用于等离子体显示板的散热片的制作方法

专利名称：用于等离子体显示板的散热片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于等离子体显示板的散热片，和将本发明的散热片用于等离子体显示板的方法。
背景技术：
等离子体显示板是一种包含多个放电单元的显示装置，并且通过在电极放电单元上施加电压引起所希望的放电单元发射光，从而显示图像。作为等离子体显示板主要部分的面板部件，通过将两个玻璃基板粘接在一起从而在其间夹有多个放电单元制造而成。
在等离子体显示板中，导致发射光从而用于图像形成的放电单元产生热，从而构成热源，会使等离子体显示板的温度整体上升。放电单元中产生的热传递给形成基板的玻璃，不过由于玻璃基板材料的性质，难以在平行于面板表面的方向传导热。
此外，受到激励而发光的放电单元的温度显著升高，而没有受到激励的放电单元的温度不会升高这样多。由此，等离子体显示板的面板表面温度在产生图像的区域中局部升高，加速了受影响放电单元的热降质，除非采取某些散热措施。
另外，由于受激励和未受激励放电单元之间的温度差较高，实际上，产生白光与产生暗色光的放电单元之间的温度差也较高，所以就将应力施加给面板部件，导致常规等离子体显示板易于破裂和破坏。
当施加给放电单元电极的电压增大时，放电单元的亮度增大，不过这些单元中产生的热量也增大。因此，那些具有大电压用于激励的单元更易于热降质，并且加剧了等离子体显示板面板部件的破裂问题。
例如，Morita，Ichiyanagi，Ikeda，Nishiki，Inoue，Komyoji和Kawashima在美国专利No.5,831,374中提出使用石墨薄膜或薄片作为等离子体显示板用的热接触材料。此外，人们还认识到层离石墨压缩颗粒的薄片的散热能力。实际上，可从俄亥俄州Lakewood的AdvancedEnergy Technology公司购得eGraf700类材料作为这种材料。
石墨由碳原子的六边形阵列或网络的层状平面构成。这些六边形排列的碳原子的层状平面大体是平坦的，并且取向或者排序成大体上彼此平行且等距离。常称作graphene层或基础平面的大体平坦、平行等距离的碳原子片或层键合或粘接在一起，其基团排列成晶粒。高度有序的石墨由相当大尺寸晶粒组成，晶粒彼此相对排列或者取向，并且具有良好有序的碳层。换言之，高度有序的石墨具有高度的优选晶粒取向。应当注意，石墨具有各向异性结构，从而表现出或者具有许多极具方向性的性质，如导热性和导电性。
简而言之，石墨可表征为碳层状结构，即通过弱范德瓦尔斯力结合在一起的碳原子层压层或薄层构成的结构。在考虑石墨结构时，常注意两个轴或方向，即“c”轴或方向和“a”轴或方向。简单起见，可以将“c”轴或方向假定为垂直于碳层的方向。“a”轴或方向假定为平行于碳层的方向或者垂直于“c”方向的方向。适于制造柔性石墨片的石墨具有高度取向性。
如上所述，将碳原子平行层保持在一起的结合力仅为弱范德瓦尔斯力。对天然石墨进行处理，使层压层碳层或薄片之间的间距明显增大，以便在垂直于层的方向即“c”方向产生显著的膨胀，从而形成发生膨胀的石墨结构，在其中基本保持碳层的薄片状性质。
在膨胀石墨片的粘接或集成片中无需使用粘合剂，就可以形成最终厚度或“c”方向尺寸为原始“c”方向尺寸大约80倍或更高的极大膨胀或特别显著膨胀的石墨片，例如网，纸张，条，带，箔，垫子等(通常称作“柔性石墨”)。由于大量膨胀的石墨颗粒之间实现的机械联锁或凝聚，因此认为无需使用粘接材料，就可以通过压缩将膨胀成最终厚度或“c”方向尺寸为原始“c”方向尺寸大约80倍或更高的石墨颗粒形成集成柔性片。
除了挠性以外，如上所述，还发现由于强压缩导致的膨胀石墨颗粒的取向性和石墨层基本上平行于片材相对表面，致使热传导具有高度各向异性，使片材特别适用于散热应用中。所制造出的片材具有优异的柔性，良好的强度和高度取向性。
简言之，柔软、无粘结各向异性石墨片材，如网，纸张，条，带，箔，垫子等的制造方法，包括在预定负载和没有粘合剂的条件下压缩或挤压“c”方向尺寸为原始颗粒尺寸大约80倍的膨胀石墨颗粒，从而形成大致平坦、柔软的集成石墨片。通常外形为蠕虫状或蚓状的膨胀石墨颗粒，一旦受到压缩，就将保持压缩形变且与薄片的相对主表面对准。通过控制压缩程度改变片材的密度和厚度。片材的密度可以处于从大约0.04g/cc到大约2.0g/c的范围内。
由于石墨颗粒平行于薄片的相对平行主表面取向，柔性石墨片材表现出明显的各向异性，随着片材压缩增大了取向性，各向异性程度也增大。在受到压缩的各向异性片材中，厚度即垂直于相对平行薄片表面的方向包含“c”方向，而沿长度和宽度方向，即沿着或平行于相对主表面的方向包含“a”方向，对于“c”和“a”方向，薄片的热学或电学性质极为不同，幅值相差数个量级。
使用石墨薄片作为等离子体显示板散热片的一个缺点在于等离子体显示板制造过程。具体而言，要大量制造等离子体显示板，并且将石墨散热片应用于等离子体显示板的过程需要使得在制造过程中不产生瓶颈。此外，将石墨散热片粘接至显示板的方法必须避免制造过程中石墨散热片脱落，并保证石墨散热片与等离子体显示板之间有良好的热接触，而不需要向散热片施加高压；不过，附着方法必须不会对散热片的热学性质产生显著的有害影响。
