CN112521881A - 一种用于5g通讯设备的高导热石墨烯散热膜及其制备方法 - Google Patents

一种用于5g通讯设备的高导热石墨烯散热膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于散热材料技术领域，尤其涉及一种用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，包括由上到下依次设置的保护膜层、石墨烯层、金属箔层、铝镁合金层、超薄导热硅胶层以及离型膜层，所述石墨烯层和所述铝镁合金层分别通过涂覆的方式形成于所述金属箔层的表面。另外，本发明还涉及一种5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备方法。相比于现有技术，本发明实现高效的多向散热效果，满足5G通讯设备的需求。

Description

一种用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜及其制备方法
技术领域
本发明属于散热材料技术领域，尤其涉及一种用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜及其制备方法。
背景技术
全球智能手机步入5G时代，随着智能手机对轻薄化、小型化设计的追求，手机内部集成电路芯片和电子元器件体积不断缩小，其功率密度却快速增加；手机CPU频率正迅速提升，同时封装密度也越来越高、机身越来越薄，其功率密度却快速增加，但由于手机硬件配置的逐步提高、CPU多核高性能的升级，以及通信速率的提升，散热问题已经成为5G通讯设备亟需解决的问题。一旦散热问题处理得不好，就会造成智能手机卡顿、运行程序慢、烧坏主板甚至造成***的危险。目前4G通讯设备广泛应用的散热材料已经很难满足5G通讯设备的需求。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，实现高效的多向散热效果，满足5G通讯设备的需求。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，包括由上到下依次设置的保护膜层、石墨烯层、金属箔层、铝镁合金层、超薄导热硅胶层以及离型膜层，所述石墨烯层和所述铝镁合金层分别通过涂覆的方式形成于所述金属箔层的表面。
作为本发明所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的一种改进，还包括粗化层，所述粗化层设置于所述金属箔层的两表面，一所述粗化层与所述石墨烯层连接，另一所述粗化层与所述铝镁合金层连接。
作为本发明所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的一种改进，所述保护膜层的边缘超出所述石墨烯层的边缘，所述超薄导热硅胶层的边缘超出所述铝镁合金层的边缘，所述石墨烯层、所述金属箔层和所述铝镁合金层的边缘平齐。
作为本发明所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的一种改进，所述离型膜层由虚线状断点分成若干块小离型膜。
作为本发明所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的一种改进，所述小离型膜的数量为2～4块。
作为本发明所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的一种改进，所述石墨烯层的厚度为10～100μm，所述金属箔层的厚度为0.1～0.3mm，所述铝镁合金层的厚度为5～500μm。
作为本发明所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的一种改进，所述超薄导热硅胶层的厚度为5～50μm，导热系数为5～17W/(m·K)。
作为本发明所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的一种改进，所述保护膜层和所述离型膜层均为PET膜层，所述保护膜层和所述离型膜层的厚度分别为0.01～0.1mm。
本发明的目的之二在于：提供一种所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备方法，包括以下步骤：
将石墨粉体、分散剂以及消泡剂溶于水中，剪切后，第一次均质，得石墨烯分散液，所述石墨烯分散液与树脂和成膜剂混合后，第二次均质，得石墨烯浆料，将所述石墨烯浆料涂覆于金属箔层的一表面，干燥得到石墨烯层；
将铝镁合金粉末和树脂混合，得到铝镁合金浆料，将所述铝镁合金浆料涂覆于所述金属箔层的另一表面，干燥得到铝镁合金层；
