一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)。所述的散熱涂層結(jié)構(gòu)是由兩層或兩層以上的高散熱材料層組成，所述的高散熱材料層是由散熱材料和電泳樹脂構(gòu)成。本實用新型獲得的多層散熱涂層，具有涂層均勻、致密性好、耐腐性強、散熱能力高，并與基體結(jié)合性好等特點。采用的涂層制備工藝操作簡單，成本低、材料利用率高。本實用新型可廣泛應(yīng)用到微電子元器件和照明燈具等領(lǐng)域中。
【專利說明】
一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及涂料和表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息電子科技的迅速發(fā)展，電子元器件正朝高頻、高速、大功率、微型小型化以及高系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，這使得電子產(chǎn)品的單位功率密度和發(fā)熱量大幅增長，從而使電子產(chǎn)品的冷卻問題變得更突出。而傳統(tǒng)的冷卻裝置能達到的冷卻能力受到極大挑戰(zhàn)，特別在微電子、信息、照明、能源、汽車、化工等領(lǐng)域，對強化傳熱、提高散熱效率等新技術(shù)提出了更高要求。散熱涂料是一種通過提高物體表面的熱發(fā)射率以達到增強物體的散熱能力，也就是說，如果要降低電子產(chǎn)品體系的溫度，可以把散熱功能材料涂在電子器件或電子產(chǎn)品的散熱體表面上就可降低產(chǎn)品的工作溫度，從而提高電子產(chǎn)品的可靠性。因此，散熱材料和配制、散熱材料的涂層結(jié)構(gòu)及相關(guān)涂覆技術(shù)一直引起材料學(xué)者們的重視。
[0003]當(dāng)前，市場上用于電子器件產(chǎn)品應(yīng)用的散熱材料雖有報道，但應(yīng)用范圍較小，只有部分高端電子產(chǎn)品有應(yīng)用，這主要是因為:I)目前應(yīng)用于電子產(chǎn)品的散熱材料涂層結(jié)構(gòu)簡單，基本是只有一層的散熱材料涂層，所以散熱材料涂層的散熱效果還有待提高;2)目前商業(yè)的散熱材料涂層形成工藝主要采用噴刷的涂覆技術(shù)，而該技術(shù)形成的涂層厚度不好控制，涂層不均勻，而且材料的利用率較低，大部分散熱材料在噴刷過程中散向空氣中，這樣就增加成本又污染環(huán)境，因此影響了散熱材料在電子器件產(chǎn)品中的大范圍應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)，通過多涂層的散熱涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(散熱涂層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層主要是為了提高涂層與金屬散熱器表面的熱傳導(dǎo)能力、結(jié)合能力和散熱能力，而散熱涂層結(jié)構(gòu)的外層主要是為了提高熱輻射能力和與空氣界面間的輻射面積)，以達到進一步提高金屬散熱器的散熱能力，而該散熱涂層結(jié)構(gòu)采用電泳涂膜工藝，又能降低散熱材料成本和改善散熱材料涂層的質(zhì)量差和不均勻問題。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]—種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于由兩層以上的高散熱材料層組成，所述的高散熱材料層是由散熱材料和電泳樹脂材料構(gòu)成，散熱材料和電泳樹脂材料的重量比在4%-30%之間。
[0007]進一步地，兩層以上高散熱材料層采用以下a)~e)中的任一種形成:
[0008]a)由不同散熱材料和同一電泳樹脂材料混合通過電泳工藝形成多層高散熱材料涂層;b)由相同散熱材料和不同電泳樹脂材料混合通過電泳工藝形成多層高散熱材料涂層；
[0009]c)由相同散熱材料和不同濃度的同一電泳樹脂材料混合通過電泳工藝形成多層高散熱材料涂層；
[0010]d)由相同散熱材料和同一電泳樹脂材料混合通過不同電泳工藝形成多層高散熱材料涂層，所述不同電泳工藝包括電泳電壓不同或電泳液溫度不同中的一種以上；
