一种金属散热器的散热涂层结构与制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涂料和表面处理技术领域，具体涉及一种金属散热器的散热涂层结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息电子科技的迅速发展，电子元器件正朝高频、高速、大功率、微型小型化以及高系统集成的方向发展，这使得电子产品的单位功率密度和发热量大幅增长，从而使电子产品的冷却问题变得更突出。而传统的冷却装置能达到的冷却能力受到极大挑战，特别在微电子、信息、照明、能源、汽车、化工等领域，对强化传热、提高散热效率等新技术提出了更高要求。散热涂料是一种通过提高物体表面的热发射率以达到增强物体的散热能力，也就是说，如果要降低电子产品体系的温度，可以把散热功能材料涂在电子器件或电子产品的散热体表面上就可降低产品的工作温度，从而提高电子产品的可靠性。因此，散热材料和配制、散热材料的涂层结构及相关涂覆技术一直引起材料学者们的重视。
[0003]当前，市场上用于电子器件产品应用的散热材料虽有报道，但应用范围较小，只有部分高端电子产品有应用，这主要是因为:I)目前应用于电子产品的散热材料涂层结构简单，基本是只有一层的散热材料涂层，所以散热材料涂层的散热效果还有待提高;2)目前商业的散热材料涂层形成工艺主要采用喷刷的涂覆技术，而该技术形成的涂层厚度不好控制，涂层不均匀，而且材料的利用率较低，大部分散热材料在喷刷过程中散向空气中，这样就增加成本又污染环境，因此影响了散热材料在电子器件产品中的大范围应用。
【发明内容】
[0004]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属散热器的散热涂层结构及其制备方法，通过多涂层的散热涂层结构设计(散热涂层结构的内层主要是为了提高涂层与金属散热器表面的热传导能力、结合能力和散热能力，而散热涂层结构的外层主要是为了提高热辐射能力和与空间界面间的辐射面积)，以及采用电泳涂膜工艺方法，以达到进一步提高金属散热器的散热能力，而电泳方法又能降低散热材料成本和改善散热材料涂层的质量差和不均匀问题。
[0005]本发明的技术方案如下:
一种金属散热器的散热涂层结构与制备方法，所述的散热涂层结构是由两层或两层以上的高散热材料层组成，所述的高散热材料层是由散热材料和电泳树脂材料组成，散热材料和电泳树脂材料的重量比在4%_30%之间。所述的制备方法是采用电泳涂层工艺。
[0006]所述的散热涂层结构，其特征在于，其结构中的两层或两层以上高散热材料层，可以是以下几种不同材料组合或不同电泳工艺实现的:a)由不同散热材料和同一电泳树脂材料混合通过电泳工艺形成多层高散热材料涂层;b)由相同散热材料和不同电泳树脂材料混合通过电泳工艺形成多层高散热材料涂层;c)由相同散热材料和不同浓度的同一电泳树脂材料混合通过电泳工艺形成多层高散热材料涂层;d)由相同散热材料和同一电泳树脂材料混合通过不同电泳工艺(比如电泳电压、电泳液温度)形成多层高散热材料涂层;e)由不同散热材料、不同电泳树脂材料(含不同材料和浓度)和不同的电泳工艺(含不同电泳电压和电泳液温度)通过组合而得到多层的高散热材料涂层。
[0007]所述的散热材料主要是由金刚石、石墨、碳纳米管、碳纳米球、石墨烯或氧化物中一种或一种以上的材料混合而成，其中金刚石、石墨和氧化物的粒径在0.1?7um之间，碳纳米管和碳纳米球的直径大于30纳米、碳纳米管和石墨烯的长度在0.5?50微米.所述的氧化物包括氧化娃、氧化硼、氧化铝、氧化镁和电气石。
[0008]所述的电泳树脂材料，包括阴离子环氧树脂、阴离子丙烯酸树脂、阴离子环氧丙烯酸树脂和阴离子聚胺酯树脂中的一种或多种混合，或者包括阳离子环氧树脂、阳离子丙烯酸树脂、阳离子环氧丙烯酸树脂和阳离子聚胺酯树脂中的一种或多种混合。
[0009]根据上述所述的高散热材料层，还包括少量分散剂和去泡剂(其中分散剂占散热材料重量比的5%?20%，去泡剂占电泳树脂材料重量比的4%?20%)。
[0010]本发明的金属散热器散热涂层结构的制备方法，主要包括以下几个步骤:
a.将电泳树脂材料和去泡剂按比例加入到电导率小于5uS/cm的纯水中，加热至25°C至32°C搅拌均匀混合，形成相应浓度的水性离子电泳树脂溶剂；
b.把散热材料和分散剂按比例倒入配制好的水性离子电泳树脂溶剂中，并进行超声搅拌，均匀混合后形成散热涂料电泳液；
c.把待处理的金属散热器样品放进上述得到的散热涂料电泳液装置中进行金属散热器表面涂层I的电泳成膜实验；
d.对步骤c得到金属散热器的散热材料涂层I进行沥水处理。
