CN105611805B - 一种用于高发热量电子元器件的散热装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高发热量电子元器件的散热装置及其制备方法，该散热装置由散热涂层（1）和金属基底（2）组成，所述散热涂层（1）由氧化石墨烯、丙三醇、含氟添加剂、对苯二酚、四氢呋喃以及虫胶按照一定比例复合而成。本发明利用具有高热导率、高辐射以及高比表面积的氧化石墨烯为主要散热介质，将其均匀分散在溶剂中制备成涂料，并引入虫胶和含氟添加剂，有效的改善了金属基底和散热涂层间的界面匹配特性，隔绝了水氧对金属基底的侵蚀，同时减弱了灰尘在散热装置表面的累积，提高了散热装置的使用寿命。该散热装置可用于解决高发热量电子元器件的散热问题，具有散热效率高、制备工艺简单、使用寿命长、绿色环保的特点。

Description

一种用于高发热量电子元器件的散热装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于高发热量电子元器件的散热装置及其制备方法，具体涉及一种基于氧化石墨烯的散热涂层及其制备方法，主要适用于激光显示中高发热量电子元器件散热领域。
背景技术
随着微电子技术的快速发展，微电子学领域电子产品的集成度越来越高，功耗也越来越大，电子元器件的耗散功率也随之倍增，而过高的温度会对电子元器件产生巨大的影响，极大的制约了电子元器件的性能和使用寿命，成为亟待解决的问题。
目前，为了解决各种高发热量电子元器件的散热需求，大多在电子元器件表面贴装高导热系数的金属散热片，例如铜和铝，将电子元器件内部的热量均匀散发出去。但是，随着使用时间的增加，金属散热片被空气氧化，以及表面灰尘的大量聚集，导致散热效果下降，越来越难以满足现有产品对散热的需求。因此，研究如何增加金属散热片表面的平整度，降低金属散热片的表面能级，减少灰尘在金属散热片表面聚集的可能，提升金属散热片的散热效率，并隔绝空气中的水氧对金属散热片的侵蚀，使其适应性更广，成为了解决激光显示、大功率激光器、服务器中央处理器、高性能图形处理器等高发热量电子元器件散热的关键技术，也是目前此领域研发的重点及难点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于高发热量电子元器的散热装置其制备方法，解决的问题是增加金属散热片表面的平整度，降低金属散热片的表面能级，减少灰尘在金属散热片表面聚集的可能，提升金属散热片的散热效率，并隔绝空气中的水氧对金属散热片的侵蚀。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于高发热量电子元器件的散热装置，该散热装置包括金属基底和涂在金属基底上的散热涂层，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯5％～15％、丙三醇 5％～45％、含氟添加剂0.5％～1.5％、对苯二酚4～7％、四氢呋喃19％～41％、虫胶20％～60％。
作为优选，所述金属基底上为金、银、铜、铝的一种或多种，或银铜合金、铜铝合金、镁银合金的一种或多种。
作为优选，所述散热涂层厚度为5-50μm。
作为优选，所述含氟添加剂为四氟乙烯-全氟烷基锡基醚共聚物、四氟乙烯-全氟丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、三氟氯乙烯-乙烯共聚物、CM-1树脂、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟亚硝基甲烷弹性体、全氟醚共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物、全氟聚酰亚胺、六氟丙烯氧化物齐聚物、四氟乙烯齐聚物或三氟氯乙烯齐聚物中的一种或多种。
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，制备过程包括以下步骤：
步骤1：利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对金属基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；
步骤2：在金属基底的表面制备散热涂层；
步骤3：对制备的散热涂层进行热固化处理。
作为优选，散热涂层是通过等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂、真空蒸镀、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法制备。
相较于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)由于石墨烯材料具有重量轻、导热系数大、导热均匀、可塑性高的特点，使散热涂层具有重量轻、导热效果好、导热均匀的效果。
(2)虫胶作为新型生物材料，具有良好的粘着性和热塑性，又具有抗水氧侵蚀、稳定性好、平整度高、成本低、无毒的特点，使散热涂层具有可塑性高、抗水氧侵蚀、稳定性好、平整度高的特点，同时，由于虫胶为散热涂层的最主要的原料之一，减少了散热涂层的成本。
(3)含氟添加剂具有改善薄膜表面张力的作用，能够有效降低散热涂层表面能级，大大改善了灰尘颗粒在金属基底表面的累积情况，增加了装置的散热效果和寿命。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中标号分别为：1、散热涂层；2、金属基底。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明结构如图1所示，包括金属基底2和涂在金属基底上的散热涂层1。
实施例1
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对铜基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在铜基底的表面采用旋涂法制备散热涂层，膜厚为5μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯5％、丙三醇10％、含氟添加剂0.7％、对苯二酚7％、四氢呋喃21％、虫胶56.3％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例2
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对铝基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用喷涂法制备散热涂层，膜厚为20μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯7％、丙三醇5％、含氟添加剂1.5％、对苯二酚5％、四氢呋喃22.5％、虫胶59％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例3
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对铜铝合金基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用滚涂法制备散热涂层，膜厚为50μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯 15％、丙三醇20％、含氟添加剂0.5％、对苯二酚6.5％、四氢呋喃23％、虫胶35％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例4
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对银铜合金基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用喷涂法制备散热涂层，膜厚为35μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯 6％、丙三醇45％、含氟添加剂1％、对苯二酚4％、四氢呋喃21％、虫胶23％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例5
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对镁银合金基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用喷涂法制备散热涂层，膜厚为45μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯 10％、丙三醇23％、含氟添加剂1％、对苯二酚5％、四氢呋喃41％、虫胶20％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例6
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对金基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用喷涂法制备散热涂层，膜厚为15μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯7％、丙三醇7％、含氟添加剂1％、对苯二酚6％、四氢呋喃19％、虫胶60％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例7
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对金基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用喷涂法制备散热涂层，膜厚为15μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯8％、丙三醇12％、含氟添加剂1％、对苯二酚6％、四氢呋喃23％、虫胶50％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例8
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对金基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用喷涂法制备散热涂层，膜厚为15μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯9％、丙三醇17％、含氟添加剂1.3％、对苯二酚4.7％、四氢呋喃25％、虫胶43％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例9
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对金基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用喷涂法制备散热涂层，膜厚为15μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯12％、丙三醇35％、含氟添加剂1％、对苯二酚6％、四氢呋喃20％、虫胶26％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
实施例10
一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对金基底进行彻底的清洗，清洗后干燥；在基底的表面采用喷涂法制备散热涂层，膜厚为15μm，所述散热涂层由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯13％、丙三醇27％、含氟添加剂1％、对苯二酚4％、四氢呋喃33％、虫胶22％；对制备的散热涂层进行热固化处理，处理时间30s；
28摄氏度室温下，对上述10个实施例制备的散热装置的散热特性立即进行测试，得出结果如下表：
以未添加散热涂层的金属基底为对比，随着时间的变化，添加散热涂层的金属基底散热效果明显，其中，不同配比和不同厚度的散热涂层具有不同的散热性能。
28摄氏度室温下，上述10个实施例制备的散热装置放置3个月后对其散热特性进行性能测试，得出结果如下表：
三个月后，散热效果变化不大，可以看出，该散热装置由于散热涂层缺陷较少，所以稳定性较高。
28摄氏度室温下，上述10个实施例制备的散热装置放置3个月后对其散热器表面灰尘聚集情况进行观察，得出结果如下表：
基底 灰尘聚集情况
金属基底 大量
实施例1 部分
实施例2 部分
实施例3 少量
实施例4 部分
实施例5 少量
实施例6 少量
实施例7 少量
实施例8 部分
实施例9 部分
实施例10 少量
三个月后，添加散热涂层的金属基底防尘效果明显，可以看出，该散热装置由于散热涂层缺陷较少，所以防尘效果明显。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (4)

