散热片
阅读：837发布：2020-05-11
专利汇可以提供散热片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 散热 片。所述 散热片 包括具有第一表面和第二表面的金属层、具有第一表面和第二表面的至少一个 石墨 烯层、保护层、具有第一表面和第二表面的 粘合剂 层，以及与所述粘合剂层的第二表面 接触 的剥离层，其中所述 石墨烯 层的第二表面与所述金属层的第一表面接触，所述保护层包括(a)具有第一表面和第二表面的基底层，其中所述基底层的第二表面与所述石墨烯层的第一表面接触，和(b)与所述基底层的第一表面接触的颜料层，其中所述粘合剂层的第一表面与所述金属层的第二表面接触，其中所述散热片在 水 平方向上具有70W/m·K或更高的热导率。，下面是散热片专利的具体信息内容。
1.一种散热片，包括：
具有第一表面和第二表面的金属层；
具有第一表面和第二表面的至少一个石墨烯层，其中所述石墨烯层的所述第二表面与所述金属层的所述第一表面接触；
保护层，所述保护层包括(a)具有第一表面和第二表面的基底层，其中基底层的所述第二表面与所述石墨烯层的所述第一表面接触，和(b)与所述基底层的所述第一表面接触的颜料层；
具有第一表面和第二表面的粘合剂层，其中所述粘合剂层的所述第一表面与所述金属层的所述第二表面接触；和
与所述粘合剂层的所述第二表面接触的剥离层，
其中所述散热片在水平方向上具有约70W/m·K或更高的热导率。
2.根据权利要求1所述的散热片，其中所述石墨烯层包括石墨烯和粘结剂。
-1
3.根据权利要求2所述的散热片，其中如通过拉曼光谱所分析，石墨烯在约2,500cm-1
至约2,800cm 的波数范围内示出单峰。
4.根据权利要求2所述的散热片，其中石墨烯具有约0.1μm至约2μm的粒度。
5.根据权利要求1所述的散热片，其中石墨烯层具有约2μm至约20μm的厚度。
6.根据权利要求1所述的散热片，其中所述基底层由绝缘材料构成。
7.根据权利要求1所述的散热片，其中所述金属层包括选自以下中的至少一种：铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、锡(Sn)、锌(Zn)、镁(Mg)、钨(W)和铁(Fe)。
8.根据权利要求1所述的散热片，其中所述石墨烯层包括涂布在所述金属层的所述第一表面上的一层或多层石墨烯。
9.一种电子装置，包括根据权利要求1至7中任一项所述的散热片。
散热片
[0001] 相关申请的交叉引用
背景技术
技术领域
背景技术
[0004]
[0005] 近年来，由电子装置诸如电视机(TV)、笔记本电脑、手机等产生的热量[0006] 已经随高性能和小型电子装置的发展而增加。因为由电子装置产生的热用于引起所述电子装置发生故障(即，小故障或失效)，因此存在对由电子装置产生的热进行有效耗散的技术的需求。
[0007] 韩国专利公布号2012-0003676公开了其中将石墨包覆到金属层上以消散在电子装置中产生的热的散热片。虽然石墨具有优异的热导率，但是石墨因为它的结构接近于单晶结构，所以表现出差的爆破强度和拉伸强度。因此，具有在金属层上包覆的石墨的散热片有问题，因为该散热片由于在被应用到电子装置时处理不当可以容易断裂或损坏。
[0008] 另外，当散热片被应用并被用于电子装置时，暴露到外部环境的包覆石墨的层可以被物理或化学因素损坏，这导致耐久性恶化并降低散热片散热的能力。
发明内容
[0009] 本发明涉及具有优异的物理性质诸如热导率、耐久性和散热性的散热片。
[0010] 根据本发明的方面，提供了散热片，所述散热片包括具有第一表面和第二表面的金属层；具有第一表面和第二表面的至少一个石墨烯层，其中所述石墨烯层的第二表面与所述金属层的第一表面接触；保护层，其包括(a)具有第一表面和第二表面的基底层，其中所述基底层的第二表面与所述石墨烯层的第一表面接触，和(b)与所述基底层的第一表面接触的颜料层；具有第一表面和第二表面的粘合剂层，其中所述粘合剂层的第一表面与所述金属层的第二表面接触；以及与所述粘合剂层的第二表面接触的剥离层。在这种情况下，所述散热片在水平方向上具有约70W/m·K或更高的热导率。