将石墨散热片附着于等离子体显示板的一种方法是使用涂覆于石墨的粘合剂。Tzeng，Getz和Weber的美国专利6,245,400描述了一种带分离衬垫的压敏粘合剂柔性石墨片制品的制造方法，其中易于从石墨片中去除分离衬垫，不会使石墨分层。石墨片具有相对较低的内聚强度，而在不将石墨分层的条件下去除分离衬垫是一种极大的挑战。Tzeng等人专利的关键部分是，在涂覆压敏粘合剂之前向石墨片涂覆底涂层。该方法的缺点是需要附加的涂覆步骤，会增加制造复杂性和成本。
因此，需要一种无需使用底涂层就可制造带分离衬垫的压敏粘合剂柔性石墨片的方法，用作等离子体显示板的散热片。此外，该方法能从涂有粘合剂的石墨片高速分离分离衬垫，不会使石墨分层，并且石墨散热片的热学性质也不会产生人们所不希望的高度减弱。

发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种在大批量制造过程中将散热片应用于等离子体显示板的方法。
本发明的另一目的在于提供一种可用于大批量等离子体显示板制造过程的散热片材料。
本发明的又一目的在于提供一种在大批量制造过程中将散热材料应用于热源如等离子体显示板的方法，其中应用散热片不会在制造过程中产生瓶颈。
本发明的再一目的在于提供一种可应用于热源或者热源群如等离子体显示板的散热材料，并且散热片与等离子体显示板之间良好的热接触粘接，无需向散热片施加高压来实现所需热接触。
本发明的另一目的在于提供一种可应用于热源或热源群如等离子体显示板的散热材料，其粘接至热源上，在组装过程中不会脱落。
本发明的另一目的在于提供一种将散热片应用于热源或热源群如等离子体显示板的方法，不会明显地影响散热片的热学性质。
通过阅读下面的描述，本领域技术人员显然可以得出的这些和其他目的，可通过提供一种将散热片应用于热源如多个等离子体显示板而实现，该方法包括提供多个散热片复合材料，每种复合材料包括上面具有粘合剂的散热材料，以及分离材料，其位置使得粘合剂夹在散热材料与分离材料之间；从多个复合材料中去除分离材料；并将至少一个复合材料应用于多个等离子体显示板的每一个，从而粘合剂将散热材料粘接至等离子体显示板。
应当这样选择分离材料和粘合剂，以使分离材料以预定速率分离时，不会对散热材料造成所不期望的损害。此外，粘合剂和分离材料还应当产生在分离速度为大约1米/秒(m/s)时不大于大约40克每厘米(g/cm)的平均脱开负荷。实际上，在大约1m/s的分离速度下平均脱开负荷应当不大于大约20g/cm，优选不大于大约10g/cm。
此外，粘合剂优选实现至少大约125g/cm2的最小重叠剪切粘接强度，优选平均重叠剪切粘接强度为至少大约700g/cm2。
为了避免热损失过高，粘合剂应当使粘合剂/散热材料组合的厚度方向的热阻，与散热材料本身相比，增大不超过大约100％，优选不超过大约35％。为了满足对内衬分离速度、粘接强度和热阻的要求，粘合剂厚度应当不大于大约0.5密耳，优选厚度为大约0.1密耳到大约0.25密耳之间。
散热材料优选包含石墨，特别是至少一片膨胀石墨压缩颗粒，可以为包括多片膨胀石墨压缩颗粒的层压层。
根据结合附图阅读下面的内容，本领域技术人员显然可以得出本发明的其他和进一步的目的、特征和优点。


图1为实施例1的高速分离试验。
图2为试验过程中的实施例1的高速分离试验。
具体实施例方式
石墨是碳的结晶形式，包含在平面之间用较弱的键共价结合成平坦层状平面的原子。在获得上述柔性石墨片的原材料时，通常用嵌入剂如硫酸与硝酸溶液处理石墨颗粒，如天然石墨薄片，其中石墨的晶体结构发生反应，形成石墨与嵌入剂的复合物。以下将经过处理的石墨颗粒称作“嵌入石墨颗粒”。暴露在高温时，石墨内的嵌入剂分解、挥发，使嵌入石墨颗粒在“c”方向，即在垂直于石墨晶面的方向，尺寸以手风琴形状方式膨胀成原始体积的大约80倍或更高。膨胀的(或者称作层离)石墨颗粒外观为蠕虫状，从而常称作蠕虫。蠕虫可以压缩在一起形成柔性片，其与原始的石墨薄片不同，可以构成并切割成各种形状，通过形变机械冲击而形成小的横向开口。
适用于本发明中的柔性片的石墨原材料包含能嵌入有机和无机酸以及卤素的高石墨碳质材料，在暴露于热时发生膨胀。这些高石墨碳质材料优选石墨化程度为大约1.0。如本说明中所使用的，术语“石墨化程度”表示根据下式的值g
g=3.45-d(002)0.095]]>其中d(002)为测得的以埃为单位的晶体结构中碳石墨层之间的间距。通过标准的X-射线衍射技术测量石墨层之间的间距d。测量与(002)，(004)和(006)密勒指数(Miller Indices)相应的衍射峰位置，并且采用标准的最小二乘技术推导出使所有这些峰值的总误差最小的间距。高石墨碳质材料的例子包括多种来源的天然石墨，以及其他碳质材料，如通过化学汽相沉积、聚合物高温分解或者熔融金属溶液结晶等制备的石墨。最优选天然石墨。
