性、形成性差。

另外，在专利文献2的对多个高分子膜进行加热加压的方法中，虽然能够制作厚的石墨，但没有柔软性。因此，为了在电子设备内设置，对于厚出的石墨部分，需要多余的空间，而不能用于薄的电子设备。

因此，本申请的课题在于提供兼具放热性和柔软性的石墨及其制造方法。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，使用包含传送热的传送部、和具有挠性的可挠曲部的石墨。另外，使用上述传送部的空隙率为1％以上且30％以下、且上述可挠曲部的空隙率大于30％且为50％以下的石墨。

进一步，使用一种石墨的制造方法，其包括：对至少1个原料膜进行热处理，得到至少1个碳质膜的工序；准备包含上述至少1个碳质膜的单层结构体或多层结构体的准备工序；和在不活泼气氛中对上述单层结构体或多层结构体的至少一部分进行加热加压的工序。

发明效果

通过在制作时局部地调整压力，从而实现具有可挠曲部的石墨。结果，若将本发明石墨用于电子设备，则能够不阻碍部件配置地增大放热面积。能够防止薄型电子设备的发热。

附图说明

图1为实施方式的石墨截面图。

图2为实施方式的传送部的截面观察照片的图。

图3为放热性实验的截面图。

具体实施方式

图1为实施方式的石墨10的示意截面图。具备热传送量高的传送部1和具有柔软性的可挠曲部2。以下对于各部和制造方法进行详细说明。需要说明的是，石墨10为片状或平面状。

<传送部1>

传送部1为通过传送热、释放热来放热的部分。传送部1由石墨构成，如图1所示，为石墨的层叠结构体。石墨的基础面与传送部1的表面平行，石墨被层叠。可挠曲部2也同样。希望传送部1的厚度为100μm以上。热传送量由热导率与厚度之积决定。因此，若传送部1的厚度低于100μm则不能有效地放热。

另外，若传送部1的厚度超过500μm，则柔软性变差，向设备的插入也难以进行。传送部1的厚度优选为500μm以下。

图2为用扫描电子显微镜观察实施方式的传送部1的截面的图。通过将截面观察图像二值化，能够算出空隙率。在此，空隙为在石墨的层结构的层间产生的空间。若以高温高压化制作石墨，则空隙消失，而变成金刚石性的。

传送部1的空隙率希望为1％以上且30％以下。在空隙率小于1％的情况下，成为单晶石墨而变得非常硬。因此作为贴附的热应对材料是不合适的。另外，若空隙率超过30％则热传送降低，因此作为热应对材料是不合适的。

<可挠曲部2>

可挠曲部2是具有挠性、柔软性的部分。可挠曲部2的长度l希望为1mm以上。认为作为热应对部件的石墨10需要越过的高度必须为300μm以上。也就是说，在电子设备内使用石墨10的情况下，石墨10必须越过电子设备内的电子部件。由于电子部件大多具有300μm以上的高度，为了使石墨10越过电子部件，因此长度l必须为电子部件的高度即300μm以上。长度l的最大为3mm即可。从热传导性出发优选3mm以下。

在可挠曲部2的长度小于1mm的情况下，不能无视电子部件的高度的差异而有发生裂纹的可能性。

希望可挠曲部2的空隙率为大于30％且50％以下。在空隙率为30％以下的情况下，不能得到充分的柔软性而发生裂纹。另外，若空隙率超过50％则热传送性显著降低，阻碍热的传送。

在此，柔软性是指能够弯曲45度。另外，柔软性表示能够至少变形1次。这是由于，在向各种设备设置石墨10的情况下，使其变形1次即可。但是，若具有能够变形2～3次的柔软性，则能够向各种设备再次设置，因而优选。