[0011] 这里，所述石墨烯层可以包含石墨烯和粘结剂，
[0013] 此外，石墨烯可以具有约0.1μm至约2μm的粒度。
[0014] 另外，所述基底层可以由绝缘材料构成。
[0016] 本发明的上述和其他目的、特征和优点通过参考附图详细地描述其示例性实施例对于本领域的技术人员将是更显而易见的，在附图中：
[0017] 图1为示出根据本发明一个实施例的散热片的剖视图；
[0018] 图2为示出根据本发明一个实施例的散热片的参考图；
[0019] 图3为示出根据本发明另一个实施例的散热片的剖视图；并且
[0020] 图4和图5是示出本发明的实验实例的参考图。
[0021] 在附图中的零件的简要说明
[0022] 10：金属层
[0023] 11：金属层的第一表面
[0024] 12：金属层的第二表面
[0025] 20：石墨烯层
[0026] 20a：第一石墨烯层
[0027] 20b：第二石墨烯层
[0028] 21：石墨烯层的第一表面
[0029] 22：石墨烯层的第二表面
[0030] 30：保护层
[0031] 30a：颜料层
[0032] 30a1：颜料层的第一表面
[0033] 30a2：颜料层的第二表面
[0034] 30b：基底层
[0035] 30b1：基底层的第一表面
[0036] 30b2：基底层的第二表面
[0037] 40：粘合剂层
[0038] 41：粘合剂层的第一表面
[0039] 42：粘合剂层的第二表面
[0040] 50：剥离层
[0041] 100a,100b：散热片
具体实施方式
[0043] 除非另外特别说明，在本说明书中使用的所有技术和科学术语具有与由本发明属于的相关领域的技术人员一般理解的相同含义。一般来讲，用于本说明书的命名和下面描述的实验方法被广泛已知，并且一般用于相关领域。
[0044] 在下文中将更详细描述本发明。
[0045] 图1为示出根据本发明一个实施例的散热片100a的剖视图；本发明的散热片100a包括具有第一表面11和第二表面12的金属层10、具有第一表面21和第二表面22的至少一个石墨烯层20、保护层30、具有第一表面41和第二表面42的粘合剂层40、以及剥离层50。本发明的此类散热片具有约70W/m·K或更大的总热导率，并且具体地，在所述散热片的水平方向上约70W/m·K到约400W/m·K。因此，当所述散热片被施加到需要散热的区域时，所述散热片可以使热能够大大消散。
[0046] 在本发明中，术语“第一表面”是指每一层的顶部表面，并且术语“第二表面”表示每一层的底部表面。
[0047] 包括在本发明的所述散热片100a中的所述金属层10具有第一表面11和第二表面12，并且用由表现出热导率的材料制成的金属层10散热。例如，所述金属层10可以由薄金属膜和/或金属网构成。金属层10的材料可以选自但不具体限于：铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、锡(Sn)、锌(Zn)、镁(Mg)、钨(W)和铁(Fe)，以及它们的合金。除了这些，廉价并且具有高热导率的铜可以被用于形成所述金属层30。所述金属层10的厚度不是具体限定的，但是考虑到所述散热片100a的所期望的散热性、耐久性、柔韧性等，所述厚度可以在约8μm至约50μm的范围内。
[0048] 包括在本发明的所述散热片100a中的所述石墨烯层20与所述金属层10的第一表面11接触。更具体地，所述石墨烯层20的第二表面22与所述金属层10的第一表面11接触。所述石墨烯层20用来增强所述金属层10的散热性。所述石墨烯层20的厚度不是具体限定的，但是考虑到所述散热片100a的所期望的散热性、耐久性、柔韧性等，所述厚度可以在约2μm至约20μm的范围内。
[0049] 同时，所述石墨烯层20可以通过用包含石墨烯、粘结剂和溶剂的石墨烯组合物涂布所述金属层10的第一表面11来形成。在所述石墨烯层20形成期间，去除溶剂。因此，所述石墨烯层20由石墨烯和粘结剂构成。
[0050] 如通过拉曼光谱所分析，包含在所述石墨烯组合物中的石墨烯可以在约2,500cm-1-1至2,800cm 的波数范围内示出单峰。当石墨烯和石墨通过拉曼光谱分析时，石墨烯和石墨-1 -1 -1
