均溫導熱塗層的製備方法及其所製成的金屬均溫導熱複合膜與流程

2023-05-01 05:57:06 1

本發明是有關一種均溫導熱塗層的製備方法及其所製成的金屬均溫導熱複合膜，尤指一種以膠料而混合填料，所製備出的均溫導熱塗層，具有抗汙染性佳及高導熱性。

背景技術：

諸如金屬散熱片與熱管等導熱組件，導熱效果固然好，但是價格昂貴且不適用於輕巧化的產品設計，因而有導熱塗料的發展與應用。然而，現有的導熱塗料於導熱面固化形成導熱層後，因使用的基料的耐候性、耐熱性、耐低溫性及耐化學藥品性等抗汙染性不佳，致使固化後所形的散熱層的散熱性易因汙染物附著而降低；再者，現有的導熱塗料所使用的填料因不具層狀或孔隙結構，故所能展現的導熱性並不高。

次者，智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、導航機或可攜式等電子裝置，其已經由雙核心、四核心、八核心…演變成愈來愈高的運算頻率的處理晶片；且移動電子裝置的發展是以短小輕薄為設計趨勢，因此為能達到高運算效能與短小輕薄的雙重要求，移動電子裝置的散熱效率益加重要。而目前移動電子裝置的散熱方式，主要是利用簡單的開孔、導熱、熱對流等方式，但該些散熱方式以無法負荷現今高效能晶片所產生的熱能，因此會有積熱的問題，熱能無法均勻散布，導致降低移動電子裝置內部的散熱效率。

又，通常電子設備的晶片在工作時是主要熱源，散熱不僅是為了降低晶片自身溫度以保證其能在要求的溫度範圍內正常工作，同時還要兼顧散熱時不能造成殼體局部過熱，給消費者造成不良使用體驗，因此如何將熱源分散導熱，有其必要性。是以，解決傳統移動電子裝置的上述問題點，為本發明的主要課題。

技術實現要素：

本發明所要解決的主要技術問題在於，克服現有技術存在的上述缺陷，而提供一種均溫導熱塗層的製備方法及其所製成的金屬均溫導熱複合膜，其具有抗汙染性佳及高導熱性的功效；可提高表面均溫導熱效果的塗層，藉以解決移動電子裝置的電子組件運作時的高溫問題；結合散熱、導熱及均溫三種功用於一體，以構成一高強度及高導電性的複合膜，除了可增進導熱功能，更可強化電子裝置的整體結構強度。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種均溫導熱塗層的製備方法，包括下列步驟：(a).提供一膠料，其選自：氟碳樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚脲酯、不飽和聚酯、矽樹脂其中一或任兩種以上物質的混合物所組成的群組，溶於一混合溶劑中，該膠料與混合溶劑的重量比為0.6至1.4倍，進而得到膠料混合液；(b).提供一填料，該填料主成分為層狀無機材料，由石墨、石墨烯微片、石墨烯、氮化錋、雲母；副成分選自包括：竹炭、碳管、碳球、氮化鋁、雲母、二氧化矽、碳化矽、氧化鋅、氧化鍺、碳纖維或二氧化鈦，該填料的主成分或副成分可為其中之一或其所組成的群組；將重量比為該膠料0.1至10倍的填料加入一混合溶劑中，該填料與混合溶劑的重量比為0.3至10倍，進而得到填料混合液；(c).將經過步驟(a)得到的膠料混合液與經過步驟(b)得到的填料混合液進行過濾；(d).將經過步驟(c)過濾後的膠料混合液與填料混合液攪拌混合均勻；以及(e).將經過步驟(d)攪拌混合均勻的散熱塗料，以噴塗、塗布含浸或轉印在一文件表面上，使其乾燥後形成一厚度為3um至100um的均溫導熱塗層。

依據上揭製備方法，一較佳實施例，是在步驟(b)中：以重量比為該膠料0.1至0.6倍的填料加入一混合溶劑中；且該填料與混合溶劑的重量比為0.3至0.8倍，進而得到填料混合液。