本发明中所用的柔性片的石墨原材料，可含有非石墨成分，只要原材料的晶体结构保持所要求的石墨化程度即可，并且可以层离。通常，晶体结构具有所要求的石墨化程度，并且可以层离的任何含碳材料都适用于本发明。这种石墨优选具有小于百分之二十的含灰量。优选本发明采用的石墨的纯度至少为大约94％。在最优选的实施方案中，所采用的石墨的纯度至少为大约98％。
Shane等在美国专利No.3,404,061中描述了一种用于制造石墨片的常规方法，该专利内容在此引作参考。在Shane等人方法的代表性实施方式中，通过将薄片分散于含有例如硝酸与硫酸混合物的溶液中，优选在每100重量份石墨片中有大约20到大约300重量份嵌入溶液(pph)的浓度下，而使天然石墨片进行嵌入反应。嵌入溶液包含本领域中公知的氧化剂和其他嵌入剂。例如包括含有氧化剂和氧化混合物的物质，如含有硝酸、氯酸钾、铬酸、高锰酸钾、铬酸钾、重铬酸钾、高氯酸等的溶液；或者混合物，如浓硝酸与氯酸盐，铬酸与磷酸，硫酸与硝酸；或者强有机酸，如三氟化乙酸，与溶于该有机酸的强氧化剂的混合物。或者，可使用电势使石墨氧化。可通过电解氧化引入石墨晶体中的化学物质包括硫酸以及其他酸。
在优选实施方案中，嵌入剂为硫酸，或者硫酸与磷酸，与氧化剂的混合物溶液，氧化剂如硝酸、高氯酸、铬酸、高锰酸钾、过氧化氢、碘酸或高碘酸等。虽然不是最佳的，不过嵌入溶液可包含金属卤化物如氯化铁，以及混有硫酸的氯化铁，或者卤化物如溴、溴与硫酸的溶液或者有机溶剂中的溴。
嵌入溶液的量可以从大约20到大约350pph，优选为大约40到大约160pph。在薄片进行了嵌入之后，从薄片排干过量溶液，并用水冲洗薄片。
或者，嵌入溶液的量可以限制在大约10到大约40pph之间，这时如美国专利No.4,895,713中所述可无需冲洗步骤，该专利的内容在此也引作参考。
通过嵌入溶液处理的石墨片的颗粒，任选地例如通过混合而与有机还原剂接触，可从在25℃至125℃范围温度下与氧化性嵌入溶液的表面膜反应的醇、糖、醛和酯中选择所述有机还原剂。适宜的特殊有机试剂包括十六醇、十八醇、1-辛醇、2-辛醇、癸醇、1，10-癸二醇、癸醛、1-丙醇、1，3-丙二醇、1，2-乙二醇、聚丙二醇、葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、马铃薯淀粉、乙二醇单硬脂酸酯、二苯甲酸二甘醇酯、丙二醇单硬脂酸酯、丙三醇单硬脂酸酯、肉铁质酸二甲基酯、肉铁质酸二乙基酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、抗坏血酸和木质素衍生化合物，如木质素磺酸钠。有机还原剂的量占石墨片颗粒重量的大约0.5到4％时比较适宜。
在嵌入前、期间或之后立即采用膨胀助剂还可以带来改进效果。这些改进为降低层离温度和增大膨胀体积(也称作“蠕虫体积”)。本文中膨胀助剂优选为充分可溶于嵌入溶液以便改善膨胀的有机材料。进一步限定，可优选但非排他性地采用含有碳、氢和氧的这种有机材料。发现羧酸尤为有效。适用于膨胀助剂的羧酸可以从具有至少一个碳原子，优选具有最高达大约15个碳原子的芳香族、脂肪族或脂环族，直链或支链，饱和或不饱和一元羧酸，二元羧酸和多元羧酸中选择，其溶解于嵌入溶液中的量足以产生可测量出的对层离的一个或多个方面的改进。可采用适当的有机溶剂提高有机膨胀助剂在嵌入溶液中的溶解度。
饱和脂肪族羧酸的代表性例子为诸如化学式为H(CH2)nCOOH的酸，其中n为从0到大约5的数，包括蚁酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸等。还可使用酐或活性羧酸衍生物如烷基酯代替羧酸。烷基酯的代表例为甲酸甲酯和甲酸乙酯。硫酸，硝酸和其他已知的含水嵌入剂能分解蚁酸，最终分解成水和二氧化碳。由于这个原因，有利的是，在薄片浸入含水嵌入剂之前使蚁酸和其他敏感性膨胀助剂与石墨薄片接触。代表性的二羧酸为具有2-12个碳原子的脂肪族二羧酸，特别是草酸、富马酸、丙二酸、马来酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、1，5-戊二酸、1，6-辛二酸、1，10-癸二酸、环己烷-1-4-二羧酸和芳族二羧酸如苯二甲酸或对苯二甲酸。代表性的烷基酯为肉铁质酸二甲酯和肉铁质酸二乙酯。代表性的环脂肪族酸是环己烷羧酸，代表性的芳香羧酸为苯甲酸、萘甲酸、邻氨基苯甲酸、p-氨基苯甲酸、水杨酸、o-，m-和p-甲基苯甲酸、甲氧基和乙氧基苯甲酸、乙酰乙酰氨基苯甲酸、乙酰氨基苯甲酸、苯乙酸和萘甲酸。代表性的羟基芳香酸为羟基苯甲酸，3-羟基-1-萘甲酸，3-羟基-2-萘甲酸，4-羟基-2-萘甲酸，5-羟基-1-萘甲酸，5-羟基-2-萘甲酸，6-羟基-2-萘甲酸和7-羟基-2-萘甲酸。在多元羧酸中主要为柠檬酸。
嵌入溶液将含有水，且优选包含膨胀助剂的量为大约1％到10％，这一数量有利于加强层离。在其中石墨薄片浸入含水嵌入溶液前或后使膨胀助剂与石墨片接触的实施例中，膨胀助剂可通过适当装置如V-掺和机与石墨混合，一般数量占石墨重量的大约0.2％到大约10％。
