具有高热导率的散热片及其制造方法
【专利说明】具有高热导率的散热片及其制造方法 发明领域
[0001] 本发明涉及具有高热导率的散热片，及其制造方法，所述散热片用于有效地使由 小型电子设备如笔记本型个人计算机、智能电话、移动电话等中的电子部件等产生的热量 散逸。
[0002] 发明背景
[0003] 在已经具有越来越高的性能和越来越多的功能的小型电子设备如笔记本型个人 计算机、智能电话、移动电话等中，应该密集地安装电子器件如微处理器、成像芯片、存储器 等。因此，为了防止因由它们产生的热量而引起的故障，由此类电子器件产生的热量的散逸 已经变得越来越重要。
[0004] 作为用于电子器件的散热片，JP 2006-306068A公开了一种导热片，其至少包含石 墨膜和粘结剂树脂组合物，即反应可固化乙烯基聚合物。石墨膜是（a)通过膨胀法形成的 膨胀石墨，或者（b)通过在2400°C以上的温度下热处理聚酰亚胺膜等获得的。膨胀石墨膜 是通过下列方式获得的：将石墨浸渍在酸如硫酸等中以形成石墨夹层化合物，热处理石墨 夹层化合物以使其发泡，从而将石墨层分离，洗涤得到的石墨粉末以移除酸，并且辊乳得到 的薄膜石墨粉末。然而，膨胀石墨膜强度不足。此外，尽管热量散逸高，不利地，通过聚酰亚 胺膜等的热处理获得的石墨膜昂贵。
[0005] JP 2012-211259A公开了一种包含石墨块的导热片，其包含多个通过将热分解的 石墨片薄切获得的第一石墨块，以及小于第一石墨块的宽度的第二石墨块，至少第一石墨 块连接导热片的两个表面。这种导热片是通过下列方式获得的：例如，使第一和第二石墨块 与丙烯酸类聚合物和溶剂的混合物共混，并且将得到的共混物挤出。然而，因为树脂的高体 积分数，被挤出的导热片不具有足够的热量散逸。
[0006] JP 2006-86271A公开了一种厚达50-150 μπι的散热片，所述散热片包含通过具 有-50°C至+50°C的玻璃化转变温度的有机粘结剂如非晶形共聚酯粘结的石墨，石墨/粘结 剂树脂的质量比是66. 7/33. 3至95/5。这种散热片是通过下列方式制造的：将在有机溶剂 中的石墨和有机粘结剂的浆液涂覆至涂有脱模剂的膜的脱模层侧，通过热空气将浆液干燥 以移除有机溶剂，并且之后以例如30kg/cm2对其按压。JP 2006-86271A描述了石墨/有机 粘结剂片的按压改善了其热导率。然而，因为这种散热片含有有机粘结剂，其未充分地表现 出石墨中固有的尚热导率。
[0007] JP 11-1621A公开了包含高度取向的石墨薄片和在压力下聚合的粘结剂聚合物的 用于散热器的高热导率、固体复合材料。这种固体复合材料是通过下列方式制造的：将石墨 薄片与热固性单体如环氧树脂混合以制备包含至少40体积％的石墨的组合物，并且在足 够的压力下压缩组合物的同时使单体聚合以使石墨基本平行地排列。然而，因为这种固体 复合材料包含环氧树脂，其不具有足够高的热导率。
[0008] JP 2012-136575A公开了一种传导性散热片，其包含由聚酰胺、丙烯酸类树脂等制 成的并且具有约0. 1-100 μ m的平均粒径的有机粒子，具有约IOnm至约10 μ m的平均粒径 的传导性无机填料，以及固化树脂如环氧树脂等，有机粒子/无机填料是1000/1至10/1，并 且基于总量，无机填料的百分率是5-30重量％。JP 2012-136575A阐明了作为无机填料的 石墨、焦炭、炭黑等，但是在实施例中仅使用了炭黑。此外，这种传导性散热片不具有足够的 热量散逸，因为其含有固化树脂。
[0009] 如上所述，含有石墨或炭黑的常规散热片不具有足够的热量散逸，因为它们还含 有粘结剂树脂。尽管提高了热导率，石墨或炭黑的百分率的增加导致较低的片强度，尤其是 引起石墨或炭黑容易从散热片脱离的问题。因此，需要具有均匀、高热量散逸以及处理所需 的机械性能的廉价散热片。
[0010] 发明目的
[0011]因此，本发明的目的是提供具有高热量散逸以及处理所需的机械性能的廉价散热 片，及其制造方法。
【发明内容】
[0012] 作为鉴于以上目的进行深入研究的结果，本发明的发明人已经发现：（a)包含均 匀地分散在细石墨粒子之间的少量炭黑的散热片具有高热导率，以及足够的用于处理的机 械性能，而基本上没有细石墨粒子和炭黑的脱离；(b)这种散热片是通过下列方式获得的： 形成包含分散在少量的有机粘结剂中的细石墨粒子和炭黑的片，烧制所述片以移除有机粘 结剂；以及按压得到的石墨和炭黑的复合材料片以将其致密化；以及（c)当将槽黑和科琴 黑和/或乙炔黑的混合物用作炭黑时，所得到的散热片具有提高的热导率和机械性能。已 经基于此类发现完成了本发明。
[0013] 因此，本发明的散热片具有在其中炭黑均匀地分散在细石墨粒子之间的结构，
[0014] 细石墨粒子与炭黑的质量比是75/25至95/5 ;
[0015] 炭黑由槽黑和科琴黑和/或乙炔黑组成；并且