将膏状的导热硅胶涂覆在所述铝镁合金层的表面，然后在石墨烯层的表面附上保护膜，在所述膏状的导热硅胶的表面附上离型膜，压延贴合后，进行硫化，使导热硅胶的膏状料完全热固化成型，形成超薄导热硅胶层，最终得到可直接使用的高导热石墨烯散热膜。
作为本发明所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备方法的一种改进，硫化分两个阶段，第一阶段在135℃下硫化8min，第二阶段在180℃下硫化5min。
相比于现有技术，本发明的有益效果包括但不限于：本实用新型使用时，撕开离型膜层，将超薄导热硅胶层贴设于待散热通讯设备内，热量沿纵向(Z)传导到超薄导热硅胶层后再传递到铝镁合金层，铝镁合金层是无取向导热，其沿多向(X-Y-Z)进行传热，其中，沿横向(X-Y)传递的热量则向外散发出去，沿纵向(Z)传递的热量则依次经由金属箔层和石墨烯层(金属箔层和石墨烯层均是纵向传热性好)向外散发出去，因此，本发明的高导热石墨烯散热膜在各导热性好的物质层的相互配合下，实现了高效的多向散热效果，能满足5G通讯设备的需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图之一。
图2是本发明的结构示意图之二。
图3是本发明中离型膜层的结构示意图。
其中：1-保护膜层，2-石墨烯层，3-金属箔层，4-铝镁合金层，5-超薄导热硅胶层，6-离型膜层，7-粗化层，61-小离型膜。
具体实施方式
本发明的实施方式将会被详细的描述在下文中。本发明的实施方式不应该解释为对本发明的限制。
1、用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜
本发明的第一方面提供一种用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，参考图1，该高导热石墨烯散热膜包括由上到下依次设置的保护膜层1、石墨烯层2、金属箔层3、铝镁合金层4、超薄导热硅胶层5以及离型膜层6，石墨烯层2和铝镁合金层4分别通过涂覆的方式形成于金属箔层3的表面。
使用时，撕开离型膜层6，将超薄导热硅胶层5贴设于待散热通讯设备内，热量沿纵向(Z)传导到超薄导热硅胶层5后再传递到铝镁合金层4，铝镁合金层4是无取向导热，其沿多向(X-Y-Z)进行传热，其中，沿横向(X-Y)传递的热量则向外散发出去，沿纵向(Z)传递的热量则依次经由金属箔层3和石墨烯层2(金属箔层3和石墨烯层2均是纵向传热性好)向外散发出去，因此，本发明的高导热石墨烯散热膜在各导热性好的物质层的相互配合下，实现了高效的多向散热效果，能满足5G通讯设备的需求。
参考图2，在一些实施方式中，本发明的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜还包括粗化层7，粗化层7设置于金属箔层3的两表面，一粗化层7与石墨烯层2连接，另一粗化层7与铝镁合金层4连接。粗化层7的设置使得石墨烯层2和铝镁合金层4能与金属箔层3结合的更加紧密，提高高导热石墨烯散热膜的结构可靠性。
在一些实施方式中，保护膜层1的边缘超出石墨烯层2的边缘，超薄导热硅胶层5的边缘超出铝镁合金层4的边缘，石墨烯层2、金属箔层3和铝镁合金层4的边缘平齐。压延后，保护膜层1与超薄导热硅胶5层实现贴合，将石墨烯层2和铝镁合金层4包覆在其内，避免石墨烯层2和铝镁合金层4的分层脱落。
参考图3，在一些实施方式中，离型膜层6由虚线状断点分成若干块小离型膜61。优选的，小离型膜61的数量为2～4块。离型膜层6由虚线状断点分成多块小离型膜61，粘贴时，可先剥离其中一块小离型膜61，精确定位准确后，再进行对应粘贴，然后依次剥离其他小离型膜61进行粘贴，方便准备定位，避免被粘贴部件的变形。
在一些实施方式中，石墨烯层2的厚度为10～100μm，金属箔层3的厚度为0.1～0.3mm，铝镁合金层4的厚度为5～500μm。
在一些实施方式中，超薄导热硅胶层5的厚度为5～50μm，导热系数为5～17W/(m·K)。
在一些实施方式中，保护膜层1和离型膜层6均为PET膜层，保护膜层1和离型膜层6的厚度分别为0.01～0.1mm。
2、制备方法
本发明的第二方面提供一种所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备方法，包括以下步骤：
将石墨粉体、分散剂以及消泡剂溶于水中，剪切后，第一次均质，得石墨烯分散液，石墨烯分散液与树脂和成膜剂混合后，第二次均质，得石墨烯浆料，将石墨烯浆料涂覆于金属箔层的一表面，干燥得到石墨烯层；
将铝镁合金粉末和树脂混合，得到铝镁合金浆料，将铝镁合金浆料涂覆于金属箔层的另一表面，干燥得到铝镁合金层；