<石墨10的制造方法>

作为实施方式的石墨10由(1)碳质膜制造工序、(2)成形准备工序、(3)成形工序而制作。

(1)碳质膜制造工序(工序(i))是，将至少1个原料膜在400～2000℃下进行热处理，而能够取得至少1个碳质膜的工序。升温速度可以为1～5℃/分钟。

(2)成形准备工序(工序(ii))中，准备包含碳质膜制造工序中得到的至少1个碳质膜的单层结构体或多层结构体。工序(i)中，对多个膜进行热处理而制造多个碳质膜，工序(ii)中，可以通过将该制造的多个碳质膜重叠从而准备上述多层结构体。

(3)成形工序(工序(iii))中，在不活泼气氛中在成形模内对上述单层结构体或多层结构体的至少一部分进行加热加压。将上述单层结构体或多层结构体维持在2200℃以上的温度，能够部分地以5mpa以上且20mpa以下的压力进行加压成形。

关于工序(i)，用于制造碳质膜的热处理温度以400～2000℃的范围实施。也可以在高于2000℃的温度区域进行热处理，可以将在上述温度范围内热处理后的碳质膜，使用将曲面加工成构成的一部分的各向同性石墨模具进行加热成形，进行热压加工。后者对最终制造的石墨的品质带来良好的结果。

碳质膜是指，玻璃状的非晶状的碳。

在工序(i)中制造至少1个碳质膜之后，在工序(ii)中可以提供该至少1个碳质膜作为上述单层结构体，或者将生成的多片碳质膜重叠，来准备上述多层结构体。接着，在工序(iii)中，可以通过将该单层结构体或多层结构体在升温工序之后实质上进行加热条件下的作为压合工序的成形工艺，或者直接实施该成形工艺，从而使该单层结构体或多层结构体中的碳质的石墨化进行。由此，制造石墨结晶与最终产生的石墨膜的表面平行地取向的石墨材10。

在该工序(iii)、即成形工序中，能够将该单层结构体或多层结构体的至少一部分维持在2200℃以上的温度并且以5mpa以上的压力来成形。该情况下，该至少一部分在所制造的石墨材10中，作为热传送部1发挥功能。

关于压力，在低于5mpa的压力的情况下，薄的碳质膜彼此不密合而不能得到具有所希望的厚度的传送部1。

在压力大于20mpa的情况下，空隙率变得小于1％而变得非常硬。通过仅对传送部1施加5mpa以上且20mpa以下的压力，能够得到具有传送部1和可挠曲部2的石墨。需要说明的是，可挠曲部2不加压。但是，可挠曲部2受到与传送部1相同的热处理。因此，传送部1与可挠曲部2相同，由高分子膜制造。传送部1与可挠曲部2连续，在传送部1与可挠曲部2之间石墨的基础面连续。

关于升温速度，若慢于1℃/分钟则可挠曲部2的空隙率变成30％以下。另外，若快于5℃/分钟则可挠曲部2的空隙率变得大于50％。需要说明的是，传送部1也能够以上述升温速度没有问题地制作。

若空隙率为30％以下则失去挠性因而发生裂纹，放热性降低。另外，若空隙率大于50％则可挠曲部的热传导性降低因而放热性降低。

需要说明的是，可挠曲部2优选被传送部1夹持。像图1那样，优选可挠曲部2位于多个传送部1之间。传送部1在可挠曲部2的周边位于至少2个方向的情况下，可挠曲部2稳定地膨胀，另外，可以稳定地进行上述热处理。因此，优选这样的传送部1和可挠曲部2的配置。

需要说明的是，石墨10在热处理中氧、氢等被除去，碳实质上为100％。包含不可避免的元素。

<原料膜>

作为实施方式中可以使用的原料膜，为高分子膜，可以举出聚酰亚胺(pi)、聚酰胺(pa)、聚噁二唑(pod)、聚苯并噻唑(pbt)、聚苯并双噻唑(pbbt)、聚苯并噁唑(pbo)、聚苯并双噁唑(pbbo)、聚对苯撑乙烯(ppv)、聚亚苯基苯并咪唑(pbi)、聚亚苯基苯并双咪唑(ppbi)、聚噻唑(pt)。