在嵌入石墨片之后，将嵌入石墨片与有机还原剂混合，然后将混合物放置在25℃到125℃温度范围内，促进还原剂与嵌入石墨片的反应。加热周期达到大约20小时，对于上述范围内较高的温度，则加热周期缩短，例如至少大约10分钟。在较高温度时，可采用1个半小时或更短的时间，例如10至25分钟量级。
通过在石墨化温度即大约3000℃和以上的温度范围内对石墨片进行预处理，并且通过在嵌入剂中包含润滑剂，有利于加强上述嵌入和层离石墨片的方法。
石墨片的预处理或退火导致当薄片随后进行嵌入和层离时，膨胀量明显增大(即膨胀体积增大到300％或者更大)。实际上，希望与不经过退火步骤的相同处理相比，膨胀增大至少50％。退火步骤所采用的温度不应明显低于3000℃，因为温度即使降低100℃，也会导致膨胀显著减小。
执行本发明的退火一段时间，使得足以导致薄片在嵌入和随后层离时膨胀度增大。一般所需的时间为1小时或者更长，优选为1至3小时，更优选是在惰性环境下处理。为了实现最大的有益效果，经过退火的石墨片还将经受本领域中已知的用于增大膨胀度的其他处理，即在存在有机还原剂、嵌入助剂如有机酸时嵌入，并在嵌入后进行表面活性剂冲洗。此外，为了实现最大的有益效果，嵌入步3最可以重复进行。
在感应电炉或石墨化领域中公知并承认的其他这类装置中执行本发明的退火步骤；此处采用的3000℃范围内的温度处于石墨化过程中所遇温度范围的高端。
因为观察到，使用经过嵌入前退火的石墨制造的蠕虫有时会“凝集”在一起，会对面重量均匀性产生负面影响，所以极其需要有助于能形成“自由流动”的蠕虫的添加剂。将润滑添加剂加入嵌入溶液中，便于蠕虫在压缩装置机床(如传统上用于将石墨蠕虫压缩(或“压延”)成柔性石墨片的压延操作台的机床)上更均匀的分布。从而所产生的薄片具有高的面重量均匀性和更大抗拉强度，即使原料石墨颗粒小于传统中所用石墨颗粒时也是如此。润滑添加剂优选为长链碳氢化合物。也可采用具有长链烃基，甚至存在其他官能团的有机化合物。
更优选，润滑添加剂为油，最优选矿物油，尤其是考虑到矿物油不易于腐臭和发出气味，这对于长期使用而言是一种重要的考虑因素。注意，上述的某些膨胀助剂也满足润滑添加剂的定义。当使用这些材料作为膨胀助剂时，嵌入剂中不必单独包含润滑添加剂。
润滑添加剂在嵌入剂中存在的数量至少为大约1.4pph，优选至少大约1.8pph。尽管润滑添加剂含量的上限不如下限重要，不过看起来包含润滑添加剂超过大约4pph并不能带来明显的额外优点。
有时将经过这样处理的石墨颗粒称作“嵌入石墨颗粒”。在暴露在高温下时，例如至少大约160℃，特别是大约700℃至1000℃和更高温度，嵌入石墨颗粒沿c-方向，即沿垂直于构成石墨颗粒晶面的方向，通过一种手风琴形状的方式膨胀成其初始体积的大约80至1000倍或更大。经过膨胀即层离的石墨颗粒外观为蠕虫形，从而常称作蠕虫。蠕虫可以模压在一起，成为与原始石墨片不同的具有小横向开口的柔性片，可以形成并切割成各种形状，如下面所述。
或者，本发明的柔性石墨片可以利用重新研磨的柔性石墨片而非新膨胀的蠕虫。薄片可以为新形成的片材，再生片材，废料片材或者任何其他适当来源。
并且本发明的方法可以使用新鲜材料与再生材料的混合物。
用于再生材料的原料可以为已经经过上述模压的薄片或薄片经过修整的部分，或者已经利用预压延辊压缩但还没有注入树脂的薄片。此外，原材料可以为已经注入树脂但还没有固化的薄片或薄片经过修整的部分，或者已经注入树脂且已固化的薄片或薄片经过修整的部分。原材料还可以为再生柔性石墨PEM燃料电池部件如流场板或电极。可单独使用多种石墨原料中的每一种，或者与天然石墨片混合使用。
一旦获得了柔性石墨片的原料，则可通过已知方法或装置如喷射研磨、空气研磨等进行粉碎以形成颗粒。最好，大部分颗粒的直径能通过20U.S.目；更优选主要部分(大于大约20％，更优选大于大约50％)不能通过80U.S.目。最为优选的是，颗粒的颗粒尺寸不大于大约20目。还希望当粉碎时注入树脂时将柔性石墨片冷却，以避免粉碎过程中对树脂系统的热损伤。
这样选择研碎颗粒的大小，使石墨颗粒的机械加工性和易成型性与所需的热学性质相平衡。较小颗粒产生更易于加工和/或成型的石墨制品，而较大颗粒将产生具有更高各向异性，从而面内导电性和导热性更高的石墨制品。
如果原材料已经注入树脂，那么最好从颗粒中去除树脂。下面进一步描述树脂去除的细节。
一旦研碎原材料，则去除任何树脂，然后重新膨胀。可使用上述以及Shane等人的US3,404,061和Greinke等人的US4,895,713中所述的嵌入和层离方法进行重新膨胀。
一般，在嵌入后通过在炉子中加热嵌入颗粒而发生层离。在这一层离步骤过程中，可在再生嵌入颗粒加入经过嵌入的天然石墨片。优选，在重新膨胀步骤过程中颗粒膨胀成比体积至少为大约100cc/g到大约350cc/g或更大范围。最后，在重新膨胀步骤之后，将重新膨胀的颗粒压缩成柔性片，如上面所述。
如果原材料已经注入了树脂，则优选从颗粒中至少部分地去除树脂。这一去除步骤应当发生于研磨步骤与重新膨胀步骤之间。