依據上揭製備方法，一較佳實施例，是在步驟(a)中：該膠料混合液，由120g氟碳樹脂的膠料，溶於200g醋酸乙酯的混合溶劑中所構成；步驟(b)中：該填料混合液，由70g石墨烯的填料，溶於200g蒸餾水的混合溶劑中所構成。

依據上揭製備方法所製成的均溫導熱塗層，進一步可塗布在一金屬層上，以構成一金屬均溫導熱複合膜，用以裝設在一電子裝置內部靠近 熱源的位置或直接裝設在熱源上；其中該金屬層至少由一層導熱性金屬所構成，且厚度為3um-150um的薄板結構，該金屬層具有一第一表面及一第二表面；以及該均溫導熱塗層可塗布在該金屬層的第一表面或/及第二表面；以此形成一片二層或三層的金屬均溫導熱複合膜。

藉助上揭技術特徵，本發明所製備出的均溫導熱塗層，可使熱量沿橫向水平散布出去，具有抗汙染性佳及高導熱性的功效。進一步通過該金屬均溫導熱複合膜，具有結合散熱、導熱及均溫三種功用於一體，以構成一高強度及高導電性的複合膜，除了可增進導熱功能，更可強化電子裝置的整體結構強度。

本發明的有益效果是，其具有抗汙染性佳及高導熱性的功效；可提高表面均溫導熱效果的塗層，藉以解決移動電子裝置的電子組件運作時的高溫問題；結合散熱、導熱及均溫三種功用於一體，以構成一高強度及高導電性的複合膜，除了可增進導熱功能，更可強化電子裝置的整體結構強度。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的均溫導熱塗料製備方法的工序流程圖。

圖2a是本發明均溫導熱塗層外觀示意圖。

圖2b是圖2a中的部分結構放大示意圖。

圖3a是本發明均溫導熱塗層所製成二層金屬均溫導熱複合膜實施例。

圖3b是本發明均溫導熱塗層所製成三層金屬均溫導熱複合膜實施例。

圖4是發明均溫導熱塗層所製成三層金屬均溫導熱複合膜的另一實施例。

圖5是本發明金屬均溫導熱複合膜裝設在電子裝置的使用狀態參考圖(一)。

圖6是本發明金屬均溫導熱複合膜裝設在電子裝置的使用狀態參考圖(二)。

圖7是本發明的金屬均溫導熱複合膜裝設在電子裝置的使用狀態參 考圖(三)。

圖8是未噴塗均溫導熱塗料鋁片和已塗布本發明均溫導熱塗料鋁片的溫度變化曲線比較圖。

圖9a及圖9b是本發明均溫導熱塗層的電子顯微鏡圖。

圖中標號說明：

10膠料混合液

20填料混合液

30均溫導熱塗料

40均溫導熱塗層

41層狀結構

42孔隙結構

43散熱層

50金屬層

51第一表面

52第二表面

60金屬均溫導熱複合膜

70電子裝置

71透明基板

72液晶顯示模塊

73中殼支架

74電路板

75電子晶片

76電池

77後蓋

771容置空間

具體實施方式

首先，請參閱圖1所示，本發明的均溫導熱塗料製備方法，包括下列步驟：

(a).提供一膠料，其選自：氟碳樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚脲酯、不飽和聚酯、矽樹脂其中一或任兩種以上物質的混合物所 組成的群組，溶於一混合溶劑中，令該膠料與混合溶劑的重量比為0.6至1.4倍，進而得到膠料混合液10；本實施例中，該膠料混合溶劑由天拿水、醋酸乙酯、無水乙醇、蒸餾水及上述任兩種以上物質的混合物所組成的群組。

(b)提供一填料，該填料主成分為層狀無機材料，由石墨、石墨烯微片、石墨烯、氮化錋、雲母；副成分選自包括：竹炭、碳管、碳球、氮化鋁、雲母、二氧化矽、碳化矽、氧化鋅、氧化鍺、碳纖維或二氧化鈦，該填料的主成分或副成分可為其中之一或其所組成的群組；將重量比為該膠料0.1至10倍的填料加入一混合溶劑中，較佳者是以重量比為該膠料0.1至0.6倍的填料加入一混合溶劑中。該填料與混合溶劑的重量比為0.3至10倍，較佳者是以該填料與混合溶劑的重量比為0.3至0.8倍，進而得到填料混合液20。本實施例中，該填料的混合溶劑可選自天拿水、醋酸乙酯、無水乙醇、醇類、酮類、酯類或蒸餾水或前述混合溶劑的組合。此外，該填料為具有孔隙結構、層狀結構或層狀結構及立體結構的填料，依不同比例後加入該混合溶劑中。

