一种天然石墨/铜复合散热片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子产品的发热组件的散热及电磁屏蔽领域，特别是涉及一种天然石墨/铜复合散热片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前的CPU因高速运行发热，CPU高速运行乃为提高其设备的处理速度而研发。手机，平板计算机，笔记本计算机及电视的需求量及显示屏使用量增加，显示屏高亮度的需求使发光二极管使用量增加，但因发光二极管使用越多，其耗电增加，这也加大设备的发热量，同时电池电量消耗增加，电池容量也需跟着提高，使得显示器设备因耗能大而发热多，如不能有效控制发热，不仅高温会使CPU运转因高热而当机出问题或丧失功能，也会使发热设备使用寿命缩短。同时现今显示器设备功能增多，使用零件也多样化，数量多而体积更小，手机，平板计算机等设备因越来越小型化，其可用空间不足，各零件及组件的距离更近，很容易发生相互间的电磁干扰。
[0003]目前市场上作为散热材的的人工石墨厚度以25 μπι为主导，40 μπι的人工石墨能达到量产，但导热系数不佳，70 μ m的人工石墨的可量产性不高，厚度限制了人工石墨的散热性能，更多的热量需要解决，为了把热量从发热组件“A”点传至其它点散发进而降低发热组件的温度，使发热组件“A”的本体温度大幅度降低。因此需要更高导热系数和更大散热能力的导热载体。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决上述技术问题而提供了一种天然石墨/铜复合散热片及其制备方法，是具有优良的导热效果的导热载体，也能提供电磁屏蔽的功能。
[0005]—种天然石墨/铜复合散热片，它包括铜箔层和位于铜箔层上下两面的石墨层；所述铜箔层包括铜基材和位于铜基材上下两面的粗化层；所述粗化层的表面均匀分布有瘤状铜颗粒结构；所述粗化层通过瘤状铜颗粒结构与石墨层互相咬合。
[0006]所述铜基材、粗化层和瘤状铜颗粒结构为一体化结构。
[0007]所述天然石墨/铜复合散热片的厚度为28 μπι?2100 μπι ;所述铜箔层的厚度为8 μ m?100 μ m ;所述瘤状铜颗粒结构的最大长度小于8 μ m ;所述粗化层的表面积为铜基材的3?8倍；所述石墨层厚度为10 μπι?1000 μπι。
[0008]所述天然石墨/铜复合散热片以石墨层/铜箔层/石墨层为一个单位层，可形成最多10个单位层复合的结构。
[0009]所述铜箔层为卷状铜箔；所述石墨层为膨化蠕虫石墨平铺在铜箔层后压制而成。
[0010]一种天然石墨/铜复合散热片的制备方法，具体是按以下步骤进行的:
[0011]—、对铜箔表面进行预处理，除去铜箔表面的污染和氧化层；
[0012]二、对步骤一处理得到的铜箔进行粗化处理和固化处理，使在铜箔表面形成均匀分布有瘤状铜颗粒结构的粗化层；
[0013]三、将膨化蠕虫石墨均匀的堆积并平铺在经步骤二处理得到的铜箔上；然后，经阶段式压延，即得到天然石墨/铜复合散热片。
[0014]所述步骤一中的预处理的方法，具体为:对铜箔依次进行酸洗、水洗、碱洗、水洗和烘干；所述酸洗采用的是浓度为0.5%以下的稀硫酸；所述碱洗采用的是浓度为2?5%的NaOH水溶液。
[0015]所述步骤二的处理方法具体为:粗化处理:步骤一得到的铜箔在电镀液中电镀双面，表面形成一层瘤状铜颗粒结构，然后多次进行上步骤，使瘤状铜颗粒结构的最大长度小于8 μ m，得到粗化层，然后再进行固化处理，在粗化层的表面镀一层厚度为0.1?0.5 μ m的薄铜；瘤状铜颗粒结构的间隙中沉积一层致密的金属铜，以提高粗化层和铜箔基体的粘结强度；固化后，进行清洗和烘干处理，然后，对铜箔进行收卷。
[0016]所述步骤三的膨化婦虫石墨的制备方法:将可膨化的石墨颗粒加温到850?1040°C后，膨化为蠕虫石墨，然后经2?7次悬浮分离后，得到纯度为99%以上的膨化蠕虫石墨；其中，蠕虫石墨的体积为石墨颗粒的体积的60?100倍。