在一个实施方案中，去除步骤包括如在明火上加热含有树脂的再次研磨颗粒。具体而言，将所注入的树脂加热到至少大约250℃的温度，实现树脂去除。在这一加热步骤中，应当注意避免树脂分解产物的闪点；可通过在空气中小心加热或在惰性氛围中加热而实现。优选，应当在大约400℃到大约800℃的范围内加热至少大约10分钟到最高达大约150分钟或更长时间。
此外，树脂去除步骤与没有去除树脂的相同方法相比，可增大模压处理产生的生成制品的抗拉强度。树脂去除步骤的优点在于，由于在膨胀步骤过程中(即嵌入和层离)，当树脂与嵌入化学品混合时，在某些情况下会产生有毒的副产品。
因此，通过在膨胀步骤之前去除树脂，得到优良的产物，如上面讨论的强度性质的增强。强度性质增强部分是由于膨胀增大造成。颗粒中由于存在树脂，所以膨胀可能会受到限制。
除了强度性质和环境考虑以外，鉴于考虑到树脂有可能与酸产生不可控制的放热反应，所以可在嵌入之前去除树脂。
鉴于上面所述，优选去除大部分树脂。更优选，去除掉超过大约75％的树脂。最优选去除掉超过99％的树脂。
在优选实施方案中，柔性石墨片一旦研碎，就形成所需的形状(即薄片)，然后(当树脂注入时)固化。或者，薄片可在研磨之前固化，不过优选研磨之后固化。
柔性石墨片和箔凝聚成具有良好的加工强度，并且适合于通过例如模压压缩成大约0.025mm到3.75mm的厚度，通常密度为每立方厘米大约0.1到1.5克(g/cc)。如美国专利No.5,902,762(在此引作参考)中所述，可将大约1.5-30重量％的陶瓷添加剂与嵌入的石墨片混合，以在最终的柔性石墨产品中增强树脂注入。添加剂包括长度为大约0.15到1.5毫米的陶瓷纤维颗粒。颗粒的宽度适合为大约0.04到0.004毫米。陶瓷纤维颗粒是非活性的，并且不粘附于石墨，在高达大约1100℃，优选大约1400℃或更高温度下是稳定的。适当的陶瓷纤维颗粒由浸软的石英玻璃纤维，碳和石墨纤维，氧化锆，一氮化硼，金刚砂和氧化镁纤维，天然生成的矿物纤维如偏硅酸钙纤维，硅酸铝钙纤维，氧化铝纤维等形成。
有时，柔性石墨片在固化之后也可以用树脂处理，吸收的树脂在固化后增强了柔性石墨片的抗湿性和加工强度即硬度，并且“固定”了薄片的形态。适当的树脂含量优选为至少大约5重量％，更优选大约10重量％至35重量％，适当的为最高达约60重量％。在本发明实施过程中发现的特别有用的树脂包括丙烯酸、环氧和酚基树脂体系，或其混合物。适宜的环氧树脂系包括基于二缩水甘油醚或双酚A(DGEBA)的树脂和其他多官能团树脂体系；可采用的酚树脂包括甲阶酚醛树脂和线型酚醛清漆酚。
尽管本申请是针对应用于等离子体显示板的散热片写的，不过可知本发明的方法和散热片同样适用于其他热源，或者热源群，特别是在大规模处理中生成的热。
现在的等离子体显示板制造尺寸为1米以上(角到角测量)。从而，用于冷却和改善这种显示板上热斑效应的散热片也要求相当大，为大约270毫米乘大约500毫米量级，或者为大约800毫米乘500毫米量级或者更大。在等离子体显示板中，如上所述，存在成百上千的分别含有等离子气体的单元。当电压施加给每个单元时，等离子气体与各单元中的荧光体反应，产生有色光。由于需要相当大的能量将气体电离以产生等离子体，等离子体显示器可能会非常热。此外，取决于显示板特定区域中的颜色，会在屏幕上产生热斑，会导致荧光体过早的损坏，缩短显示器寿命，并且在显示板本身上产生热应力。从而，需要散热片来减小这些热斑的影响。
发现层离石墨压缩颗粒片，特别是层离石墨压缩颗粒片的层压层，特别适用作等离子体显示器的散热片。实际上，这要求制成的石墨散热片上有一层粘合剂，以便特别是在等离子体显示板组装过程中将散热片粘接到等离子体显示板上。从而必须使用分离衬垫覆盖粘合剂，使粘合剂夹在分离衬垫与石墨片之间，以便在粘接至等离子体显示板之前保存和运输石墨散热片。
使用具有分离衬垫的涂有粘合剂的石墨片(或者片的层压层)，在用于大规模等离子体显示板制造过程中时需要满足某些要求。具体而言，分离衬垫必须能从薄片高速去除，而不会使石墨分层。当分离衬垫在去除时实际上使粘合剂和一些石墨片从薄片上脱落下来发生分层，导致石墨浪费，石墨片本身损伤，并且使石墨片粘接至等离子体显示板所需的粘合剂损失，以及产生难看和不适宜的外观。
尽管如此，虽然必须选择粘合剂和分离衬垫，使得可以从粘合剂/石墨片分离分离衬垫而石墨不会分层，但是粘合剂的强度必须足以将石墨片保持在等离子体显示板上适当位置处，同时显示板呈现出多种取向中的任何一种，并足以保证散热片与显示板之间有良好的热接触。
此外，粘合剂必须不会引起散热片的热学性质显著降低。换言之，涂覆成一层较大厚度的粘合剂可能会影响散热片的热学性质，因为粘合剂会影响将热从等离子体显示板传导到散热片。
因此，粘合剂和分离衬垫组合必须达到某种平衡，使得在大约1m/s的分离速度下，在例如ChemInstruments HSR-1000高速分离检测仪上测量时，它们产生不大于大约40g/cm，优选大约20g/cm，最优选大约10g/cm的脱开负荷。例如，如果要求以大约1m/s的速度去除分离衬垫以便与等离子体显示板的大规模制造要求相符，则分离衬垫的平均脱开负荷应当不大于大约40g/cm，优选大约20g/cm，更优选大约10g/cm，以便在该分离速度下去除分离衬垫时不会导致石墨分层。为了实现这一目的，粘合剂的厚度优选不超过大约0.3密耳。