[0011]e)由不同散熱材料、不同電泳樹脂材料和不同的電泳工藝通過組合而得到多層的高散熱材料涂層;所述不同電泳樹脂材料包括不同材料和不同濃度中的以上，所述不同電泳工藝包括電泳電壓不同或電泳液溫度不同中的一種以上。
[0012]進一步地，所述散熱材料由金剛石、石墨、碳納米管、碳納米球、石墨烯或氧化物中的一種構(gòu)成或兩種以上的材料混合而成，其中金剛石、石墨和氧化物的粒徑為0.1?7um，碳納米管和碳納米球的直徑大于30納米、碳納米管和石墨烯的長度為0.5?50微米;所述的氧化物包括氧化娃、氧化硼、氧化鋁、氧化鎂和電氣石中的一種以上。
[0013]進一步地，所述的電泳樹脂材料包括陰離子環(huán)氧樹脂、陰離子丙烯酸樹脂、陰離子環(huán)氧丙烯酸樹脂和陰離子聚胺酯樹脂中的一種或多種混合，或者包括陽離子環(huán)氧樹脂、陽離子丙烯酸樹脂、陽離子環(huán)氧丙烯酸樹脂和陽離子聚胺酯樹脂中的一種或多種混合。
[0014]進一步地，所述高散熱材料層還包括少量分散劑和去泡劑，其中分散劑占散熱材料重量比的5%?20%，去泡劑占電泳樹脂材料重量比的4%?20%。
[0015]本實用新型的有益效果:采用多層的散熱涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使金屬散熱器的熱量更容易傳到涂層內(nèi)層，然后通過內(nèi)層把熱量傳給外層，最后熱量通過外層涂層的表面輻射到空氣中，達到有效的降溫目的。把這樣涂層的散熱器安裝在發(fā)熱產(chǎn)品(如CPU，LED照明燈具)表面上可明顯增強產(chǎn)品的散熱能力，從而降低產(chǎn)品的工作溫度，提高產(chǎn)品工作性能。
[0016]本實用新型的散熱涂層結(jié)構(gòu)是采用電泳涂層工藝來實現(xiàn)的，該工藝具有操作簡單，成本低、材料利用率高(即降低散熱材料的成本)，與基體結(jié)合度高，成膜質(zhì)量好等優(yōu)點，本實用新型獲得的散熱涂層，具有致密性好、耐腐性強、散熱能力高以及防靜電等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型實施例1中的散熱器涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本實用新型實施例2中的散熱器涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本實用新型實施例3中的散熱器涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實施例中測溫儀記錄不同涂層結(jié)構(gòu)散熱器的LED光源溫度時間曲線。
【具體實施方式】
[0021]本實用新型提供了一種提高金屬器件散熱性能的散熱涂層結(jié)構(gòu)，前述限定的參數(shù)范圍內(nèi)均能實現(xiàn)本實用新型。為了使本實用新型的技術(shù)方案更加明確，下面通過三個較佳的實施例作進一步描述，但本實用新型實施方式不僅限于此。
[0022]實施例一
[0023]稱量水性陰離子丙烯酸樹脂135克(材料固含量約50%)和去泡劑4.5克，在超聲水熱(超聲頻率40KHz，功率80W，水溫28°C，下同)環(huán)境中邊攪拌邊倒入到電導(dǎo)率小于5us/cm的純水中，配制得到水性離子電泳樹脂溶劑濃度為16%的溶液A(使用溶劑濃度計測量)；稱量金剛石微粉1.5克(粒徑為Wl.5)、碳納米管2克(長度50um)，用50克純水和0.4克分散劑分散金剛石和碳納米管的混合材料，形成溶液B;再在超聲水熱中把溶液B邊攪拌邊倒入至溶液A中，形成電泳液C后倒入電泳槽中；將金屬散熱器經(jīng)過除油、堿蝕等前期工序后定為陽極，電泳槽中不銹鋼板定為陰極，施加10V直流電壓，時間10秒;取出樣品經(jīng)純水洗凈后進行瀝干，待下一步涂層使用。
[0024]稱量水性陰離子丙烯酸樹脂135克(固含量約50%)和去泡劑4.5克，在超聲水熱環(huán)境中邊攪拌邊倒入到電導(dǎo)率小于5us/cm的純水中，配制得到濃度為16%的溶液D;稱量碳納米管3.5克(長度50um)，用50克純水和0.6克分散劑分散碳納米管材料，形成溶液E;然后在超聲水熱中把溶液E邊攪拌邊倒入至溶液D中，形成電泳液F后倒入電泳槽中；將上述瀝干的金屬散熱器定為陽極，電泳槽中不銹鋼板定為陰極，施加100V直流電壓，時間25秒;取出樣品經(jīng)純水洗凈后放入160°C的高溫箱烤干，烤干時間為30分鐘，然后取出樣品冷卻至室溫，得到圖1所示的散熱涂層結(jié)構(gòu)樣品。
