CN112040743A - 一种具有包覆层结构的导热片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有包覆层结构的导热片，该导热片表面依次沉积无机层、有机层、无机层，所述的无机层是利用等离子体增强化学气相沉积法沉积，具有导热性和气体阻隔性；有机层为常规化学气相沉积的聚合物层，经热熔处理，提高了无机层的韧性以及无机层之间的结合力。本发明的具有包覆层结构的导热片，拥有导热性能优异，结构稳定性好的特点，适合高功耗电子电器设备的导热散热。

Description

一种具有包覆层结构的导热片

技术领域

本发明涉及导热材料技术领域，具体涉及一种具有包覆层结构的导热片。

背景技术

石墨具有独特的晶粒取向，因此具有各向异性高导热的特点。以石墨为导热体的商业化产品，目前广泛应用于手机、笔记本电脑、医疗设备、LED屏幕等发热源的导热散热。石墨类导热片本身具有韧性差、易折断、导电性好等特点，在模切加工和使用中会造成石墨破碎、掉粉现象，从而存在电子设备短路的风险，因此往往需要进行包覆。

为了防止石墨类导热片掉粉，目前常规使用胶黏剂进行表面包覆，但包覆厚度较厚，通常为2～10μm，影响石墨类导热片导热性能的发挥。为了减小保护层的厚度，专利CN102321867B使用气相沉积法，使石墨片表面被聚合物层包覆，然而聚合物本身的导热系数低，例如该专利使用的聚对二甲苯导热系数只有0.1 W/m·k左右，在一定程度上限制了石墨的导热性能。此外，聚合物是由高分子链组成，链与链之间存在空隙，水汽容易渗透至内部，长时间工作会使包覆层与石墨片鼓泡脱开，破坏导热片结构的完整性，使散热速度变慢。

因此，如何对导热片进行包覆，使其导热性能优异，水汽渗透率低，结构稳定性好是需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种具有包覆层结构的导热片，该包覆层取代纯有机物包覆，实现包覆层自身具有较高的导热系数，良好的气体阻隔性，与导热片之间具有稳定的结合力，同时包覆层自身具有一定的韧性，使该导热片能稳定地发挥导热性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有包覆层结构的导热片，所述的该导热片表面依次沉积无机层、有机层、无机层，所述的无机层是利用等离子体增强化学气相沉积法沉积，具有导热性和气体阻隔性；有机层为常规化学气相沉积的聚合物层，经热熔处理，提高无机层的韧性以及无机层之间的结合力。该导热片具有优异的导热性和良好的结构稳定性。

进一步地，

所述的导热片为石墨片、石墨烯膜、发泡石墨膜、石墨/树脂热界面材料。

所述的导热片按照实际需求，可对其表面先进行等离子体表面活化处理，来增强导热片和无机层的结合力。

所述的无机层成分为二氧化硅、氮化硅。

所述的内外无机层可以为两种相同或不同的成分。

所述的等离子体增强化学气相沉积速度为5～80nm/min。当沉积速度小于5nm/min，沉积效率低；当沉积速度大于80nm/min，沉积速度过快会引起无机层内应力大，导致无机层脆性大。

所述的无机层的厚度不大于3μm。当厚度大于3μm，无机层在导热片表面的附着力差。

所述的无机层的导热系数不低于1W/m·k。当无机层的导热系数低于1W/m·k，会影响导热片整体的导热性能。

所述的中间层的聚合物为N型聚对二甲苯、C型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯、F型聚对二甲苯、HT型聚对二甲苯。

所述的中间层的聚合物优选为N型聚对二甲苯、C型聚对二甲苯。这两种聚对二甲苯具有较低的熔点，热熔处理温度为100～160℃，可以在不破坏导热体含有的组分（如石墨/树脂导热片中的树脂）下实现无机层粘合。

所述的有机层的厚度为50～500nm。当厚度低于50nm，热熔后粘结性差，当厚度大于500nm，会影响导热片整体的导热性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述的包覆层为无机/有机/无机复合包覆层取代纯有机物包覆，该包覆层具有以下效果：

1、包覆层厚度薄且具有良好的导热性，最大程度上降低保护层对导热片导热性能的影响；

2、包覆层具有良好的气体阻隔性，可防止水汽进入导热片内部，避免包覆层与导热片脱开；

3、有机层经热熔后提高了无机层韧性和无机层之间的结合力，能使导热片保持整体结构稳定。

附图说明

图1为本发明实施例制备的具有包覆层导热片的结构示意图。

具体实施例

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有说明，本申请所使用的所有的技术和科学术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。

参见图1，本发明的较佳实施方式是提供一种具有包覆层的导热片100，导热片100表面依次沉积无机层201、有机层202、无机层203，即对导热片采用化学气相沉积包覆无机/有机/无机的复合层。

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

制备具有包覆无机/有机/无机的复合层的导热片，选取人工合成石墨片作为导热片，厚度为25μm，然后开展以下包覆过程：

步骤S1，等离子体增强化学气相沉积：将石墨片置于沉积腔内，用氧气-等离子体对石墨片表面预处理，再通入流量为20sccm氨气和流量为130sccm甲硅烷质量分数占5%的甲硅烷/氩气混合气，辉光放电频率为13.56MHz，功率为180W，氮化硅在石墨片表面以35nm/min的速度沉积，氮化硅层厚度为300nm。

