复合散热膜及其制备方法

技术领域

本申请涉及散热膜技术领域，具体而言，涉及一种复合散热膜及其制备方法。

背景技术

随着电子产品的性能高速提升、功能越来越强大，在5G通讯设备、智能手机、笔记本电脑、通讯基站、LED等领域，发热问题逐步显露。以手机为例，在追求轻薄化及高续航的需求之下，手机功耗急剧增加，发热量急剧上升，使得芯片寿命和运行性能严重下降，出现卡顿、反应慢等问题。

在现有的电子产品器件中，有将石墨片或者石墨烯膜作为散热膜使用，但是石墨片和石墨烯片直接用于电子产品器件中，会有短路的风险。

发明内容

本申请提供了一种复合散热膜及其制备方法，其同时具有良好的电绝缘性和散热效果。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种复合散热膜，其包括导热中间层以及设置在导热中间层的相对两侧表面的第一氮化硼层，导热中间层包括至少一层石墨片。

第二方面，本申请实施例提供一种第一方面实施例的复合散热膜的制备方法，包括：将导热中间层和第一氮化硼层层叠在一起进行压延处理，然后在800-1700℃的温度下进行热处理。

本申请实施例的复合散热膜及其制备方法的有益效果包括：

导热中间层包括至少一层石墨片，石墨片中的石墨具有良好的热导率，具有较好的散热效果。导热中间层的相对两侧表面具有第一氮化硼层，氮化硼具有与石墨烯类似的六方层状结构，不仅可以导热，而且具有良好的电绝缘性和低介电性能，第一氮化硼层设置在导热中间层的相对两侧表面不仅能够使得复合散热膜具有较好的电绝缘性，而且使得复合散热膜也同时具有良好的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例1的复合散热膜的结构示意图；

图2为本申请实施例2的复合散热膜的结构示意图；

图3为本申请实施例3的复合散热膜的结构示意图；

图4为本申请实施例4的复合散热膜的结构示意图；

图5为本申请实施例5和实施例7的复合散热膜制备方法中S5-1步骤及S7-1步骤后得到的结构；

图6为本申请实施例5的复合散热膜制备方法中S5-2步骤后得到的结构；

图7为本申请实施例6的复合散热膜制备方法中S6-1步骤后得到的结构；

图8为本申请实施例6的复合散热膜制备方法中S6-2步骤后得到的结构；

图9为本申请实施例6的复合散热膜制备方法中S6-3步骤后得到的结构。

图标：10-复合散热膜；11-导热中间层；111-石墨片；112-石墨烯层；113-第二氮化硼层；12-第一氮化硼层；121-氮化硼薄膜；122-氮化硼片。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本申请实施例的复合散热膜10及其制备方法进行具体说明：

第一方面，本申请实施例提供一种复合散热膜10，参照图1-图4，其包括导热中间层11以及设置在导热中间层11的相对两侧表面的第一氮化硼层12，导热中间层11包括至少一层石墨片111。即是说，石墨片111可以设置一层，也可以设置多层。

导热中间层11包括至少一层石墨片111，石墨片111中的石墨具有良好的热导率，具有较好的散热效果。导热中间层11的相对两侧表面具有第一氮化硼层12，氮化硼具有与石墨烯类似的六方层状结构，不仅可以导热，而且具有良好的电绝缘性和低介电性能，第一氮化硼层12设置在导热中间层11的相对两侧表面不仅能够使得复合散热膜10具有较好的电绝缘性，而且使得复合散热膜10也同时具有良好的散热效果。本申请实施例的复合散热膜10的热导率能够高达2100W/(m·K)，厚度能够大于或等于10μm，该复合散热膜10能够应用于5G通讯设备、智能手机、笔记本电脑、5G通讯基站、LED等领域。