[0025]實施例二
[0026]稱量水性陽離子丙烯酸樹脂125克(固含量約50%)和去泡劑4克，在超聲水熱環(huán)境中邊攪拌邊倒入到電導(dǎo)率小于5uS/cm的純水中，配制得到濃度約為15%的溶液A;稱量金剛石微粉4.5克(粒徑W0.5和Wl.5分別為2克和2.5克)，然后用40克純水和0.5克分散劑分散金剛石微粉材料，形成溶液B;再在超聲水熱中把溶液B邊攪拌邊倒入至溶液A中，形成電泳液C后倒入電泳槽中；將金屬散熱器經(jīng)過除油、堿蝕等前期工序后定為陰極，電泳槽中不銹鋼板定為陽極，施加65V直流電壓，時間6秒;取出樣品經(jīng)純水洗凈后進行瀝干，待下一步涂層使用。
[0027]稱量水性陽離子丙烯酸樹脂135克(固含量約50%)和去泡劑4.5克，在超聲水熱環(huán)境中邊攪拌邊倒入到電導(dǎo)率小于5uS/cm的純水中，配制得到濃度為16%的溶液D;稱量金剛石微粉1.5克(粒徑為Wl.5)、碳納米管2克(長度50um)，均勻混合后，然后用50克純水和0.4克分散劑分散金剛石和碳納米管的混合材料，形成溶液E;再在超聲水熱中把溶液E邊攪拌邊倒入至溶液D中，形成電泳液F后倒入電泳槽中；將上述涂了金剛石層的金屬散熱器定為陰極，電泳槽中不銹鋼板定為陽極，施加90V直流電壓，時間10秒;取出樣品經(jīng)純水洗凈后進行瀝干，待下一步涂層使用。
[0028]稱量水性陽離子丙烯酸樹脂135克(固含量約50%)和去泡劑4.5克，在超聲水熱環(huán)境中邊攪拌邊緩慢倒入到電導(dǎo)率小于5uS/cm的純水中，配制得到濃度約為16%的溶液G;稱量金剛石微粉I克(粒徑為Wl.5)、電氣石微粉I克(粒徑為10000目)和碳納米管2克(長度50um)，均勻混合后，然后用50克純水和0.4克分散劑分散金剛石、電氣石和碳納米管的混合材料，形成溶液H;再在超聲水熱中把溶液H邊攪拌邊緩慢倒入至溶液G中，形成電泳液I后倒入電泳槽中；將上述涂了金剛石層和金剛石\納米管層雙結(jié)構(gòu)涂層的金屬散熱器定為陰極，電泳槽中不銹鋼板定為陽極，施加120V直流電壓，時間24秒;取出樣品經(jīng)去純水洗凈后放入160°C的高溫箱烤干，烤干時間為30分鐘，然后取出樣品冷卻至室溫，得到圖2所示的散熱涂層結(jié)構(gòu)樣品。
[0029]實施例三
[0030]稱量水性陰離子丙烯酸樹脂125克(固含量約50%)和去泡劑4克，在超聲水熱環(huán)境中邊攪拌邊倒入到電導(dǎo)率小于5uS/cm的純水中，配制得到濃度約為15%的溶液A;稱量金剛石微粉1.5克(其中粒徑Wl和W2分別為I克和0.5克)、碳納米管2克(長度50um)，均勻混合后，然后用50克純水和0.4克分散劑分散金剛石和碳納米管的混合材料，形成溶液B;再在超聲水熱中把溶液B邊攪拌邊倒入至溶液A中，形成電泳液C后倒入電泳槽中；將金屬散熱器經(jīng)過除油、堿蝕等前期工序后定為陽極，電泳槽中不銹鋼板定為陰極，施加80V直流電壓，時間20秒，這樣就形成結(jié)構(gòu)緊密的第一涂層;然后再對樣品施加200V直流電壓，時間10秒，形成粗化絲織結(jié)構(gòu)的第二涂層，最后取出樣品經(jīng)純水洗凈后放入160°C的高溫箱烤干，30分鐘的烤干時間后取出樣品冷卻至室溫，得到圖3所示的散熱涂層結(jié)構(gòu)樣品。
[0031]為了與未涂層散熱器和單一涂層散熱器作降溫實驗比較，通過電泳工藝制作了碳納米管單一涂層和碳納米管/金剛石/電氣石復(fù)合單一涂層。
[0032]其中碳納米管單一涂層的電泳工藝過程如下:稱量水性陰離子丙烯酸樹脂135克(固含量約50%)和去泡劑4.5克，在超聲水熱(超聲頻率40KHz，功率80W，水溫28°C)環(huán)境中邊攪拌邊倒入到電導(dǎo)率小于5us/cm的純水中，配制得到濃度為16%的溶液A;稱量碳納米管3.5克(長度50um)，用50克純水和0.6克分散劑分散碳納米管材料，形成溶液B;然后在超聲水熱中把溶液B邊攪拌邊倒入至溶液A中，形成電泳液C后倒入電泳槽中；將金屬散熱器經(jīng)過除油、堿蝕等前期工序后定為陰極，電泳槽中不銹鋼板定為陽極，施加100V直流電壓，時間35秒，然后取出樣品經(jīng)純水洗凈后放入160°C的高溫箱烤干，烤干時間為30分鐘，然后取出樣品冷卻至室溫，得到碳納米管單一涂層的散熱器樣品。
