改善石墨膜的平坦性的方法、以及石墨膜及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及平坦性得到改善的石墨膜及其制造方法、以及石墨膜的平坦性改善方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 散熱構(gòu)件被應(yīng)用于搭載于計(jì)算機(jī)等各種電子或電氣儀器的半導(dǎo)體元件及其它發(fā) 熱構(gòu)件等。散熱構(gòu)件中，在應(yīng)用于大型制品時(shí)，石墨膜優(yōu)選以卷成輥狀的狀態(tài)的高分子膜為 原料的長(zhǎng)條且大面積的石墨膜，為了制造這樣的石墨膜進(jìn)行了研究。
[0003] 例如，提出了將寬250mmX長(zhǎng)30m的高分子膜卷繞于外徑150mm的碳質(zhì)圓筒狀內(nèi)芯 來進(jìn)行熱處理的方法，可獲得能容易地延長(zhǎng)圓筒狀的歷程的長(zhǎng)條且大面積的石墨膜(專利 文獻(xiàn)1)。但是，該現(xiàn)有方法中，會(huì)如圖1所示產(chǎn)生大的松弛度Zgs，無法抑制該松弛而制成平 坦性優(yōu)良的石墨膜。該現(xiàn)有的石墨膜例如在進(jìn)行與其它片材的層壓時(shí)（參照?qǐng)D2)容易產(chǎn)生 缺陷，在卷繞于支管時(shí)(參照?qǐng)D3)等可能會(huì)發(fā)生不良情況。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2006-327907號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008] 本發(fā)明的目的是制造平坦性優(yōu)良的石墨膜。
[0009] 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0010] 即，本發(fā)明涉及以下技術(shù)內(nèi)容。
[0011] (1)石墨膜的制造方法，其特征在于，包括平坦性矯正處理工序，該工序中，一邊對(duì) 原料石墨膜施加壓力，一邊進(jìn)行熱處理直至2000°C以上。
[0012] (2)上述第（1)項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，平坦性矯正處理工序中 使用的原料石墨膜是經(jīng)歷過至少一次低于2000°C的溫度條件的原料石墨膜。
[0013] (3)上述第（1)項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，碳化工序和平坦性矯正 處理工序包含在一連串的石墨制造工序中。
[0014] (4)上述第（1)~(3)項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，原料石墨 膜的面方向的熱擴(kuò)散率為0 · 15cm2/s以上。
[0015] (5)上述第（1)~(4)項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，實(shí)施所述 平坦性矯正處理工序，使JIS C2151中記載的松弛度評(píng)價(jià)中的石墨膜的松弛度Zgs除以石墨 膜的寬度Ugs而得的值Zgs/Ugs改善至0.2以下。
[0016] (6)上述第（1)~（5)項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，所述平坦 性矯正處理工序中，在將原料石墨膜卷繞于內(nèi)芯的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理。
[0017] (7)上述第（1)~(6)項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，所述內(nèi)芯 的直徑為20mm以上。
[0018] (8)上述第（1)~（7)項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，所述內(nèi)芯 的熱膨脹系數(shù)為0.3 X 10_6/K以上7.5 X 10_6/K以下。
[0019] (9)上述第（1)~(8)項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，在所述平 坦性矯正處理工序之前包括將原料石墨膜卷繞于內(nèi)芯的卷繞工序。
[0020] (10)上述第(9)項(xiàng)所述的石墨膜的制造方法，其特征在于，卷繞工序中，以10Ν·πι/ m以上的卷纏強(qiáng)度卷纏原料石墨膜。