可选地，石墨片111的制备工艺包括热膨胀法和高分子热分解法。

示例性地，热膨胀法制备石墨片111的步骤包括：

将石墨粉体经过热膨胀、除杂后与粘接剂混合，然后在进行压延得到石墨片111。

示例性地，高分子热分解法制备石墨片111的步骤包括：

在惰性气氛的保护下对聚酰亚胺膜进行高温热处理使得聚酰亚胺膜炭化、石墨化，然后进行辊压得到石墨片111。

示例性地，在一种可能的实施方案中，导热中间层11包括一层石墨片111，石墨片111的相对两侧表面具有第一氮化硼层12(参照图3)。

进一步地，在另一种可能的实施方案中，导热中间层11还包括至少一层石墨烯层112，石墨烯层112设置在石墨片111和第一氮化硼层12之间(参照图1、图2和图4)。

示例性地，参照图4，导热中间层11包括一层石墨片111和一层石墨烯层112，石墨片111的一侧表面具有石墨烯层112，石墨片111的另一侧表面具有第一氮化硼层12，石墨烯层112的表面具有第一氮化硼层12。

示例性地，导热中间层11包括一层石墨片111和两层石墨烯层112，石墨片111的两侧表面均具有石墨烯层112，两个石墨烯层112的表面均具有第一氮化硼层12。即是说两层石墨烯层112分别位于导热中间层11的最外两侧，导热中间层11的相对两侧表面均具有第一氮化硼层12(参照图1)。

可以理解的是，本申请实施例中，石墨片111也可以设置成多片，多片石墨片111可以相邻叠合设置在一起。例如，石墨片111设置两层，两层石墨片111相邻叠合设置在一起，石墨烯层112设置两层，两层石墨烯层112分别设置在两层石墨片111外侧。

石墨烯的热导率较石墨更高，散热能力更好，导热中间层11中在设置有至少一层石墨片111的基础上，再设置至少一层石墨烯层112，能够提高复合散热膜10的散热效果。而且，石墨烯层112设置在石墨片111和第一氮化硼层12之间，石墨烯与氮化硼具有类似的层状结构，石墨烯层112和第一氮化硼层12复合形成膜结构更加稳定。

在一种可能的实施方案中，第一氮化硼层12包括氮化硼薄膜121和氮化硼片122(参照图1-图3)，氮化硼薄膜121为由化学气相沉积法制得的二维材料，氮化硼片122通过氮化硼浆料高温烧结法制得。

由化学气相沉积法制得的氮化硼薄膜121为二维材料，氮化硼薄膜121的二维结构完整、连续、尺寸大、质量高，具有优异的导热性能和电绝缘性能，且绝缘性能相较氮化硼片122更好。由于化学气相沉积法制备氮化硼薄膜121，得到的氮化硼薄膜121一般厚度较薄，单独以氮化硼薄膜121做外层绝缘层，不能很好地满足高可靠性的电绝缘使用要求，因而第一氮化硼层12还包括了氮化硼片122，从而可以保证第一氮化硼层12的厚度，以更好地满足电绝缘使用要求。

示例性地，氮化硼薄膜121的厚度为0.1-10nm，氮化硼片122的厚度为1-50um。例如，氮化硼薄膜121的厚度为0.1nm、0.5nm、1nm、2nm、4nm、5nm、7nm、9nm或10nm。例如，氮化硼片122的厚度为1um、5um、10um、15um、20um、30um、40um或50um。

在其他实施方案中，第一氮化硼层12也可以只含有氮化硼片122(参照图4)。

进一步地，在一种可能的实施方案中，导热中间层11还包括至少一层第二氮化硼层113，石墨片111和第二氮化硼层113交替设置(参照图2)。

导热中间层11中设置第二氮化硼层113，且石墨片111和第二氮化硼层113交替设置，提高了导热中间层11的绝缘性能，使得复合散热膜10的绝缘性能更好。

第二方面，本申请实施例提供一种复合散热膜10的制备方法，包括：将导热中间层11和第一氮化硼层12层叠在一起进行压延处理，然后在800-1700℃的温度下进行热处理。