[0011]e.根据权利2所述的高散热材料层结构特点，按上述步骤a和b过程配制不同散热涂料电泳液，再按步骤c在金属散热器涂层I表面上实现涂层2的电泳成膜实验。更多涂层的形成可重复步骤a~e过程。
[0012]f)对金属散热器表面形成散热材料涂层I和2后进行烘干处理。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果:采用本发明的散热涂层结构，可以使金属散热器的热量更顺畅传到涂层内层，然后通过内层把热量传给外层，最后热量通过外层涂层的表面辐射到空气中，达到有效的降温目的。把这样涂层的散热器安装在发热产品(如CPU，LED照明灯具)表面上可明显增强产品的散热能力，从而降低产品的工作温度，提高产品工作性能。本发明采用的电泳工艺制备方法，具有操作简单，成本低、材料利用率高(即降低散热材料的成本)，与基体结合度高，成膜质量好等优点，本发明获得的散热涂层，具有致密性好、耐腐性强、散热能力高以及防静电等优点。
[0014]
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例1中的散热器涂层结构示意图。
[0016]图2为本发明实施例2中的散热器涂层结构示意图。
[0017]图3为本发明实施例3中的散热器涂层结构示意图。
[0018]图4为本发明实施例中测温仪记录不同涂层结构散热器的LED光源温度时间曲线。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]本发明提供了一种提高金属器件散热性能的散热涂层结构及其制备方法，前述限定的参数范围内均能实现本发明。为了使本发明的技术方案更加明确，下面通过三个较佳实施例作进一步描述，但本发明实施方式不仅限于此。
[0021]
实施例一
称量水性阴离子丙烯酸树脂135克(材料固含量约50%)和去泡剂4.5克，在超声水热(超声频率40KHz,功率80W,水温28°C，下同)环境中边搅拌边倒入到电导率小于5us/cm的纯水中，配制得到水性离子电泳树脂溶剂浓度约为16%的溶液A(使用溶剂浓度计测量)；称量金刚石微粉1.5克(粒径为Wl.5)、碳纳米管2克(长度50um)，用50克纯水和0.4克分散剂分散金刚石和碳纳米管的混合材料，形成溶液B;再在超声水热中把溶液B边搅拌边倒入至溶液A中，形成电泳液C后倒入电泳槽中；将金属散热器经过除油、碱蚀等前期工序后定为阳极，电泳槽中不锈钢板定为阴极，施加100V直流电压，时间10秒；取出样品经纯水洗净后进行沥干，待下一步涂层使用。
[0022]称量水性阴离子丙烯酸树脂135克(固含量约50%)和去泡剂4.5克，在超声水热环境中边搅拌边倒入到电导率小于5us/cm的纯水中，配制得到浓度为16%的溶液D;称量碳纳米管3.5克(长度50um)，用50克纯水和0.6克分散剂分散碳纳米管材料，形成溶液E;然后在超声水热中把溶液E边搅拌边倒入至溶液D中，形成电泳液F后倒入电泳槽中；将上述沥干的金属散热器定为阳极，电泳槽中不锈钢板定为阴极，施加100V直流电压，时间25秒;取出样品经纯水洗净后放入160°C的高温箱烤干，烤干时间为30分钟，然后取出样品冷却至室温，得到图1所示的散热涂层结构样品。
[0023]
实施例二
称量水性阳离子丙烯酸树脂125克(固含量约50%)和去泡剂4克，在超声水热环境中边搅拌边倒入到电导率小于5uS/cm的纯水中，配制得到浓度约为15%的溶液A;称量金刚石微粉4.5克(粒径W0.5和Wl.5分别为2克和2.5克)，然后用40克纯水和0.5克分散剂分散金刚石微粉材料，形成溶液B;再在超声水热中把溶液B边搅拌边倒入至溶液A中，形成电泳液C后倒入电泳槽中；将金属散热器经过除油、碱蚀等前期工序后定为阴极，电泳槽中不锈钢板定为阳极，施加65V直流电压，时间6秒;取出样品经纯水洗净后进行沥干，待下一步涂层使用。
[0024]称量水性阳离子丙烯酸树脂135克(固含量约50%)和去泡剂4.5克，在超声水热环境中边搅拌边倒入到电导率小于5uS/cm的纯水中，配制得到浓度为16%的溶液D;称量金刚石微粉1.5克(粒径为Wl.5)、碳纳米管2克(长度50um)，均匀混合后，然后用50克纯水和0.4克分散剂分散金刚石和碳纳米管的混合材料，形成溶液E;再在超声水热中把溶液E边搅拌边倒入至溶液D中，形成电泳液F后倒入电泳槽中；将上述涂了金刚石层的金属散热器定为阴极，电泳槽中不锈钢板定为阳极，施加90V直流电压，时间10秒;取出样品经纯水洗净后进行沥干，待下一步涂层使用。
[0025]称量水性阳离子丙烯酸树脂135克(固含量约50%)和去泡剂4.5克，在超声水热环境中边搅拌边缓慢倒入到电导率小于5uS/cm的纯水中，配制得到浓度约为16%的溶