需要平衡的另一因素是上述粘合剂的粘接强度必须足以在等离子体显示板制造过程中将散热片保持在等离子体显示板上适当位置处，并足以保证散热片与等离子体显示板之间有良好的热接触。为了实现所需的粘接，例如在ChemiInstruments TT-1000拉力检测仪上测量时，粘合剂必须具有至少大约125g/cm2的最小重叠剪切粘接强度，更优选平均重叠剪切粘接强度为至少大约700g/cm2。
通过以上所述的全部内容，粘合剂应当基本上不影响散热片的热学性质。这意味着，粘合剂的存在不应引起散热片厚度方向的热阻比没有粘合剂的散热材料本身增大约100％以上。实际上，在更优选的实施方案中，与没有粘合剂的散热材料相比，粘合剂不会使热阻增大大约35％以上。因此，粘合剂必须满足脱开负荷的要求和平均重叠剪切粘接强度的要求，同时充分薄以避免热阻不合需要地极度增大。为了满足这些要求，粘合剂应当不超过大约0.5密耳厚，优选不超过0.25密耳厚。
在大批量制造过程中，为了实现生产可应用于等离子体显示板的散热片所需的上述均衡，其中散热片是厚度不大于大约2.0密耳，密度介于每立方厘米大约1.6至大约1.9克之间的层离石墨压缩颗粒片或片的层压层，将可从Ashland Chemical购得的所需厚度的Aroset 3300压敏丙烯酸粘合剂，结合涂有硅氧烷的Kraft纸制成的分离衬垫，如可从Techicote公司的分销商Sil Tech购得的L2分离衬垫，可实现所需结果。因此，形成这样一种散热片复合材料，其包括散热材料如层离石墨压缩颗粒片或片的层压层，上面具有一定厚度的粘合剂，这一厚度使散热材料的热学性质基本上不会受到损害，设置有分离层，其使粘合剂介于散热材料与分离材料之间。然后，在使用时，可从散热片/粘合剂组合中去除分离材料，然后将散热材料/粘合剂组合应用于等离子体显示板，使得粘合剂将散热材料粘接至等离子体显示板上。此外，在制造多个等离子体显示板时，将至少一个散热片/粘合剂组合应用于多个等离子体显示板的每一个。
通过这种方式，将提供用于给等离子体显示板的优异的散热片，其方式使得可连续进行等离子体显示板的大批量制造，同时将散热片输送和应用于显示板。
为了便于更加充分地理解本发明，下面给出了多个实施例。不过，本发明的范围不受这些实施例中所披露的特定实施方案的限制，这些实施例仅是为了说明的目的。除非另外指出，否则下面实施例中提到的所有比例和数量都是按重量计的。
实施例1使用ChemInstruments HSR-1000高速分离试验仪进行高速分离衬垫试验。试验条件如下主动轮速度设定为400,800英尺/分钟，分离角度为180度，表面分离速度为40,80英寸/秒，散热片分离速度为0.5，0.25秒，样品尺寸为2英寸乘8英寸。
图1中表示高速分离试验的示意图。从露出石墨散热片10和分离衬垫20的样品的一暴露端开始向后轻轻地剥离分离衬垫20。用夹具100将石墨10的该暴露端牢固地固定在适当位置，而纸拖曳物110连接在分离衬垫20的自由端。然后，将纸拖曳物110本身向后折叠，并装入主动轮120与从动轮125之间。试验包括以设定速度驱动主动轮120，并压紧由从动轮125支撑的纸拖曳物20，如图2中所示。由主动轮120驱动的拖曳物20以与主动轮120相同的速度运动，从石墨片10剥离分离衬垫20。
由于纸拖曳物110本身向后折叠，衬垫20以大约180的分离角度从石墨片10去除。导致粘合界面以纸拖曳物110一半的速度沿石墨样品10的表面移动。如上所述，主动轮120以每分钟400到800英尺的速度进行试验，相当于界面以每秒40到80英寸的分离速度分离。而这些速度分别相当于0.5秒和0.25秒的分离衬垫分离速度。
在每次试验过程中，记录最大分离力，以每2英寸样品宽度的克数为单位。试验之后，检查各样品是否存在石墨分层，石墨区域升高或石墨转移到分离衬垫的迹象。如果观察到石墨区域任何的升高，或者石墨存在任何分层，则该样品没有通过试验。表I中列出针对2种不同粘合剂成份的结果。
表I高速剥离试验eGraf 755-L2剥离纸

如表I中所示，在一定分离速度如0.5秒下对涂有Aroset 3250粘合剂的eGraf 755石墨散热材料的总共199个样品进行试验。163个通过了试验，而36个没有通过试验，通过率为82％。没有通过试验的样品上测得的平均最大分离力为每2英寸宽度154克，而通过试验的样品的平均最大分离力为每2英寸宽度42克。
对涂有Aroset 3300粘合剂的总共12个样品进行试验，8个为0.5秒的分离速度，4个为0.25秒的分离速度。在这两种情况下所有样品都通过了试验。在以较慢速度试验样品时测得的平均最大分离力仅为每2英寸宽度17.4克，而对于较快速度的试验，平均值仅为每2英寸宽度19.7克。