1.一种用于高发热量电子元器件的散热装置，该散热装置包括金属基底(2)和涂在金属基底(2)上的散热涂层(1)，其特征在于，所述散热涂层(1)由以下重量百分比的原料组成：氧化石墨烯5％～15％、丙三醇5％～45％、含氟添加剂0.5％～1.5％、对苯二酚4～7％、四氢呋喃19％～41％、虫胶20％～60％；所述散热涂层(1)厚度为5-50μm；
所述含氟添加剂为四氟乙烯-全氟烷基锡基醚共聚物、四氟乙烯-全氟丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、三氟氯乙烯-乙烯共聚物、CM-1树脂、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟亚硝基甲烷弹性体、全氟醚共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物、全氟聚酰亚胺、六氟丙烯氧化物齐聚物、四氟乙烯齐聚物或三氟氯乙烯齐聚物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种用于高发热量电子元器件的散热装置，其特征在于：所述金属基底(2)为金、银、铜、铝的一种或多种，或银铜合金、铜铝合金、镁银合金的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的一种用于高发热量电子元器件的散热装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对金属基底(2)进行彻底的清洗，清洗后干燥；
步骤2：在金属基底(2)的表面制备散热涂层(1)；
步骤3：对制备的散热涂层(1)进行热固化处理。
4.根据权利要求3所述的一种散热装置的制备方法，其特征在于,所述步骤2中，散热涂层(1)是通过等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂、真空蒸镀、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法制备。
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