专利名称：含有非晶质碳微粒的石墨散热材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种可用来制作散热片、散热辊(roll)、散热垫、散热板等物的石墨系散热材料。本发明更涉及一种可以把各种电子产品的集体电路、LED等的光源所发生的热排除的散热材料。具体地说，本发明热(Thermal)散热材料可以防止笔记本电脑、便携式PC、 一般PC、便携式终端及显示面板LCD相关产品等电子装置因为温度过度上升导致可靠性与耐久性降低的问题。
背景技术：
近来，IXD TV、PDP TV、LED TV、一切电子装置、LED电子照明装置等物品都以高效率与高功能作为器其主要目标，这种目标却会导致小面积大量发热。亦即，随着社会对高效率、高功能、轻薄短小零件的需求增加，在设计电子产品的套组(Set)、零件、模块等时发热问题成为产品开发上的重要课题。目前为止，人们把剥离的天然石墨直接压缩成型以片(sheet)或衬垫(Gasket)的形态使用。然而，压缩的石墨具有各向异性排列。先前使用的机制是，其热传导率根据压缩程度而在水平面方向为150W/mk以上或者在垂直方向为3-7W/mk以下，并且朝边缘(edge) 面扩散热的散热机制。先前技术还采取了利用铝、铜等的热散热系统，但金属材料的热各向同性无法避免散热板的热点(hot spot)发生。现有石墨片里存在的空气层的热传导率约为0.025W/mk，是造成水平面方向及垂直方向热传导率较低的原因。其他方法还包括，为了改善垂直方向的热传导而在树脂 (resin)浸渍并压缩成型后在惰性气体中热分解的方法。然而，这种方法不仅工序复杂并产生有毒气体，还因为生产成本太大而降低了经济性。因此，热传导率优异且不发生热点的经济性散热材料的必要性日益受到重视。
发明内容
发明需要解决的技术课题因此，本发明需要解决的技术课题提供一种热传导率优异的散热材料。更具体地说，本发明需要解决的技术课题是提供一种散热材料及其制造方法，其不仅在接触热源的面上朝水平面方向增加热传导率与热扩散效率，还能大幅提高垂直方向的散热量。把该散热材料应用到电子产品等时可以大幅提高电子产品的性能及耐久性。解决课题的技术方案为了实现上述技术课题，本发明提供一种散热材料，其结构是在膨胀天然石墨 (graphite)压缩成型时所包含的空隙内充填非晶质碳微粒后形成的结构目前为止的技术所使用的石墨是把菊花状石墨(rosette graphite)粉碎成预定粒度后进行氧化处理并在80-150°C左右插层(intercalation)后进行清洗干燥处理的石墨。插层的石墨在160°C以上开始膨胀，尤其是在600-1，000°C温度的膨胀炉膨胀时石墨粒子在C轴方向，即垂直于石墨粒子结晶面的方向膨胀80-1000倍以上。
本说明书的一般石墨粉末指的是具有30到80网目(mesh)粒径的石墨粉末。一般来说，制造石墨片时使用膨胀体积为180_250ml/g左右的石墨以30%以上的压缩率进行辊轮(roller)压缩成型后使用。辊轮压缩成型后的片密度可以达到0. 8-1. 25g/cm3，可以凭借膨胀石墨的粒子与施加到辊轮的压力进行调整，厚度可以达到0. 1-6. 0mm。膨胀石墨辊轮压缩成型使得压缩率越增加(密度越高)，热各向异性也会越增加而越能提高热扩散性能。但此时电子零件等的垂直面的热扩散率与传导率却较低而增加了边缘(edge)面的散热负荷。这意味着具有较广面积的片的背面散热更难。亦即，虽然密度越高，石墨片作为热扩散器的作用越优异，但垂直方向的面的散热仅限于和空气之间的对流散热，因此垂直面的热传导率较低并导致背面的散热性能也跟着较低。膨胀压缩的石墨内有空隙存在，存在于该空隙的空气具有0. 025ff/mk的热传导率并且是造成垂直方向及水平面方向热传导率下降的原因。而且，如电子显微镜照片所示，在水平面方向较长而在垂直方向较短地存在。