在约1,500cm 的波数附近并且在约2,500cm 至2,800cm 的波数范围内共享峰。再次参考-1 -1 -1 -1
在约2,500cm 至2,800cm 的波数范围内观察到的峰，石墨在约2,670cm 至2,680cm 的-1 -1 -1
波数范围内，并且在约2,720cm 的波数处示出峰，而石墨烯仅在约2,670cm 至2,680cm-1 -1
的波数范围内示出峰(参见图2)。即，石墨在约2,500cm 至2,800cm 的波数范围内示出双峰，但是用于本发明的石墨烯示出单峰。
在约1,500cm 的波数附近并且在约2,500cm 至2,800cm 的波数范围内共享峰。再次参考-1 -1 -1 -1
在约2,500cm 至2,800cm 的波数范围内观察到的峰，石墨在约2,670cm 至2,680cm 的-1 -1 -1
波数范围内，并且在约2,720cm 的波数处示出峰，而石墨烯仅在约2,670cm 至2,680cm-1 -1
的波数范围内示出峰(参见图2)。即，石墨在约2,500cm 至2,800cm 的波数范围内示出双峰，但是用于本发明的石墨烯示出单峰。
[0051] 此类石墨烯具有二维平面结构，所述石墨烯可以处理比铜多约100倍的电流，并且转移电子比常规半导体中使用的单晶硅快约100倍。而且，石墨烯具有比钢高约200倍的强度和比金刚石高2倍的热导率。
[0052] 因为根据本发明的所述散热片100a包括由具有如上面所述的高热导率和强度的石墨烯形成的石墨烯层20，所以本发明的所述散热片由于高热导率具有优异的散热性，以及由于改善的耐久性而具有良好处理性质。另外，因为石墨烯不如石墨昂贵，所以根据本发明的所述散热片比其中应用石墨的传统散热片更经济。
[0053] 包含在所述石墨烯组合物中的石墨烯是粉末状态，并且不具体限定粉末状态的石墨烯颗粒的尺寸，但是可以在约0.1μm至约2μm的范围内。当所述石墨烯颗粒的尺寸小于约0.1μm时，所述石墨烯颗粒不可以容易分散，而当所述石墨烯颗粒的尺寸超过约2μm时，调整石墨烯层的厚度是困难的，并且所述石墨烯层的表面不可以均匀地形成。
[0054] 而且，当使用的石墨烯的量不受具体限制时，当考虑在金属层10上的涂层性能和所述散热片的散热性时，该用量可以在基于100重量％的石墨烯组合物的约10重量％至约40重量％的范围内。
[0055] 包含在所述石墨烯组合物中的所述粘结剂提高在石墨烯颗粒之间和/或在石墨烯颗粒与金属层之间的粘结强度。所述粘结剂不受具体限制，只要其示出粘着性。如本文所用，所述粘结剂的非限制性实例可包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨基甲酸酯树脂和尿素树脂。虽然使用的此类粘结剂的量不受具体限制，但是当考虑金属层10的所述涂层性质时，该用量可以在基于100重量％的石墨烯组合物的约5重量％至约20重量％的范围内。
[0056] 包含在所述石墨烯组合物中的溶剂只要是在所述相关领域中已知的有机溶剂，则其不受具体限制。可以在本文使用的所述溶剂的非限制性实例可包括：乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、二元酯、甲苯、二甲苯、甲乙酮、乙基溶纤剂，以及丁基溶纤剂，其可以单独或组合使用。虽然使用的此类溶剂的量不受具体限制，但是当考虑金属层10的所述涂层性质时，该用量可以在基于100重量％的石墨烯组合物的约30重量％至约85重量％的范围内。
[0058] 同时，由所述石墨烯组合物形成的所述石墨烯层20可以在所述金属层10的第一表面11上形成为单层，或还可以通过重复执行该形成过程而形成具有多层。即，如图3所示，第一石墨烯层20a在所述金属层10的第一表面11上形成，并且第二石墨烯层20b也在所形成的第一石墨烯层20a上形成。当所述石墨烯层20a和20b在如上面所述的多层结构中形成时，可以改善所述散热片100b的热导率，这引起进一步改善所述散热片的散热性。
[0059] 包括在本发明的所述散热片100a中的保护层30在所述石墨烯层20上形成，并用来保护所述石墨烯层20。当所述石墨烯层20暴露于外部环境时，所述石墨烯层20可以被物理因素或化学因素损坏。当所述石墨烯层20如上面所述被损坏时，可以降低所述散热片100a的热导率，这导致所述散热片的降低的散热能力。然而，在本发明中，可以通过在所述石墨烯层20上布置保护层30来阻止所述石墨烯层20的损坏。