[0033]對于碳納米管/金剛石/電氣石復(fù)合單一涂層，其電泳工藝過程如下:稱量水性陽離子丙烯酸樹脂135克(固含量約50%)和去泡劑4.5克，在超聲水熱(超聲頻率40KHz，功率80W,水溫28°C)環(huán)境中邊攪拌邊緩慢倒入到電導(dǎo)率小于5uS/cm的純水中，配制得到濃度約為16%的溶液D;稱量金剛石微粉I克(粒徑為Wl.5 )、電氣石微粉I克(粒徑為10000目)和碳納米管2克(長度50um)，均勻混合后，然后用50克純水和0.5克分散劑分散金剛石、電氣石和碳納米管的混合材料，形成溶液E;再在超聲水熱中把溶液E邊攪拌邊緩慢倒入至溶液D中，形成電泳液F后倒入電泳槽中；將金屬散熱器經(jīng)過除油、堿蝕等前期工序后定為陰極，電泳槽中不銹鋼板定為陽極，施加100V直流電壓，時間35秒，然后取出樣品經(jīng)去純水洗凈后放入160°C的高溫箱烤干，烤干時間為30分鐘，然后取出樣品冷卻至室溫，得到碳納米管/金剛石/電氣石復(fù)合單一涂層的散熱器樣品。
[0034]把三個實施例得到的三個散熱器樣品，上述獲得兩個單一涂層散熱器和未涂層散熱器一起置在相同環(huán)境下進行散熱實驗比較。實驗是采用同一電源驅(qū)動同一個7W的LED模組光源，當(dāng)光源工作時，光源產(chǎn)生的熱量就直接傳導(dǎo)到散熱器樣品上，然后熱量從樣品表面擴散至空氣中，實現(xiàn)對光源的降溫。由于LED模組光源直接封裝在鋁基板上，為了測量LED光源的工作溫度，測溫儀的熱電偶探頭直接與鋁基板相連，鋁基板通過螺絲固定在金屬散熱器上。說明的是，鋁基板與散熱器樣品的接觸面是直接緊密接觸，即沒有涂層隔開。在同一環(huán)境(溫度27°C，濕度62%)下，上述6個散熱器樣品對LED貼片光源的散熱測溫結(jié)果見圖4所示。由圖4可知，LED光源點亮20分鐘后散熱器樣品就達到熱平衡，其中實例I散熱涂層結(jié)構(gòu)的散熱器穩(wěn)定溫度為61.7°C，實例2散熱涂層結(jié)構(gòu)的散熱器穩(wěn)定溫度為61°C，實例3散熱涂層結(jié)構(gòu)的散熱器穩(wěn)定溫度為60.6°C。與之對比的是，未涂層散熱器的穩(wěn)定溫度為70.2°C，碳納米管單一涂層的散熱器穩(wěn)定溫度為62.5°C，碳納米管/金剛石/電氣石復(fù)合單一涂層的散熱器穩(wěn)定溫度為62°C。因此，上述三個實施例獲得的雙涂層或三涂層的散熱器樣品有更好的降溫效果。
[0035]上述三個實施例的散熱材料組分、電泳樹脂材料濃度和電泳工藝參數(shù)僅為示意，只對本實用新型較佳的實施方式作了描述。更多的實施方式，在前述限定的范圍內(nèi)，通過改變散熱材料和電泳樹脂材料的成分和比例，以及不同電泳工藝(如時間和溫度等參數(shù))實現(xiàn)在金屬散熱器表面的雙層或以上涂層散熱材料結(jié)構(gòu)的樣品，并采用同樣散熱實驗測試方法，也能得到比單一涂層和未涂層樣品更好的散熱降溫效果。
[0036]對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明和實例加以改進或變換，所有這些相關(guān)改進和變換都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于由兩層以上的高散熱材料層組成，所述高散熱材料為金剛石、石墨、碳納米管、碳納米球、石墨烯或氧化物中的一種，散熱涂層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層與金屬散熱器接觸，用于提高散熱涂層結(jié)構(gòu)與金屬散熱器表面的熱傳導(dǎo)能力、結(jié)合能力和散熱能力，而散熱涂層結(jié)構(gòu)的最外層用于提高熱輻射能力和與空氣界面間的輻射面積。
【文檔編號】C09D163/00GK205420261SQ201520798481
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年10月14日
【發(fā)明人】鄭樹文, 藍栩硯, 何苗, 章勇, 范廣涵
【申請人】華南師范大學(xué)