实施例2使用ChemInstruments TT-1000拉力试验仪进行重叠剪切粘性试验。试验条件为十字头速度为0.5英寸/分钟，重叠剪切面尺寸为1”乘1”。eGraf样品尺寸为1”宽，4”长。试验基片材料为玻璃和试验基片尺寸为2”宽，4”长。在将样品固定于玻璃基片之后从每个样品切片中切下一小片，在试验前将1,000克重力施加给石墨/玻璃结合处石墨一侧上20分钟。没有其他力施加给结合处。
将样品装于拉力试验仪中，使玻璃基片处于上钳口中，样品处于下钳口中。以每分钟0.5”的十字头速度进行试验。得到每个样品的最大重叠剪切力，并归纳于表II中。
表II重叠剪切粘性试验结果

如表II中所示，对100个涂有Aroset 3250粘合剂的eGraf 755石墨散热片样品以及10个涂有Aroset 3300粘合剂的eGraf 755样品进行试验。涂有Aroset 3250粘合剂的样品的平均最大重叠剪切强度为4129克，而涂有Aroset 3300粘合剂的样品的平均最大剪切强度为3738克。Aroset 3250粘合剂样品的标准偏差为1422克，Aroset 3300粘合剂样品的标准偏差为1822克。因此，当采用3300粘合剂时，重叠剪切强度平均降低10％。
实施例3使用ChemInstruments PT-1000探针初粘度试验仪进行探针初粘度试验(Probe tack test)。探针初粘度度量了没有负载条件下粘合剂在基片上的初始“停留位置”。分别获得涂有Aroset 3250粘合剂和Aroset 3300粘合剂的eGraf 755石墨散热片样品的探针初粘度负载，并将结果归纳于表III中。
表III探针初粘度试验结果

如表III中所示，对涂有Aroset 3250粘合剂的26个样品和涂有3300粘合剂的16个样品进行探针初粘度试验。Aroset 3250样品来自于3个散热片，Aroset 3300样品来自于2个散热片。涂有Aroset 3250粘合剂的样品的平均探针初粘度负载为23克，而涂有Aroset 3300粘合剂的样品的平均负载为19.1克。涂有Aroset 3250的样品的标准偏差为10.5克，而涂有Aroset 3300粘合剂的样品的标准偏差为9.0克，这表明，平均而言，与Aroset 3250粘合剂相比，3300粘合剂的探针初粘度负载减小17％。
实施例4使用改良的ASTM D5470导热率试验标准进行厚度方向的热阻试验。在没有粘合剂的eGraf石墨散热片和仅一侧涂有Aroset 3250粘合剂或Aroset 3300粘合剂的eGraf 755散热片上进行试验。检验每种材料的两个样品。样品直径为2.0英寸，在16psi的接触压力和50℃的标称样品温度下进行试验。试验结果归纳于表IV中。如表中所示，不具有粘合剂的eGraf 755材料的热阻为3.48cm2℃/W。涂有Aroset 3250的样品的热阻在4.46与4.55cm2℃/W之间变化，而涂有Aroset 3300粘合剂的样品的热阻在3.77与3.99cm2℃/W之间变化，表明涂有Aroset 3300粘合剂的样品的热学性质明显更优于涂有Aroset 3250粘合剂的样品。
表IV厚度方向的热阻试验16psi的接触压力

上面的实施例举例说明了识别可用于散热材料的分离衬垫和粘合剂，以便实现本发明的均衡散热片复合材料时所需的均衡试验。
应用实施例1在下列不同的屏幕条件下分析型号为TH42PA20的松下等离子体电视的热特性，该等离子体显示板背后粘附有丙烯酸散热剂。在显示器上产生黑白图纹，并使用红外照相机测定屏幕表面温度。在所有情况中背景是黑色的。图纹的组成如下1)水平横穿屏幕的均匀间隔的三条白线(23.9％屏幕照度)；和2)均匀间隔的白点(4％屏幕照度)形成的4×3列阵。在对带有常规丙烯酸散热剂的单元进行了试验后，除去丙烯酸散热剂并代之以柔性石墨散热剂，柔性石墨散热剂厚度为1.4mm，平面内的导热性为大约260W/m°K。然后在与上述相同的条件下再次试验等离子体显示器，结果列在表1中。
表1

应用实施例2在下列不同的屏幕条件下分析型号为Plasmasync 42″42XM2HD的NEC等离子体显示器的热特性，该等离子体显示板背后粘附有铝/硅氧烷散热剂。在显示器上产生黑白图纹，并使用红外照相机测定屏幕表面温度。在所有情况中背景是黑色的。图纹的组成如下1)水平横穿屏幕的均匀间隔的三条白线(23.9％屏幕照度)；和2)均匀间隔的白点(4％屏幕照度)形成的4×3列阵。在对带有常规铝/硅氧烷散热剂的单元进行了试验后，除去铝/硅氧烷散热剂并代之以柔性石墨散热剂，柔性石墨散热剂厚度为1.4mm，导热性为大约260W/m°K。然后在与上述相同的条件下再次试验等离子体显示器，结果列在表2中。
表2

这些实施例举例说明了使用柔性石墨散热剂比常规散热剂技术所具有的优势，该优势在最高温度(Tmax)和温度范围(T范围)两方面均能观察到。
本申请中提到的所有引用的专利和出版物在此引作参考。
所述的本发明显然可以通过多种方式改变。不认为这种改变偏离了本发明的精神和范围，本领域技术人员显然可以得出的所有这些变型均包含在所附权利要求范围内。
权利要求