[0060] 此类保护层30包括基底层30b和颜料层30a，所述基底层30b具有第一表面30b1和第二表面30b2，所述颜料层30a具有第一表面30a1和第二表面30a2，第二表面30a2与所述基底层30b的第一表面30b1接触。
[0061] 构造所述基底层30b，以便所述基底层30b的第二表面30b2与所述石墨烯层20的第一表面21接触，并且用来保护所述石墨烯层20。此类基底层30b可以由绝缘材料构成，以便保护所述石墨烯层20，并且也将所述散热片100a与外部环境隔离。这是因为所述基底层30b由绝缘材料形成，使得可以防止由无意连接在电子装置中的电路引起的电短路。更具体地，虽然当用户使用所述散热片100a应用到的所述电子装置时，所述散热片100a电气地引入到电子装置的电路中，但是可以借助于所述散热片100a的基底层30b防止在电路中的电短路，从而引起减少对所述电子装置的损坏。绝缘材料不受具体限制。可以在本文使用的所述绝缘材料的非限制性实例可以包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。
[0062] 所述颜料层30a在所述基底层30b的第一表面30b1上形成，并且用来阻止光在所述散热片100a上入射、或漏出。因此，当本发明的所述散热片100a应用到显示装置时，借助于所述颜料层30a，不仅得到散热效应，而且还具有阻止光从背光源泄漏的效应。颜料层30a通过用包含颜料和溶剂的颜料组合物涂布所述基底层30b的第一表面30b1来形成。在这种情况下，当所述颜料层是黑色时，阻止光入射和漏光的所期望的效应更好。因此，黑色颜料(例如，炭黑)可以用作颜料。另外，所述溶剂只要是相关领域中已知的(例如，甲基乙基酮)，其可以不受具体限制地使用。同时，涂布所述颜料组合物的方法不受具体限制，但是狭缝涂布、逗号涂布、喷涂等可以在本文使用。
[0063] 包括在本发明的所述散热片100a中的所述粘合剂层40具有第一表面41和第二表面42。所述粘合剂层40的第一表面41被构造成与所述金属层10的第二表面12接触，使得所述散热片100可以附着到电子装置(或电子零件)。只要材料示出粘着性，则构成此类粘合剂层40的材料不受具体限制。例如，可以在本文使用的所述材料的非限制性实例可以包括丙烯酸基、氨基甲酸基，和硅氧烷基粘合剂。
[0064] 包括在本发明的所述散热片100a中的所述剥离层50与所述粘合剂层40的第二表面42接触，并且用来保护所述粘合剂层40。当散热片100a被应用(附接)到电子装置时，将所述剥离层50从所述粘合剂层40分离并移除。只要材料可以容易地从所述粘合剂层40分离，则构成此类剥离层50的材料不受具体限制。例如，可以在本文使用的所述材料的非限制性实例可以包括聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯和硅氧烷。
[0065] 根据本发明的所述散热片100a可以通过以下步骤制造：用所述石墨烯组合物涂布所述金属层10的第一表面11以形成所述石墨烯层20，之后进行将所述保护层30层合到所形成的石墨烯层20的第一表面21上，并且将所述粘合剂层40和所述剥离层50层合到所述金属层10的第二表面12上。
[0066] 这里，用所述石墨烯组合物涂布所述金属层10的第一表面11的方法不受具体限制，但是可以包括凹版涂布、微凹版涂布、逗号刀涂布、辊涂、喷涂、狭缝涂布等。
[0067] 如上面所述，根据本发明的所述散热片可以不受具体限制地使用，只要它适用于需要散热的区域。更具体地，根据本发明的所述散热片可以被用于电子装置，诸如笔记本计算机、手机、TV和计算机，或构成所述电子装置的电子零件。即，本发明可以提供包括上述散热片的电子装置。
[0068] 下文将借助于实例对本发明做更详细的描述。然而，应当理解下面的实例仅通过例示本发明的方式给定，并且不旨在限制本发明的范围，
[0069] 实例1
[0070] 1)石墨烯组合物的制备