亦即，只要把片的空隙尽量减少，就能提高水平面方向的热传导率，但背面的热传导率却降低。因此，本发明的基础在于下列惊人发现，在该石墨片的空隙充填非晶质碳微粒时， 不仅能提高垂直面上基于空气对流的冷却性能还能提高水平方向的热传导，既能让热各向异性较高，还能大幅提高垂直面的散热效果。一般石墨的理论密度约为2. ^g/cm3，使用该石墨以现有方法的压缩辊轮制成的片的密度为0. 8-1. 25g/cm3,因此一般石墨的理论密度的大约45-65%左右的空隙留在石墨片内。本发明的非晶质碳微粒在压缩成型工序提高成型体的密度而得以提高热扩散及热传导率。非晶质碳微粒可以把上述理论密度的45-65%空隙减少到15-55%的空隙，可以根据密度控制热传导率性能。也可以为了在石墨片的垂直面向的散热而把作为热各向同性物质的金属(Al、Cu 等)粒子加以混合或者进行石墨微粒的粒度组合。但，上述金属粒子较难进行微粒子化，价格方面也不具有经济性。而且，还会相对地增加片的重量。石墨微粒的粒度组合不仅使得膨胀石墨的粉碎较难，还会在粒度组合后的压缩成型过程中因为微粒石墨的定向性而难以同时提高垂直面与水平面方向的热传导率，也较难控制。本发明中填充上述膨胀石墨的空隙的非晶质碳微粒由选自浙青(pitch)、焦炭 (coke)、天然气及焦油(tar)所组成的群中的一个以上物质制成。例如，把天然气及焦油 (tar)等不完全燃烧后生成的烟灰加以聚合后进行热分解制成。非晶质碳不像碳同位元素中的石墨或钻石一样确实具有结晶构造，严格地说，非晶质碳不是完全的非晶质，而是由极小的石墨与钻石结构的结晶聚集而成的。控制非晶质固体结构的主要因素之一是键(bond)。原子之间的键有定向键与非定向键。定向键有共价键，非定向键有基于离子、范德瓦尔斯等的键。众所周知，由该键形成的原子之间的排列各自拥有其独特的特征。排列的规则性在结晶状态下会完全地呈现出来，但是在非结晶性固体也可以呈现出来非晶质碳微粒也可以呈现出基于该定向键的规则性。碳原子有1个2S轨道与3 个2P轨道。结合时，上述4个轨道杂化形成Sp3杂化轨道就会成为钻石型结构，3个轨道形成Sp2杂化轨道就会成为石墨结构。如
图1所示，可以在非晶质碳微粒的X射线衍射图中查看2 θ石墨的(002)面的衍射峰值与2 θ 44°附近的钻石面的衍射峰值。可以从该结果判断非晶质碳微粒的结构如下图所示地由两种领域(Domain)合成。
权利要求
1.一种散热材料，其特征在于在膨胀石墨(graphite)压缩成型时所包含的空隙内填充非晶质碳微粒。
2.根据权利要求1所述的散热材料，其特征在于上述非晶质碳微粒的含量相对于膨胀石墨与非晶质碳微粒的总重量为5到30重量％。
3.根据权利要求1所述的散热材料，其特征在于上述非晶质碳微粒由选自浙青(Pitch)、焦炭、天然气及焦油(tar)所组成的群中的一个以上物质制成。
4.根据权利要求1所述的散热材料，其特征在于 上述非晶质碳微粒的粒径为10到llOnm。
5.一种散热材料制造方法，其特征在于，包括下列步骤步骤(Si)，把相对于膨胀石墨与非晶质碳微粒的总重量的5到30重量％非晶质碳微粒混合到膨胀石墨；及步骤(S2)，把上述步骤(Si)的混合物压缩成型制成散热材料片。
全文摘要
本发明涉及一种针对电子装置等处所发生的热进行散热的热管理系统。更具体地说，本发明在剥离的石墨片内所存在的空隙填充非晶质碳微粒，不仅提高水平方向的热扩散，还能大幅提高垂直方向的热传导率，是一种有高效率的散热材料及其制造方法。非晶质碳微粒是热各向同性，其结构由石墨与钻石的极微细结晶组成，其大小以10-110nm较佳。
文档编号C09K5/00GK102575144SQ200980161140
公开日2012年7月11日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年9月1日
发明者崔锡洪, 朴尚羲 申请人:Gcs通信株式会社, 崔锡洪, 朴尚羲