步骤S2，常规化学气相沉积：将步骤S1的氮化硅包覆的石墨片置于沉积腔内，二氯对二甲苯二聚体在130℃下蒸发，650℃下分解后，在氮化硅表面沉积C型聚对二甲苯，厚度为100nm。

步骤S3，与步骤S1一致，氮化硅层厚度也为300nm。

步骤S4，将氮化硅/C型聚对二甲苯/氮化硅包覆的石墨片在1MPa压力，温度为120℃下，持续10min，C型聚对二甲苯热熔使包覆层结合力加强。

实施例2：

制备具有包覆无机/有机/无机的复合层的导热片，选取石墨纤维/硅胶导热界面材料作为导热片，为了防止石墨纤维掉粉，增加导热片的绝缘性，提高硅胶的耐候性（防水气、氧气，耐热等），对其进行包覆，步骤为：

步骤S1，等离子体增强化学气相沉积步骤：将石墨纤维/硅胶片置于沉积腔内，通入流量为10sccm六甲基二硅氧烷和流量为30sccm氧气，辉光放电频率为13.56MHz，功率为50W，二氧化硅在石墨纤维/硅胶片表面以40nm/min的速度沉积，二氧化硅层厚度为200nm。

步骤S2，常规化学气相沉积步骤：将步骤S1的二氧化硅包覆的石墨纤维/硅胶片置于沉积腔内，对二甲苯二聚体在120℃下蒸发，650℃下分解后，在二氧化硅表面沉积N型聚对二甲苯，厚度为150nm。

步骤S3，与步骤S1一致，二氧化硅层厚度为200nm。

步骤S4，将二氧化硅/N型聚对二甲苯/二氧化硅包覆的石墨纤维/硅胶片，置于温度120℃下，持续5min，N型聚对二甲苯热熔使包覆层结合力加强。

实施例3：

制备具有包覆无机/有机/无机的复合层的导热片，选取发泡石墨膜作为导热片，包覆步骤为：

步骤S1，等离子体增强化学气相沉积步骤：将发泡石墨膜置于沉积腔内，用氧气-等离子体对发泡石墨膜表面预处理，再通入流量为20sccm氨气和流量为130sccm甲硅烷质量分数占5%的甲硅烷/氩气混合气，辉光放电频率为13.56MHz，功率为180W，氮化硅在发泡石墨膜表面以70nm/min的速度沉积，氮化硅层厚度为600nm。

步骤S2，常规化学气相沉积步骤：将步骤S1的氮化硅包覆的发泡石墨膜置于沉积腔内，二氯对二甲苯二聚体在130℃下蒸发，650℃下分解后，在氮化硅表面沉积C型聚对二甲苯，厚度为300nm。

S3，与实施例2的S1步骤一致，二氧化硅层厚度为200nm。

S4，将二氧化硅/C型聚对二甲苯/氮化硅包覆的发泡石墨膜置于温度120℃下，持续5min，C型聚对二甲苯热熔使包覆层结合力加强。

对比例：

选取厚度为25μm的人工合成石墨片作为导热片，包覆步骤为：

将石墨片置于沉积腔内，用氧气-等离子体对石墨片表面预处理，二氯对二甲苯二聚体在130℃下蒸发，650℃下分解后，在石墨片表面沉积C型聚对二甲苯，厚度为700nm（与实施例1中氮化硅300nm，C型聚对二甲苯层100nm，氮化硅300nm总厚度一致）。

将纯C型聚对二甲苯包覆的石墨片在1MPa压力，温度为120℃下，持续10min处理。

实施例1-3和对比例制备得到的具有包覆层结构的导热片，对导热篇中的包覆层进行导热性和气体阻隔性测试。导热性能的测试的方法是3ω瞬态平面热源法（DOI:10.1063/1.2714650）。气体阻隔性测试方法是压差法气体渗透，测试标准为ASTM D1653，仪器为W3/0120水蒸气透过率测试仪。结果如表1所示。

表1 性能测试结果

从表1可以看出，相对于纯有机物包覆，无机/有机/无机包覆的复合层的导热率更高，水汽透过率更低。也就是说，无机/有机/无机包覆的复合层具有较高的导热系数，良好的气体阻隔性。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有包覆层结构的导热体，其特征在于，所述的导热体表面依次沉积无机层、有机层、无机层，所述的无机层是利用等离子体增强化学气相沉积法沉积，所述的有机层为常规化学气相沉积的聚合物层，经热熔处理。

2.根据权利要求1所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的导热片为石墨片、石墨烯膜、发泡石墨膜、石墨/树脂热界面材料。

3.根据权利要求1所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的内外无机层可以为两种相同或不同的成分。

4.根据权利要求1或3所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的无机层优选为二氧化硅和/或氮化硅。

5.根据权利要求1所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的无机层的厚度不大于3μm。

6.根据权利要求1或5所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的等离子体增强化学气相沉积速度为5～80nm/min。

7.根据权利要求1所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的无机层的导热系数不低于1W/m·k。

8.根据权利要求1所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的中间层的聚合物为N型聚对二甲苯、C型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯、F型聚对二甲苯、HT型聚对二甲苯。

9.根据权利要求1所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的有机层的厚度为50～500nm。

10.根据权利要求1所述的一种具有包覆层结构的导热片，其特征在于，所述的热熔处理温度为100～160℃。

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