[發明專利]一種石墨烯散熱片及其制備工藝

在審

• 申請號: 202110360482.1
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113072726A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 林怡君;朱海寬;朱夕昀
• 申請（專利權）人: 信驊（上海）器材有限公司
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L63/00;C08L61/20;C08K3/04
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 宋艷艷

本發明涉及一種石墨烯散熱片及其制備工藝。所述制備工藝為：將石墨烯漿料、水性樹脂和分散劑進行混合調配，得混合漿料；將混合漿料先注入儲料槽中，再由儲料槽流出至運動的烘道上，并依次進行刮平、壓延輥操作，得厚度為300～1200μm的預制石墨烯散熱片；將預制石墨烯散熱片進行等份切割，即得厚度為100～400μm的石墨烯散熱片。所述制備工藝能夠一次成型厚度在100μm以上的石墨烯散熱片，在與現有技術相同能耗的前提下，可將產能提升10～20倍。且制備溫度較低，能耗較低，制備所得的石墨烯散熱片的導熱率高，大大降低制備厚度大于50μm石墨烯散熱片的生產成本，使其具有極佳的柔韌性以及散熱性，有利于規模化產出。

技術領域

本發明屬于散熱材料制造領域，具體涉及一種石墨烯散熱片及其制備工藝。

背景技術

現有的3C類電子產品性能在不斷提升的同時，能耗功率和熱聚集效應也越來越嚴重，如何有效的排除及降低廢熱帶來的不良影響一直是電子組件的重點研究方向之一。

一直以來銅、鋁等傳統散熱材料被廣泛應用于電子零件及產品散熱領域，近年來石墨逐漸取代金屬導熱材質。中國專利申請CN102730675A公開了一種高導熱石墨膜及其制備方法，該技術通過將一定比例的天然石墨和復合氧化劑混合，并通過一系列反應，最后將壓延成片的樣品碳化及石墨化制備出天然石墨膜。雖然該產品具有很好的導熱系數，但是制備出的膜柔韌性較差，邊緣很容易掉粉，進而影響到使用至電子產品上。

除了采用天然石墨膜，還可以采用人工石墨膜，但由于人工石墨膜制造成本過高，導致價格較高。在制備人工石墨膜過程中，人工石墨膜成型溫度過高及成型時間過長導致的高耗能帶來了制造成本的上升，該種技術工藝不能滿足日益重要的國家節能減排的要求。對于人工石墨膜，中國專利申請CN103080005A公開的石墨膜及其制造方法，該方法通過高溫碳化及高溫石墨化聚酰亞胺薄膜制備得到人工石墨膜，該導熱膜材料膜厚可設計，最薄可達到5μm，散熱效果非常好，且密度較小，能很好地滿足電子產品輕薄的要求，但是該種人工石墨膜的制造成本過高，主要由于制造成本中碳化及石墨化過程中能耗過大，其中，碳化溫度高達1500℃，石墨化溫度高達3000℃，帶來高耗能和高成本。

利用熱膨脹法得到的石墨烯膜，結晶性能差，熱擴散性差，導熱系數低，一般僅為200-500W/m·K、耐彎曲性能差。如：申請號為201110002281.0的中國專利以石墨為原料，在950℃的膨脹爐內進行熱膨脹加工，最后經過壓延，得到超薄石墨烯膜。石墨烯膜的厚度為40微米，導熱系數為300W/m·K。所制備的石墨烯膜導熱系數低，導熱性能較差。利用高分子熱解法能到導熱性能較好的石墨烯膜(導熱系數為800-900W/m·K)，但是工藝繁瑣，每次只能得到片狀的石墨烯膜，產率低。

目前市場上散熱材料的人工石墨厚度以25微米為主導，40微米有量產但導熱系數不佳，70微米的可量產性不高，但更多的熱量需要解決，我們需要把熱量從發熱組件“Α”點傳至其它點散發，使發熱組件“Α”的本體溫度大幅度降低。因此需要更高導熱系數和更厚的導熱載體。當天然石墨因厚度及導熱率不高的問題，及人工石墨因柔軟度不高的可折斷性，使其喪失本來固有的x、Y軸導熱性。

而生產厚度大于50μm的石墨烯散熱片時，需要使用涂布設備單層多次涂布。即經過多次涂布、反復烘干及堆迭等工藝制備高厚度石墨烯散熱片，此工藝高耗能、耗時、產能低以及反復之程序造成散熱膜之膜面產生具有針孔狀之氣泡型缺陷與不平整。現有的高厚度石墨/石墨烯散熱片生產工藝成本高，能耗高、產率低、質量控制難度大。

具體的，以聚酰亞胺為原料之人造石墨散熱片，同一批長度為100米而厚度50μm的散熱片須在碳化爐中在1500℃烘烤48小時，進行碳化程序；接下來再放入2700～2900℃的石墨化爐中進行石墨化工藝。若生產厚度大于50μm的石墨烯散熱片時，需要使用涂布設備經過單層多次涂布、反復烘干及堆迭等工藝制備高厚度石墨烯散熱片，此工藝高耗能、耗時、產能低以及反復之工藝流程極易造成散熱膜產生不平整之膜面。

故基于此，提出本發明所述技術方案。

發明內容