将膏状的导热硅胶涂覆在所述铝镁合金层的表面，然后在石墨烯层的表面附上保护膜，在膏状的导热硅胶的表面附上离型膜，压延贴合后，进行硫化，使导热硅胶的膏状料完全热固化成型，形成超薄导热硅胶层，最终得到可直接使用的高导热石墨烯散热膜。
在一些实施方式中，硫化分两个阶段，第一阶段在135℃下硫化8min，第二阶段在180℃下硫化5min。
在一些实施方式中，先在金属箔层的表面形成粗化层，在进行石墨烯浆料和铝镁合金浆料的涂覆。
在一些实施方式中，在最终制得的高导热石墨烯散热膜其离型膜层上进行断点处理，得到由虚线状断点分成的若干块小离型膜。
在以上实施方式中，分散剂选自：丙烯酸嵌段共聚物、聚乙烯醇以及聚甲基丙烯酸中的任意一种或多种；消泡剂选自：聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂以及矿物油类消泡剂中的任意一种或多种；树脂选自：聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、丁苯橡胶以及ABS树脂中的任意一种或多种；成膜剂选自：醇醚类成膜剂、丙烯酸类成膜剂以及聚氨酯类成膜剂中的任意一种或多种。石墨烯浆料中各原料的投料比为：石墨粉体2～200份、分散剂10～100份、消泡剂1～10份、树脂200～600份以及成膜剂5～100份。
下面结合实施例，举例说明本发明的实施方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不意在限制本发明要求保护的范围。
实施例1
用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备：
1)将2kg石墨粉体、10kg分散剂以及3kg消泡剂溶于1000L水中，以600～3000r/min的转速剪切1.5～5h后，以40～100MPa的压力均质2～6h，得石墨烯分散液，石墨烯分散液1与200kg树脂和5kg成膜剂混合后，以20～120MPa的压力均质0.5～2h，得石墨烯浆料，将石墨烯浆料涂覆于厚度为0.1～0.3mm的铜箔的一表面，干燥得到厚度为10～100μm的石墨烯层；本实施例中，石墨粉体为膨胀石墨，分散剂为丙烯酸嵌段共聚物，消泡剂为矿物油类消泡剂，树脂为聚氨酯树脂，成膜剂为聚氨酯类成膜剂；
2)将2kg铝镁合金粉末和1kg树脂混合，得到铝镁合金浆料，将铝镁合金浆料涂覆于厚度为0.1～0.3mm的铜箔的另一表面，干燥得到厚度为5～500μm的铝镁合金层；本实施例中，树脂为聚氨酯树脂；
3)将膏状的导热硅胶涂覆在铝镁合金层的表面，然后在石墨烯层的表面附上PET保护膜，在膏状的导热硅胶的表面附上PET离型膜，压延贴合后，进行硫化，使导热硅胶的膏状料完全热固化成型，形成厚度为5～50μm的超薄导热硅胶层，最终得到可直接使用的高导热石墨烯散热膜；在本实施例中，硫化分两个阶段，第一阶段在135℃下硫化8min，第二阶段在180℃下硫化5min。
经测试，本实施例制得的高导热石墨烯散热膜的热扩散系数为839mm2/s，导热系数为1354.8W/(M·k)。
实施例2
用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备：
1)将100kg石墨粉体、90kg分散剂以及5kg消泡剂溶于1000L水中，以600～3000r/min的转速剪切1.5～5h后，以40～100MPa的压力均质2～6h，得石墨烯分散液2，石墨烯分散液2与280kg树脂和60kg成膜剂混合后，以20～120MPa的压力均质0.5～2h，得石墨烯浆料，将石墨烯浆料涂覆于厚度为0.1～0.3mm的铜箔的一表面，干燥得到厚度为10～100μm的石墨烯层；本实施例中，石墨粉体为膨胀石墨，分散剂为丙烯酸嵌段共聚物，消泡剂为矿物油类消泡剂，树脂为聚氨酯树脂，成膜剂为聚氨酯类成膜剂；
2)将200kg铝镁合金粉末和120kg树脂混合，得到铝镁合金浆料，将铝镁合金浆料涂覆于厚度为0.1～0.3mm的铜箔的另一表面，干燥得到厚度为5～500μm的铝镁合金层；本实施例中，树脂为聚氨酯树脂；
3)将膏状的导热硅胶涂覆在铝镁合金层的表面，然后在石墨烯层的表面附上保护膜，在膏状的导热硅胶的表面附上离型膜，压延贴合后，进行硫化，使导热硅胶的膏状料完全热固化成型，形成厚度为5～50μm的超薄导热硅胶层，最终得到可直接使用的高导热石墨烯散热膜；在本实施例中，硫化分两个阶段，第一阶段在135℃下硫化8min，第二阶段在180℃下硫化5min。
经测试，本实施例制得的高导热石墨烯散热膜的热扩散系数为916mm2/s，导热系数为1504.3W/(M·k)。
实施例3
用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备：