[0071] 将粘结剂(以商品名称EP1001购自韩国首尔的国都化工有限公司(Kukdo chemical Co.,LTD,Seoul,South Korea))、溶剂、和固化剂(以商品名称G5022X70购自韩国首尔的国都化工有限公司(Kukdo chemical Co.,LTD,Seoul,South Korea))混合1小时，并且将具有1.5μm的平均粒度的石墨烯颗粒(以商品名称C500购自密歇根州兰辛的XG科学公司(XG Science,Lancing,Michigan))加入到其中，并且然后再混合1小时。当混合完成时，将所述混合物研磨、分散并过滤以制备石墨烯组合物。组分例如粘结剂、溶剂和石墨烯颗粒以及它们的含量在下面的表1中列出。
[0072] 表1
[0073]
[0074] 2)散热片的制造
[0075] 因此，将制备的石墨烯组合物涂布到具有25μm厚度的铜层的一个表面上，在150℃干燥3分钟，并且通过固化剂(以商品名称G5022X70购自韩国首尔的国都化工有限公司(Kukdo chemical Co.,LTD,Seoul,South Korea))固化以形成具有12μm厚度的石墨烯层。将具有4.5μm厚度的聚对苯二甲酸乙二酯(基底层)层合到所形成的石墨烯层上，该基底层已经印刷涂布有黑色颜料组合物(包含30重量％的炭黑和70重量％的甲基乙基酮)。然后，将具有在下表2列出的组合物的粘合剂溶液(以商品名称SA-832L购自韩国京畿的韩星理工(Hansung Polytech,Gyunggi,South Korea))涂布到具有45μm厚度的聚对苯二甲酸乙二酯(剥离层)上，并且在110℃干燥1分钟，以形成具有10μm厚度的粘合剂层。随后，将具有附接到其上的聚对苯二甲酸乙二酯的粘合剂层层合到所述铜层的另一个表面上，以制造散热片。
[0076] 表2
[0078] 比较例1
[0079] 以与实例1中相同的方式制造散热片，不同的是不形成石墨烯层。
[0080] 比较例2
[0081] 以与实例1中相同的方式制造散热片，不同的是石墨颗粒(根据商品名称CB-100购自日本滋贺县大津市的日本石墨工业株式会社(Nippon Graphite Industries,Co.,Ltd.,Otsu-shi,Shiga-ken,Japan))以40重量％的含量代替在表1中列出的石墨烯颗粒使用。
[0082] 比较例3
[0083] 以与实例1中相同的方式制造散热片，不同的是，比较例2的石墨颗粒以30重量％的量代替石墨烯颗粒使用，并且所述粘结剂和所述溶剂(包含43.3重量％的乙酸酯混合物和11.7重量％的二元酯)分别以15重量％和55重量％的量使用，如在表1中列出。
[0084] 实验实例1：热导率的测量
[0085] 所述保护层聚对苯二甲酸乙二酯从在实例1和比较例1中制造的散热片中的每个上移除。然后，根据ASTM 1461标准使用激光闪光器LFA447测量无剥离层的散热片的热导率。结果示于图4中。
[0086] 参考图4，可以看到，在实例1中制造的包括所述石墨烯层的散热片比在比较例1中制造的不具有石墨烯层的散热片具有更高的热导率。
[0087] 实验实例2：热导率的测量
[0088] 所述保护层、所述粘合剂层和所述剥离层分别从在实例1和比较例2和比较例3中制造的散热片中移除。然后，根据ASTM 1461标准使用激光闪光器LFA447测量散热片的热导率。结果示于图5中。
[0089] 如图5所示，可以看到，使用石墨烯颗粒的实例1的散热片比使用石墨颗粒的比较例2和比较例3的散热片表现出更优异的热导率。
[0090] 与常规散热片相比，根据本发明的所述散热片具有优异的散热和处理性质，因为包含石墨烯的石墨烯层在所述金属层上形成。另外，根据本发明的所述散热片还表现出优异的耐久性，因为所述保护层在所述石墨烯层上形成，以阻止所述石墨烯层的损坏。
[0091] 对本领域的技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明范围的前提下，可对本发明的上述示例性实施例做出多种修改。因此，本发明试图涵盖所有此类修改，前提条件是它们进入所附权利要求及其等同物范围内。
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