[0021] (11)石墨膜，該石墨膜是將碳化的聚酰亞胺膜在卷繞成輥狀的狀態(tài)下石墨化而得 的石墨膜，其特征在于，面方向的熱擴(kuò)散率為5.0cm2/s以上，厚度為7μπι以上120μπι以下，寬 度Ugs為100mm以上，面積為5m 2以上，而且JIS C2151中記載的松弛度評(píng)價(jià)中的松弛度Zgs除 以寬度Ugs而得的值Zgs/Ugs為0.2以下。
[0022] (12)石墨膜的平坦性矯正方法，其特征在于，一邊對(duì)原料石墨膜施加壓力，一邊進(jìn) 行熱處理直至2000°C以上。
[0023]發(fā)明的效果
[0024] 利用本發(fā)明的石墨膜的制造方法，可獲得平坦性優(yōu)良的石墨膜。
[0025] 附圖的簡(jiǎn)單說明
[0026] 圖1是通過現(xiàn)有的制法制得的石墨膜的松弛狀態(tài)。
[0027] 圖2是貼合褶皺的概觀（日文:概観)照片。
[0028] 圖3是石墨膜的卷繞偏差缺陷的概觀照片。
[0029] 圖4是對(duì)片狀的原料石墨膜的表面施加負(fù)荷的方法。
[0030] 圖5是利用內(nèi)芯的熱膨脹將原料石墨膜撐開的方法。
[0031] 圖6是卷繞工序的一例。
[0032]圖7是本發(fā)明的碳化處理中使用的夾具。
[0033]圖8是用于橫向地進(jìn)行石墨化工序的容器。
[0034]圖9是JIS C2151中記載的松弛度的測(cè)定的示意圖。
[0035] 圖10是石墨化工序中的膜的不可逆的拉伸。
[0036] 圖11是石墨膜的熱擴(kuò)散率測(cè)定樣品的采集部位。
[0037]圖12是層壓試驗(yàn)的示意圖。
[0038]圖13是石墨膜的開裂缺陷。
[0039]圖14是實(shí)施例1的平坦性矯正處理前后的石墨膜的松弛狀態(tài)。
[0040] 圖15是本發(fā)明的石墨膜的使用例。
[0041] 圖16是采用具有擴(kuò)張功能的內(nèi)芯的平坦性矯正處理。
[0042]圖17是用于利用熱膨脹的差異來矯正片狀膜的夾具。
[0043]實(shí)施發(fā)明的方式
[0044]本發(fā)明涉及一種石墨膜的平坦性矯正方法，其特征在于，一邊對(duì)原料石墨膜施加 壓力，一邊進(jìn)行熱處理直至2000 °C以上。使用該平坦性矯正方法，可由原料石墨膜制造平坦 性得到改善的石墨膜。
[0045]本發(fā)明中，平坦性矯正處理是指矯正松弛來提高平坦性的處理。
[0046]〈原料石墨膜〉
[0047]本發(fā)明中，原料石墨膜是在2000°C的溫度下不易發(fā)生尺寸變化的石墨膜，如果是 這樣的石墨膜，則例如可以是高分子燒成型的石墨膜，也可以是天然石墨類的石墨膜。在 2000°C的溫度下不易發(fā)生尺寸變化的含義如下所述:對(duì)于23°C下為50mm見方的原料石墨 膜，在不施加壓力的狀態(tài)下加熱至2000°C，放置10分鐘后，冷卻至23°C，經(jīng)過上述操作后，石 墨膜的一邊的尺寸相對(duì)于該原料石墨膜的一邊的尺寸(50mm)的伸長(zhǎng)率在5%以下、較好為 3%以下、更好為1 %以下、進(jìn)一步更好為0.5%以下的范圍內(nèi)。由于在2000°C的溫度下不易 發(fā)生尺寸變化，因此進(jìn)行平坦性矯正處理時(shí)可賦予石墨膜的平坦性(平滑性）。
[0048]本發(fā)明的原料石墨膜更好是在2400°C的溫度下不易發(fā)生尺寸變化。原料石墨膜在 2400°C的溫度下的尺寸變化可以是5%以下，較好為3%以下，更好為1 %以下，進(jìn)一步更好 為0.5%以下。原料石墨膜在2400°C的溫度下的尺寸變化的測(cè)定方法的詳情示于實(shí)施例的 項(xiàng)目。
[0049] 本發(fā)明的原料石墨膜的薄片面內(nèi)方向（也稱面方向）的熱擴(kuò)散率較好為0.15cm2/s 以上，更好為2.0cm2/s以上，進(jìn)一步更好為4.0cm2/s以上，特別好為7.0cm 2/s以上。
[0050] 原料石墨膜的面方向的熱擴(kuò)散率如果為0.15cm2/s以上，則石墨化充分進(jìn)行，因此 熱處理時(shí)的尺寸變化小，容易實(shí)施平坦性矯正處理。特別是將原料石墨膜卷繞于內(nèi)芯、利用 內(nèi)芯和原料石墨膜的熱膨脹的差異來實(shí)施平坦性矯正處理的情況下，如果原料石墨膜的尺 寸變化小，則容易由內(nèi)芯將原料石墨膜撐開，因此容易體現(xiàn)出平坦性矯正的效果。而且由于 轉(zhuǎn)化成了強(qiáng)度高且柔軟不易開裂的膜，因此也容易實(shí)施下述的卷繞操作。另外，原料石墨膜 的面方向的熱擴(kuò)散率如果為〇.15cm 2/s以上，則原料石墨膜的熱傳導(dǎo)順暢，因此可均勻地實(shí) 施平坦性矯正處理。