该制备方法能够将导热中间层11和第一氮化硼层12很好地结合在一起形成结构稳定的复合散热膜10。

在一种可能的实施方案中，将导热中间层11和第一氮化硼层12层叠在一起进行压延处理的步骤包括：

采用化学气相沉积法在导热中间层11的至少一个表面生长氮化硼薄膜121；

将氮化硼片122叠合在氮化硼薄膜121表面后进行压延处理。

在另一种可能的实施方案中，将导热中间层11和第一氮化硼层12层叠在一起进行压延处理的步骤包括：

采用化学气相沉积法在金属衬底表面生长氮化硼薄膜121，将氮化硼薄膜121转移至导热中间层11的至少一个表面；

将氮化硼片122叠合在氮化硼薄膜121表面后进行压延处理。

在上述两种实施方案中，相较于在金属衬底表面生长氮化硼薄膜121，将氮化硼薄膜121再转移至导热中间层11的方案，在导热中间层11的表面直接生长氮化硼薄膜121，氮化硼薄膜121能够比较稳定地附在导热中间层11的表面，而且能够减小氮化硼薄膜121转移过程中损坏的几率。另外，上述两种方案中，均采用化学气相沉积法生长氮化硼薄膜121，该种方法制得的氮化硼薄膜121的二维结构完整且连续，具有优异的导热性能和电绝缘性，而且能够制得尺寸大的氮化硼薄膜121。

示例性地，在上述两种实施方案中，在导热中间层11的至少一个表面或者在金属衬底表面生长氮化硼薄膜121的步骤包括：

将导热中间层11放置在高温退火装置中，通入惰性气体，将退火装置内部进行升温处理，将导热中间层11运动至温度为300～2000℃的区域，然后进行高温退火。

可选地，惰性气体包括N

可选地，导热中间层11运动至温度为300～2000℃的区域的速度为0.05～50cm/min。例如为0.05cm/min、0.1cm/min、0.2cm/min、0.5cm/min、1cm/min、5cm/min、10cm/min、20cm/min、30cm/min、40cm/min或50cm/min。

可选地，升温处理的时间为1～15min，例如为1min、3min、5min、8min、10min、12min或15min。

高温退火后将导热中间层11运动至生长腔室，通入气源开始生长氮化硼薄膜121，生长时间为1s～24h；生长结束后，停止通入气源，仅通入惰性气体，冷却是室温。可选地，氮化硼薄膜121的生长时间为10s、30s、1h、2h、5h、10h、15h、20h或24h。

示例性地，生长氮化硼薄膜121的气源包括H

示例性地，在上述两种实施方案中，氮化硼片122的制备步骤均包括：将氮化硼浆料形成在基底上并进行辊压，以在基底表面形成初品氮化硼，将初品氮化硼从基底剥离，然后在800-1700℃的温度下烧结得到氮化硼片122。示例性地，基底的材质可以高分子材料或金属材料。示例性地，将氮化硼浆料采用喷涂、涂覆或浸渍的方式形成在基底上。

进一步地，当导热中间层11包括至少一层石墨片111和至少一层石墨烯层112，且石墨烯层112设置在石墨片111和第一氮化硼层12之间时，导热中间层11的制备步骤包括：将氧化石墨烯分散液附在至少一层石墨片111的至少一个表面，再进行还原处理以在至少一层石墨片111的表面形成石墨烯层112。

将氧化石墨烯还原得到的石墨烯层112，导热性质更佳。示例性地，将氧化石墨烯分散液附在至少一层石墨片111的至少一个表面的方法包括涂覆或浸渍。

以下结合实施例对本申请的复合散热膜10及其制备方法作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种复合散热膜10，参照图1，其包括一层厚度为20um的石墨片111，石墨片111的相对两个表面均具有一层厚度为0.7nm的石墨烯层112，每层石墨烯层112的表面均具有一层厚度为1.4nm的氮化硼薄膜，每层氮化硼薄膜表面均具有一层厚度为15um氮化硼片122。

实施例2

本实施例提供一种复合散热膜10，参照图2，其包括三层厚度为20um的石墨片111和两层厚度为15um的第二氮化硼层113，两层第二氮化硼层113和三层石墨片111交替设置，石墨片111的相对两个表面均具有一层厚度为0.7nm的石墨烯层112，每层石墨烯层112的表面均具有一层厚度为1.4nm的氮化硼薄膜，每层氮化硼薄膜表面均具有一层厚度为15um氮化硼片122。

实施例3

本实施例提供一种复合散热膜10，参照图3，其包括一层厚度为20um的石墨片111，石墨片111的相对两个表面均具有一层厚度为1.4nm的氮化硼薄膜，每层氮化硼薄膜表面均具有一层厚度为15um氮化硼片122。