1)将100kg石墨粉体、90kg分散剂以及5kg消泡剂溶于1000L水中，以600～3000r/min的转速剪切1.5～5h后，以40～100MPa的压力均质2～6h，得石墨烯分散液2，石墨烯分散液2与280kg树脂和60kg成膜剂混合后，以20～120MPa的压力均质0.5～2h，得石墨烯浆料，将石墨烯浆料涂覆于厚度为0.1～0.3mm的铜箔的一表面，干燥得到厚度为10～100μm的石墨烯层；本实施例中，石墨粉体为膨胀石墨，分散剂为丙烯酸嵌段共聚物，消泡剂为矿物油类消泡剂，树脂为聚氨酯树脂，成膜剂为聚氨酯类成膜剂，铜箔的两表面设置有粗化层；
2)将200kg铝镁合金粉末和120kg树脂混合，得到铝镁合金浆料，将铝镁合金浆料涂覆于厚度为0.1～0.3mm的铜箔的另一表面，干燥得到厚度为5～500μm的铝镁合金层；本实施例中，树脂为聚氨酯树脂；
3)将膏状的导热硅胶涂覆在铝镁合金层的表面，然后在石墨烯层的表面附上保护膜，在膏状的导热硅胶的表面附上离型膜，压延贴合后，进行硫化，使导热硅胶的膏状料完全热固化成型，形成厚度为5～50μm的超薄导热硅胶层，最终得到可直接使用的高导热石墨烯散热膜；在本实施例中，硫化分两个阶段，第一阶段在135℃下硫化8min，第二阶段在180℃下硫化5min。
经测试，本实施例制得的高导热石墨烯散热膜的热扩散系数为874mm2/s，导热系数为1436.7W/(M·k)。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，其特征在于，包括由上到下依次设置的保护膜层、石墨烯层、金属箔层、铝镁合金层、超薄导热硅胶层以及离型膜层，所述石墨烯层和所述铝镁合金层分别通过涂覆的方式形成于所述金属箔层的表面。
2.根据权利要求1所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，其特征在于，还包括粗化层，所述粗化层设置于所述金属箔层的两表面，一所述粗化层与所述石墨烯层连接，另一所述粗化层与所述铝镁合金层连接。
3.根据权利要求1所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，其特征在于，所述保护膜层的边缘超出所述石墨烯层的边缘，所述超薄导热硅胶层的边缘超出所述铝镁合金层的边缘，所述石墨烯层、所述金属箔层和所述铝镁合金层的边缘平齐。
4.根据权利要求1所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，其特征在于，所述离型膜层由虚线状断点分成若干块小离型膜。
5.根据权利要求4所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，其特征在于，所述小离型膜的数量为2～4块。
6.根据权利要求1所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为10～100μm，所述金属箔层的厚度为0.1～0.3mm，所述铝镁合金层的厚度为5～500μm。
7.根据权利要求1所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，其特征在于，所述超薄导热硅胶层的厚度为5～50μm，导热系数为5～17W/(m·K)。
8.根据权利要求1所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜，其特征在于，所述保护膜层和所述离型膜层均为PET膜层，所述保护膜层和所述离型膜层的厚度分别为0.01～0.1mm。
9.一种权利要求1～8任一项所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将石墨粉体、分散剂以及消泡剂溶于水中，剪切后，第一次均质，得石墨烯分散液，所述石墨烯分散液与树脂和成膜剂混合后，第二次均质，得石墨烯浆料，将所述石墨烯浆料涂覆于金属箔层的一表面，干燥得到石墨烯层；
将铝镁合金粉末和树脂混合，得到铝镁合金浆料，将所述铝镁合金浆料涂覆于所述金属箔层的另一表面，干燥得到铝镁合金层；
将膏状的导热硅胶涂覆在所述铝镁合金层的表面，然后在石墨烯层的表面附上保护膜，在所述膏状的导热硅胶的表面附上离型膜，压延贴合后，进行硫化，使导热硅胶的膏状料完全热固化成型，形成超薄导热硅胶层，最终得到可直接使用的高导热石墨烯散热膜。
10.根据权利要求9所述的用于5G通讯设备的高导热石墨烯散热膜的制备方法，其特征在于，硫化分两个阶段，第一阶段在135℃下硫化8min，第二阶段在180℃下硫化5min。
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