[0051 ]原料石墨膜和石墨膜的熱擴(kuò)散率的測(cè)定方法示于實(shí)施例的項(xiàng)目。
[0052]本發(fā)明的原料石墨膜的XRD(反射法）測(cè)定中的002面峰的半峰寬較好為3度以下， 更好為1度以下，進(jìn)一步更好為〇. 5度以下，特別好為0.3度以下。
[0053]半峰寬如果在3度以下，則石墨化充分進(jìn)行，因此熱處理時(shí)的尺寸變化小，容易實(shí) 施平坦性矯正處理。特別是將原料石墨膜卷繞于內(nèi)芯、利用內(nèi)芯和原料石墨膜的熱膨脹的 差異來實(shí)施平坦性矯正處理的情況下，如果原料石墨膜的尺寸變化小，則容易由內(nèi)芯將原 料石墨膜撐開，因此容易體現(xiàn)出平坦性矯正的效果。而且由于轉(zhuǎn)化成了強(qiáng)度高且柔軟不易 開裂的膜，因此也容易實(shí)施下述的卷繞操作。
[0054] 原料石墨膜和石墨膜的XRD(反射法)測(cè)定中的002面峰的半峰寬評(píng)價(jià)方法示于實(shí) 施例的項(xiàng)目。
[0055] 本發(fā)明的原料石墨膜的MIT耐彎折試驗(yàn)中的彎折次數(shù)較好為100次以上，更好為 500次以上，進(jìn)一步更好為5000次以上，特別好為10000次以上。
[0056]原料石墨膜的MIT耐彎折試驗(yàn)中的彎折次數(shù)如果為100次以上，則是強(qiáng)度高且柔軟 不易開裂的膜，因此也容易實(shí)施下述的卷繞操作。
[0057]原料石墨膜和石墨膜的MIT耐彎折試驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法示于實(shí)施例的項(xiàng)目。
[0058]本發(fā)明的原料石墨膜的松弛度Zgs的大小與原料石墨膜的寬度Ugs有相關(guān)性。原料 石墨膜的寬度如果小，則松弛度減小。因此，本發(fā)明中，將原料石墨膜的每單位寬度的松弛 度值Zgs/Ugs作為平坦性的指標(biāo)。對(duì)于經(jīng)平坦性矯正的石墨膜，也將Zgs/Ugs作為平坦性的 指標(biāo)。
[0059] 本發(fā)明的原料石墨膜的JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))C2151"電氣用塑料薄膜試驗(yàn)方法"中 記載的松弛度評(píng)價(jià)中的松弛度Zgs除以寬度Ugs而得的值Zgs/Ugs大于0.2，進(jìn)一步為0.23以 上，特別為〇. 25以上。平坦性差到Zgs/Ugs大于0.2的情況下，尤其可期待平坦性矯正處理工 序的效果。
[0060] 平坦性矯正處理工序后的石墨膜的Zgs/Ugs可以改善至0.2以下，較好為0.16以 下，更好為〇. 11以下。平坦性矯正處理工序后的石墨膜的Zgs/Ugs如果在0.2以下，則平坦性 得到充分改善，容易進(jìn)行與其它片材的層壓和支管上的卷繞。
[0061 ]原料石墨膜和石墨膜的Zgs/Ugs的測(cè)定方法示于實(shí)施例的項(xiàng)目。
[0062]平坦性矯正處理也可以欲改善平坦性的原料石墨膜或欲改變形狀的原料石墨膜 為對(duì)象進(jìn)行，石墨膜的制造工序中也可以追加平坦性矯正處理工序。
[0063]本發(fā)明中，也可以使用經(jīng)歷過至少一次低于2000Γ的溫度條件的原料石墨膜來進(jìn) 行平坦性矯正處理，從而獲得平坦性得到矯正的石墨膜。經(jīng)歷過低于2000 °C的溫度條件是 指將熱處理而得的原料石墨膜暫時(shí)冷卻至低于2000°C。通過冷卻原料石墨膜，容易實(shí)施卷 繞工序等平坦性矯正處理的準(zhǔn)備工作。
[0064]〈平坦性矯正方法〉
[0065]本發(fā)明中，矯正平坦性(是指矯正松弛來提高平坦性，本說明書中均相同）的方法 是指一邊對(duì)原料石墨膜施加壓力，一邊以2000°C以上的溫度加熱，從而改善因松弛而平坦 性差的原料石墨膜的平坦性的方法。
[0066] 對(duì)原料石墨膜施加壓力的方法無特別限制，可例舉：1)對(duì)片狀的原料石墨膜的表 面施加負(fù)荷的方法、2)將卷成輥狀的原料石墨膜從內(nèi)側(cè)撐開的方法、3)拉伸原料石墨膜的 方法等。
[0067] 作為1)對(duì)片狀的原料石墨膜的表面施加負(fù)荷的方法，可例舉如下方法等:如圖4所 示在膜表面載放重石，或者在熱處理過程中實(shí)施擠壓來施加壓力。該方法中，矯正平坦性所 需的壓力為5g/cm 2以上