[0017]所述步骤三具体操作方法为:将膨化蠕虫石墨堆积在经步骤二处理得到的铜箔上，然后整平，得到初始密度均匀的厚度一致的膨化蠕虫石墨层，然后，进行第一次压延，压力为500?2000kg，使膨化蠕虫石墨填充并挤压到瘤状铜颗粒结构的间隙中；进行第二次压延，压力为3000?6000kg，使膨化蠕虫石墨层的密度提高到0.4?0.5g/cm3;第三次压延，压力为8000?20000kg，使膨化蠕虫石墨层的密度提高到0.8?lg/cm3;第四次压延，压力为40000?70000kg，使膨化蠕虫石墨层的密度提高到1.2?1.4g/cm3，此时膨化蠕虫石墨层已经转变成膜的状态；第五次压延，压力为90000?200000kg，使膨化婦虫石墨层的密度提高到1.6?1.8g/cm3，此时石墨有金属光泽。
[0018]所述压延方式具体为滚压。
[0019]本发明的优点:一、本发明的一种天然石墨/铜复合散热片采用石墨层和铜箔层通过瘤状铜颗粒结构相互咬合的方式，使得Z轴方向的导热性大大提高，使得散热片的导热性能优良，导热系数高达1200W/m.K，热扩散系数高达900mm2/s ;由于铜基材的加入，也具有优良的电磁屏蔽效果，使得小型设备中各组件可以有效的防止电磁干扰；二、本发明的一种天然石墨/铜复合散热片，抗拉伸，可弯折180度，有很高的力学性能；三、本发明的一种天然石墨/铜复合散热片的制备方法，通过阶段式压延的方式，使得散热片中石墨和铜箔可以更好的咬合在一起，并且不会损坏铜箔层上的瘤状铜颗粒结构，使得铜箔和石墨的附着力大大增加，使铜箔和石墨的界面热阻更小，提高了导热性能。
【附图说明】
[0020]图1为实施例的一种天然石墨/铜复合散热片的结构示意图；
[0021]图2为实施例的一种天然石墨/铜复合散热片的铜箔层的放大示意图；
[0022]其中，1-铜箔层，11-铜基材，12-粗化层，13-瘤状铜颗粒结构，2_石墨层。
【具体实施方式】
[0023]为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
[0024]实施例
[0025]—种天然石墨/铜复合散热片的制备方法，具体是按以下步骤进行的:1、铜箔双表面处理，铜箔在粗化处理之前必须进行预处理，由于铜箔在运输的储存过程、搬运过程中和空气、手及其它搬运工具接触，容易受到油脂及盐化物等污染，而且铜的表面活性大，容易在表面形成氧化层，所以要用碱性除油剂(如NaOH等)除油并且酸洗(0.5%以下的稀硫酸)处理；2、处理好的铜箔在电镀液中电镀双面，使表面成一层瘤状铜颗粒，同时进行多次电镀粗化处理，使瘤状铜颗粒的长度小于8 μ m，粗化处理好，再进行固化处理，也就是在粗化层的瘤状颗粒间隙中沉积一层致密的金属铜，以防瘤状铜颗粒和铜箔基体分离，即提高了粗化层和铜箔基体的粘结强度。粗化和固化后的铜箔要进行洗净溶液和烘干处理，使其在一段时间保持稳定性，此时收卷铜箔时要轻，不要太紧，以免破坏表面的粗化层。处理好的铜箔基本可以上特殊设备(即高旋切削蠕虫石墨设备)等待双面平铺一定厚度的蠕虫石墨；3、可膨化的石墨颗粒在加温到850?1040°C，使石墨颗粒膨化至60?100倍以上的蠕虫石墨，膨化后的蠕虫石墨很轻，可通过悬分式分离出较为纯净的蠕虫石墨，如要得到高纯度的蠕虫石墨，必须经过2?3次悬浮分离，甚至多次悬浮分离，以使蠕虫石墨达到99%以上的纯度(去除其中的硫、硫化物、细小石子等)；4、将高纯度的蠕虫石墨堆积到需要的厚度，同时控制好堆积层密度，再用高速滚筒切削工具整平，来达到消除堆积厚度不均匀的问题，进而得到初密度较均匀和絮状蠕虫石墨相对厚度一致的蠕虫石墨层，为阶段式压延提供了基础；5、为了提高膨化的蠕虫石墨和粗化、固化后的铜箔粘合强度，同时让蠕虫石墨进入粗化后的铜颗粒缝隙中，并且填实，从而采取阶段式压延的模式。第一次压延时蠕虫石墨和石墨层等密度进入铜颗粒缝隙，此时压力不大，只是在做挤压的动作，起填充挤压的作用；第二次压延把密度提高到0.4?0.5g/cm3左右，此时仍为粗压，对精度无特殊的要求；第三次压延使密度增加到0.8?lg/cm3左右，此时婦虫石墨要进入低温度的石墨膜的状态；第四次压延密度增加到1.2?1.4g/cm3左右，此时的婦虫石墨已完全成膜，并具有导热性，导热系数大幅提高，并且石墨的物性也有所体现，热扩散系数初步体现；第五次压延，使复合材的石墨层