1.一种将散热片应用于多个等离子体显示板的方法，包括(a)提供多个散热片复合材料，每一个包括上面具有粘合剂的散热材料和分离材料，分离材料设置成使粘合剂夹在散热材料与分离材料之间；(b)从多个复合材料中去除分离材料；以及(c)将至少一个复合材料施加给多个等离子体显示板中的每一个，从而粘合剂将散热材料粘接至等离子体显示板上。
2.如权利要求1所述的方法，其中选择分离材料和粘合剂材料，使得以预先确定的速度分离分离材料时不会对散热材料造成不合乎需要的损害。
3.如权利要求2所述的方法，其中粘合剂和分离材料在每秒一米的分离速度下产生不大于每厘米大约40克的平均脱开负荷。
4.如权利要求3所述的方法，其中在每秒一米的分离速度下平均脱开负荷不大于每厘米大约10克。
5.如权利要求3所述的方法，其中粘合剂实现每平方厘米至少大约125克的最小重叠剪切粘接强度。
6.如权利要求5所述的方法，其中粘合剂实现每平方厘米至少大约700克的平均重叠剪切粘接强度。
7.如权利要求5所述的方法，其中粘合剂使粘合剂/散热材料的厚度方向的热阻与散热片本身相比增大不大于大约35％。
8.如权利要求7所述的方法，其中粘合剂的厚度为不大于大约0.5密耳。
9.如权利要求8所述的方法，其中粘合剂的厚度为不大于大约0.25密耳。
10.如权利要求1所述的方法，其中散热材料包括石墨。
11.如权利要求10所述的方法，其中散热材料包括至少一片层离石墨压缩颗粒。
12.如权利要求11所述的方法，其中散热材料包括包含多片层离石墨压缩颗粒的层压层。
13.一种适用于大量产生的热源的散热片，包括散热片复合材料，其包括上面具有粘合剂的散热材料和分离材料，分离材料设置成使粘合剂夹在散热材料与分离材料之间，其中选择分离材料和粘合剂，使得以预定的速率分离分离材料时不会对散热材料造成不合乎需要的损伤。
14.如权利要求13所述的散热片，其中粘合剂和分离材料在每秒一米的分离速度下产生不大于每厘米大约40克的平均脱开负荷。
15.如权利要求14所述的散热片，其中在每秒一米的分离速度下，平均脱开负荷不大于每厘米大约10克。
16.如权利要求14所述的散热片，其中粘合剂产生每平方厘米至少大约125克的最小重叠剪切粘接强度。
17.如权利要求16所述的散热片，其中粘合剂产生每平方厘米至少大约700克的平均重叠剪切粘接强度。
18.如权利要求16所述的散热片，其中粘合剂使粘合剂/散热材料厚度方向的热阻与散热材料本身相比增大不超过大约35％。
19.如权利要求18所述的散热片，其中粘合剂的厚度不大于大约0.5密耳。
20.如权利要求20所述的散热片，其中粘合剂的厚度不大于大约0.25密耳。
21.如权利要求13所述的散热片，其中散热材料包括石墨。
22.如权利要求21所述的散热片，其中散热材料包括至少一片层离石墨压缩颗粒。
23.如权利要求22所述的散热片，其中散热材料包括包含多片层离石墨压缩颗粒的层压层。
24.一种将散热片应用于热源的方法，包括(a)提供散热片复合材料，其包括上面具有粘合剂的散热材料和分离材料，分离材料设置成使粘合剂夹在散热材料与分离材料之间；(b)从复合材料去除分离材料；以及(c)将复合材料应用于热源，使得粘合剂将散热材料粘接至热源上，其中选择分离材料和粘合剂，使得以预定速率分离分离材料时不会对散热材料造成不合乎需要的损害。
25.如权利要求24所述的方法，其中粘合剂和分离材料在每秒一米的分离速度下产生不超过每厘米大约40克的平均脱开负荷。
26.如权利要求25所述的方法，其中在每秒一米的分离速度下平均脱开负荷不超过每厘米大约10克。
27.如权利要求25所述的方法，其中粘合剂实现每平方厘米至少大约125克的最小重叠剪切粘接强度。
28.如权利要求27所述的方法，其中粘合剂产生每平方厘米至少大约700克的平均重叠剪切粘接强度。
29.如权利要求27所述的方法，其中粘合剂产生的粘合剂/散热材料厚度方向的热阻与散热材料本身相比增大不超过大约35％。
30.如权利要求29所述的方法，其中粘合剂的厚度为不大于大约0.5密耳。
31.如权利要求30所述的方法，其中粘合剂的厚度为不大于大约0.25密耳。
32.如权利要求24所述的方法，其中散热材料包括石墨。
33.如权利要求32所述的方法，其中散热材料包括至少一片层离石墨压缩颗粒。
34.如权利要求33所述的方法，其中散热材料包括包含多片层离石墨压缩颗粒的层压层。
全文摘要
本发明提出一种用于将散热片应用于多个等离子体显示板的方法，包括(a)提供多个散热片复合材料，每一个包括上面具有粘合剂的散热材料和分离材料，分离材料设置成使粘合剂夹在散热材料与分离材料之间；(b)从多个复合材料去除分离材料；以及(c)将至少一个复合材料应用于多个等离子体显示板的每一个，使得粘合剂将散热材料粘接至等离子体显示板上。
文档编号H05K7/20GK1761014SQ200410088150
公开日2006年4月19日 申请日期2004年10月14日 优先权日2003年10月14日
发明者J·诺尔利, M·D·斯马尔克, J·P·卡普, T·克罗维斯科 申请人:先进能源科技公司