优选为包含选自这些之中的至少1种的耐热芳香族性高分子膜。这是由于，最终得到的石墨10的导电性、热传导性变高。这些膜采用公知的制造方法制造即可。

其中，聚酰亚胺由于可以通过选择各种原料单体从而得到具有各种各样的结构和特性的物质，因而优选。

另外，使用的原料膜的厚度希望为75μm以下。在厚度厚于75μm的原料膜的情况下，由于气体的产生时机而结晶性混乱，因而热导率降低，因此，不适合作为热传送材料。

需要说明的是，对于传送部1的石墨而言，由于通过热处理制作上述高分子膜，因而传送部1的石墨中的氧、氢等在烧成中被除去。对于传送部1的石墨而言，优选氧为3.1原子％以下，氮为4.1原子％以下。

另外，传送部1的石墨优选碳的六元环结构的层间为以上且以下。另外，将高分子膜通过热处理制作的石墨为来自于高分子的层结构。另外，传送部1的石墨优选为石墨的(002)面的x射线峰的2θ/θ的半峰宽为0.5°以下的结晶性高的石墨。

需要说明的是，可挠曲部2的石墨也具有与上述同样的物性。

以下，基于实施例更具体地说明实施方式。但是，以下的实施例不限定实施方式。

<实施例1-3>

作为成为石墨的原料膜，将厚度、25μm的聚酰亚胺膜(dupont-torayco.，ltd制、kaptonfilm)重叠20片来使用。将压力、升温速度、各部的空隙率、可挠曲部2的长度按照表1的条件制作，放热性的评价结果也一并示出。将空隙率变化的条件记载于表1。

【表1】

<比较例1-4>

与实施例同样地在表1所示的条件下进行处理。

<放热性评价>

对于实施例、比较例中得到的石墨的放热性，使用简易的夹具进行验证。图3示出效果验证夹具的截面图。在发热体3的附近配置比发热体3高300μm的部件4之后，抵接各种石墨。测定石墨的发热体3正上方5和端部6的温度，这两个的温度差越小判断放热性越高。温度差为10℃以下的判定为○，大于其的判定为×。

<考察>

(1)传送部1的空隙率

由表1的比较例1可知，在减小传送部1的空隙率的情况下(0.5％)，传送部1的石墨的结晶性高而变硬，抵接于发热体时发生微小的裂纹而放热效果降低。

相反，在增大比较例2的传送部1的空隙率的情况下(40％)，认为不能以传送部1传递充分的热而放热性降低。另一方面，由实施例1～3可知将空隙率设为1～30％的情况下显示出高的放热性。因此，传送部1的空隙率为1％以上且30％以下为宜。

(2)可挠曲部2的空隙率

比较例3不能以可挠曲部2吸收高低差而裂开，因而放热性降低。相反，比较例4中虽然未发生裂纹，但由于可挠曲部2的热传送性低而认为放热性降低。另一方面，由实施例4～6可知将空隙率设为30％以上且50％以下的情况下显示出高的放热性。但是，为了进一步提高柔软性，优选大于30％。因此，可挠曲部2的空隙率为大于30％且50％以下为宜。

(3)可挠曲部2的长度

由比较例5可知，可挠曲部2的长度短的情况下产生裂纹而放热性显著降低。因此，可挠曲部2长度为1mm以上为宜。

总结以上内容，如下所示。

(1)传送部1的空隙率为1％以上且30％以下为宜。

(2)可挠曲部2的空隙率为大于30％且50％以下为宜。

(3)可挠曲部2的长度为1mm以上为宜。

产业上的可利用性

利用本发明的制造方法制作的石墨膜由于热传导性高，例如，不仅适宜作为服务器、服务器用电脑、台式电脑等电子设备；笔记本电脑、电子辞典、pda、移动电话、pdp、便携式音乐播放器等便携电子设备，而且适宜作为进行车载用电池均热化的热传送材。

符号说明

1传送部

2可挠曲部

3发热体

4部件

5正上方

6端部

10石墨