实施例4

本实施例提供一种复合散热膜10，参照图4，其包括一层厚度为20um的石墨片111，石墨片111的一个表面具有一层厚度为0.7nm的石墨烯层112，石墨片111的另一个表面具有一层厚度为15um的氮化硼片122，石墨烯层112的表面具有一层厚度为15um的氮化硼片122。

实施例5

本实施例提供一种实施例1的复合散热膜10的制备方法，其包括：

S5-1:在石墨片111的两个表面涂覆氧化石墨烯分散液，再进行还原处理，以在石墨片111的两个表面分别形成一层石墨烯层112(参照图5)；

S5-2:采用化学气相沉积的方法分别在两层石墨烯层112的表面生长氮化硼膜(参照图6)；

S5-3:将两层氮化硼膜的表面均叠合一层氮化硼片122后进行压延处理，然后在1600℃的温度下进行热处理得到实施例1的复合散热膜10(参照图1)。

实施例6

本实施例提供一种实施例2的复合散热膜10的制备方法，其包括：

S6-1:将两层石墨片111的单面涂覆氧化石墨烯分散液，再进行还原处理，以在两层石墨片111的单面表面均分别形成一层石墨烯层112(参照图7)；

S6-2:按照表面具有石墨烯层112的石墨片111、第二氮化硼层113、单独的石墨片111、第二氮化硼层113和表面具有石墨烯层112的石墨片111依次叠合得到导热中间层11，并使得石墨烯层112在导热中间层11的最外两侧(参照图8)；

S6-3:采用化学气相沉积的方法分别在两层石墨烯层112的表面生长氮化硼膜(参照图9)；

S6-4:将两层氮化硼膜的表面均叠合一层氮化硼片122后进行压延处理，然后在1600℃的温度下进行热处理得到实施例2的复合散热膜10(参照图2)。

实施例7

本实施例提供一种实施例3的复合散热膜10的制备方法，其包括：

S7-1:采用化学气相沉积的方法在石墨片111的两个表面均生长一层氮化硼膜(参照图5)；

S7-2:将两层氮化硼膜的表面均叠合一层氮化硼片122后进行压延处理，然后在1600℃的温度下进行热处理得到实施例3的复合散热膜10(参照图3)。

对比例1

本对比例提供一种散热膜，该散热膜为一层厚度为20um的石墨片。

对比例2

本对比例提供一种散热膜，其包括一层厚度为20um的石墨片，石墨片的相对两个表面均具有一层厚度为0.7nm的石墨烯层。

试验例

对实施例1-实施例4的复合散热膜以及对比例1-对比例3的散热膜进行耐击穿临界电压测试和热导系数测试，其中，耐击穿临界电压测试能够体现复合材料的绝缘性能，热导系数测试能够体现材料的散热性能，其测试方法如下：

耐击穿临界电压测试：采用绝缘耐电压测试仪对实施例1-实施例4的复合散热膜以及对比例1-对比例3的散热膜进行耐击穿电压测试，其中，电压设置在1000～2000V，持续通交流电60s，若仪器不报警，则表明样品能够承受设置的电压下的耐击穿测试，实施例1-实施例4的复合散热膜以及对比例1-对比例3的散热膜的耐击穿临界电压记录在表1中。需要说明的是，耐击穿临界电压指的是能够击穿散热膜的临界电压，其中，耐击穿临界电压越高，绝缘性能越好。

热导系数测试：利用导热分析仪器，采用闪光法测试实施例1-实施例4的复合散热膜以及对比例1-对比例3的散热膜进行导热系数的测试，其结果纪录在表1中。

表1.复合散热膜和散热膜的耐击穿电压测试结果和导热系数

从表1的结果可以看出，实施例1-实施例4的复合散热膜的耐击穿临界电压均比对比例1-对比例2的高，说明本申请实施例的复合散热膜均具有较好的绝缘性能。并且，本申请实施例1-实施例4的导热系数均较高，说明本申请实施例的复合散热膜同时具有良好的绝缘性能和散热效果。

另外，通过对比实施例2和实施例1发现，导热中间层中设置第二氮化硼层，且第二氮化硼层和石墨片交替设置的实施例2比实施例1的耐击穿临界电压更高，绝缘性能更好。

以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。