(c).將經過步驟(a)得到的膠料混合液10與經過步驟(b)得到的填料混合液20進行過濾；本實施例中，是可使用350目篩網進行過濾該膠料混合液10與該填料混合液20。

(d).將經過步驟(c)過濾後的膠料混合液10與填料混合液20攪拌混合均勻；本實施例中，是可使用剪切乳化機高速攪拌該膠料混合液與該填料混合液10分鐘，混合均勻為均溫導熱塗料30。

以及步驟(e).將經過步驟(d)攪拌混合均勻的均溫導熱塗料30，以噴塗、塗布含浸或轉印在一文件g表面上，如圖2a及圖2b所示，使其乾燥後形成一厚度為3um至100um的均溫導熱塗層40。

本實施例中，該文件g包括為一熱源或一金屬片。圖9a及圖9b是顯示本發明均溫導熱塗層40的電子顯微鏡圖。

依據前揭特徵，本發明均溫導熱塗料30的一較佳實施例，是將120g氟碳樹脂溶於200g醋酸乙酯中，得到膠料混合液10；將70g石墨烯溶於200g蒸餾水中得到填料混合液20。再用350目篩網進行過濾該膠料混合液 10與該填料混合液20，然後用剪切乳化機高速攪拌該膠料混合液與該填料混合液10分鐘，而得均勻的均溫導熱塗料30。

基於上述的構成，本發明上述均溫導熱塗料30實施例，主要是使用氟碳樹脂做為均溫導熱塗料的膠料，而由於氟碳樹脂引入的氟元素電負性大，碳氟鍵能強，因此具有優越的耐候性、耐熱性、耐低溫性及耐化學藥品性，且具有獨特的自清潔性，進而產生抗汙染環保的作用；而氟樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚脲酯、不飽和聚酯、矽樹脂等，亦具有與氟碳樹脂等效功能。另，填料主成分為層狀無機材料或層狀及立體結構的填料，其選自石墨、石墨烯微片、石墨烯、氮化錋、雲母；副成分選自包括：竹炭、碳管、碳球、氮化鋁、雲母、二氧化矽、碳化矽、氧化鋅、氧化鍺、碳纖維或二氧化鈦，做為均溫導熱塗料的填料，而因這些填料具有高度發達的層狀及立體結構，且具孔隙結構致使表面積大，增加了擴散表面積，加速了散熱速率；其中具有很高的輻射能，熱焓低，同樣有利於改善材料的散熱效果；是以，具有抗汙染性佳及高導熱性的功效。又，選自天拿水、醋酸乙酯、無水乙醇、蒸餾水或前述混合溶劑的組合做為混合溶劑，而因這些混合溶劑的溶解效果好，另具有利於填料均勻分散的功效。

本發明均溫導熱塗層40的散熱特性測試，其測試方法是選用二片鋁板，其長寬尺寸約為五時手機的大小，即長(140mm)x寬(700mm)x厚(3mm)作為基材，並以其中一片鋁板作為裸片對照組，另一片則在其表面噴塗均溫導熱塗料30，經乾燥後形成一幹膜厚度為100um的均溫導熱塗層40。接著將二片鋁板貼放於一加熱片上，固定輸出功率為38伏特(v)，觀察並記錄整個溫度變化的過程，如圖8所示，曲線a為未噴塗均溫導熱塗層40的鋁板，與熱源接觸時熱源的溫度變化曲線，曲線b則是將噴塗有均溫導熱塗層的鋁板，與熱源接觸時熱源的溫度變化曲線，由此二條曲線的比較可知，噴塗有本發明均溫導熱塗層40的鋁板，其表面溫度升溫反應較快，且熱源的溫度較低，顯示熱傳導速度較快，本發明的均溫導熱塗層40有助於熱傳導及熱輻射功能。