[0016] 散热片具有2. Og/cm3以上的密度和580W/mK以上的面内热导率。
[0017] 槽黑相对于科琴黑和/或乙炔黑的质量比优选为4/1至1/3。
[0018] 散热片优选具有25-150 μm的厚度。
[0019] 细石墨粒子优选具有3-150 μm的平均直径和200nm以上的平均厚度。
[0020] 炭黑优选具有20-200nm的平均初级粒径。
[0021] 散热片优选涂布有绝缘树脂层或绝缘塑料膜。
[0022] 本发明的用于制造以上散热片的方法包括下列步骤：⑴制备细石墨粒子、炭黑 和有机粘结剂在有机溶剂中的分散体，细石墨粒子与炭黑的质量比是75/25至95/5,并且 炭黑由槽黑和科琴黑和/或乙炔黑组成；（2)将分散体流延至下模板的腔中，并且之后将其 干燥以形成包含细石墨粒子、炭黑和有机粘结剂的含树脂复合材料片；（3)烧制含树脂复 合材料片以移除有机粘结剂，从而形成细石墨粒子和炭黑的复合材料片；以及（4)按压与 上模板组合的下模板以使细石墨粒子和炭黑的复合材料片致密。
[0023] 分散体优选包含总计5-25质量％的细石墨粒子和炭黑，以及0. 5-2. 5质量％的有 机粘结剂。
[0024] 有机粘结剂相对于细石墨粒子和炭黑的总量的质量比优选为0. 01-0. 5。
[0025] 有机粘结剂优选为丙烯酸类树脂、聚苯乙烯树脂或聚乙烯醇。
[0026] 有机溶剂优选是选自由酮、芳族烃和醇组成的组的至少一种。
[0027] 优选在550_700°C的温度下进行烧制步骤。
[0028] 优选在烧制之后逐渐进行1小时以上的冷却直至室温。
[0029] 优选在将细石墨粒子和炭黑的复合材料片冷却至等于或低于水的凝固点的温度 之后，进行按压步骤。
[0030] 优选在20MPa以上的压力下进行按压步骤。
[0031] 优选将在下模板腔中形成的含树脂复合材料片在不从下模板剥离的情况下烧制， 并且之后用与上模板组合的下模板按压。
[0032] 优选在室温至200°C的范围内的温度下进行按压步骤。
【附图说明】
[0033] 图1是显示由细石墨粒子和炭黑组成的散热片的结构的示意性横截面图。
[0034] 图2是显示用于确定细石墨粒子的粒径的方法的横截面图。
[0035] 图3是显示用于由细石墨粒子、炭黑和有机粘结剂在有机溶剂中的分散体形成含 树脂复合材料片并且将其烧制的平面模装置的实例的透视图。
[0036] 图4是示意性地显示流延至图3中所示的下模板的腔中的分散体的透视图。
[0037] 图5(a)是显示用于由细石墨粒子、炭黑和有机粘结剂在有机溶剂中的分散体形 成含树脂复合材料片并且将其烧制的平面模装置中的下模板的另一个实例的分解透视图。
[0038] 图5(b)是显示图5(a)的下模板与上模板的组合的实例的分解透视图。
[0039] 图6示意性地显示流延在图5(b)的下模板中的分散体的透视图。
[0040] 图7(a)是显示本发明中可用的平面模装置的另外的实例的分解平面图。
[0041] 图7(b)是沿着图7(a)的线A-A截取的横截面图。
[0042] 图7(c)是沿着图7(a)的线B-B截取的横截面图。
[0043] 图7(d)是沿着图7(a)的线C-C截取的横截面图。
[0044] 图7(e)是显示构成图7(a)的平面模装置的上模板、中间模板和下模板的组合的 分解横截面图。
[0045] 图7(f)是显示通过在图7(a)的平面模装置中组合下模板和中间模板得到的腔的 横截面图。
[0046] 图8显示流延至图7 (f)的腔中并且通过借助刮刀法移除过量的分散体来使厚度 均匀的分散体的横截面图。
[0047] 图9是显示通过将流延至图4的下模板的腔中的细石墨粒子和炭黑在有机溶剂中 的分散体干燥获得的含树脂复合材料片以及通过烧制含树脂复合材料片获得的细石墨粒 子和炭黑的复合材料片的透视图。
[0048] 图10是显示在其腔中具有细石墨粒子和炭黑的复合材料片的下模板与上模板的 组合的透视图。
[0049] 图11是显示在平面模装置的腔中的细石墨粒子和炭黑的复合材料片的辊压的部 分横截面侧视图。
[0050] 图12是显示通过从下模板按压获得的散热片的剥离的透视图。
[0051] 图13是显示散热片的热量散逸测试装置的示意性横截面图。
[0052] 图14是图13的分解图。
[0053] 图15是显示设置在热量散逸测试装置中的散热片试样上的温度测量点的平面 图。
[0054] 图16是显示实施例10的散热片中炭黑中槽黑的比率与面内热导率之间的关系的 图表。
[0055] 优选实施方案描述
[0056] 以下将会参照附图详细解释本发明的实施方案。每个实施方案的解释适用于其他 实施方案，除非另外提及。以下解释不是限制性的，而是可以在本发明的范围内做出多种修 改。
[0057] [1]散热片
[0058] 如在图1中所示，本发明的散热片1基本上仅由细石墨粒子2和均匀地分散在细 石墨粒子2之间的炭黑3组成。术语"基本上仅由……组成