基於上述構成，如圖2a及圖2b所示，本發明能將上述均溫導熱塗層40，塗布在一金屬層50上，以構成一金屬均溫導熱複合膜60，由於該填 料為具有孔隙結構、層狀結構或層狀結構與立體結構的組合而成；因此，如圖3a所示，該均溫導熱塗層40具有層狀結構41及孔隙結構42，此一特徵使其具有橫向傳遞導熱的特性。該金屬層50至少由一層導熱性金屬所構成，且厚度為3um-150um的薄板結構，該金屬層50具有一第一表面51及一第二表面51；該均溫導熱塗層40塗布在該金屬層50的第一表面51或第二表面52，以此形成一片二層結構的金屬均溫導熱複合膜60。此外，如圖3b所示，該均溫導熱塗層40亦可同時塗布在該金屬層50的第一表面51及第二表面52；以此形成一片三層結構的金屬均溫導熱複合膜60。是以，該均溫導熱塗層40可以依需求塗布在該金屬層50的其中任一表面，或第一表面51及第二表面52同時塗布，當然，如圖4另一實施例所示，在該均溫導熱塗層40上，更可再塗布一散熱層43，以該均溫導熱塗層40做為橫向傳遞導熱，以達均溫目的，而散熱層43可獲得垂直向的散熱功能，如此一來，橫向的傳遞導熱加上垂直向的的散熱，二者相輔相成，具有1+1＞2的加乘功效，此亦為該均溫導熱塗層40的衍生功效。

本實施例中，該金屬層50可包括呈二維或三維結構其中任一形體所構成。該金屬層50為一單一金屬層，其可選自包括：銅、鋁、鈦、銀、金、銅合金、鋁合金、銀合金、鈦合金或不鏽鋼，其中任一種金屬所構成。金屬層主要功能為具導熱、散熱功能及結構功能，其組成可分為單一金屬層或複合金屬層，單一金屬層可為銅或鋁或鈦或銀或金或銅合金或鋁合金或銀合金或鈦合金或不鏽鋼。複合金屬層可為上述的單一金屬擇其二或擇其三依堆疊方式而成，其堆疊方式為物理方式或化學方式而成的緻密結構，具有導熱，散熱及結構功能。

圖5～圖7所示，顯示本發明的金屬均溫導熱複合膜60，裝設在該電子裝置70的使用狀態參考圖，該電子裝置70大致上包括：一面板71；一液晶顯示模塊72，設在該透明基板71的下方；一中殼支架73，設在該液晶顯示模塊72的下方；一電路板74，設在該中殼支架73的下方，其上至少設有一電子晶片75；一電池76，設在該中殼支架73的下方；以及一後蓋77，相對結合在該中殼支架73底緣，其具有一容置空間771，用以收納前述的構件；但，上揭構件屬先前技術(priorart)，非本發明的專利目的，容不贅述。

本發明藉助該金屬均溫導熱複合膜60，幫助該電子裝置70的內部或殼體散熱，例如：將該金屬均溫導熱複合膜60，依該電子裝置70的中殼支架73或後蓋77的形狀，裁切成適當尺寸，然後裝貼在該中殼支架73或後蓋77上，亦或與該中殼支架73或後蓋77等靠近熱源的構件上，或直接裝設在熱源上，一體射出成型，用以將該電子晶片75的熱量沿垂直方向向上或向下傳遞，將該電子晶片75產出的熱量傳遞出去，使熱量沿橫向散布出去，然後通過該金屬均溫導熱複合膜60，達到均勻散熱；藉此，本發明三明治型態堆疊所構成的金屬均溫導熱複合膜60，具有結合散熱、導熱及均溫三種功用於一體，既可以保持移動電子裝置70的可靠性，又能節約成本的功效。再者，其金屬層可為多層複合所構成，以構成一高強度及高導電性的複合金屬層，除了可增進導熱功能，更可強化電子裝置的整體結構強度。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

綜上所述，本發明在結構設計、使用實用性及成本效益上，完全符合產業發展所需，且所揭示的結構亦是具有前所未有的創新構造，具有新穎性、創造性、實用性，符合有關發明專利要件的規定，故依法提起申請。