一種吸波散熱雙功能復(fù)合裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁領(lǐng)域，尤其是涉及一種吸波散熱雙功能復(fù)合裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智能電子設(shè)備極大的豐富了人們的生活需求，帶來了各種各樣的便利，但與此同時，也不可避免的帶來了一些問題，尤其是電磁兼容問題。電磁干擾的存在往往使電子電氣設(shè)備或系統(tǒng)不能正常工作，性能降低，甚至受到損壞。以智能手機(jī)為例，目前市場上的智能機(jī)往往同時集成有GSM移動通訊、藍(lán)牙、W1-F1、攝像頭、MP4多媒體等功能，這使得手機(jī)的工作頻率越來越高，系統(tǒng)內(nèi)部各個子模塊之間的互相干擾變得很突出。同時也有研究表明無線通訊終端的電磁輻射會對人體健康造成不利的影響。此外，由于多功能化、集成化和高頻化的影響，目前智能電子終端的發(fā)熱量很大，而且熱量通常是集中在某個小范圍內(nèi)，導(dǎo)致局部溫升過快，從而影響機(jī)器的故障率。
[0003]基于以上情況，如何有效地解決電子產(chǎn)品的電磁兼容問題和散熱問題成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師必須給與重視的問題。而由于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的便攜化、小巧化、多通信系統(tǒng)融合和智能化的趨勢，使得在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時，一些傳統(tǒng)的方法無法應(yīng)用，比如:使用全封閉的金屬外殼，各系統(tǒng)模塊之間保持足夠遠(yuǎn)的距離，產(chǎn)品內(nèi)使用屏蔽罩，使用有厚重的金屬箔，使用大面積的石墨散熱膜等。磁性顆粒填充聚合物吸波膜由于其“輕”和“薄”的特點(diǎn)，使其成為設(shè)計(jì)者解決電磁干擾的必然選擇。然而，由于空間的限制，不可能使用厚度較大的吸波膜，但如果厚度達(dá)不到要求，又無法對電磁波產(chǎn)生有效的吸收，這就形成了矛盾。此外磁性吸波膜吸收電磁波能量以后將其轉(zhuǎn)化成熱能，新熱量的增加對本身就需要散熱的電子器件來說無疑是負(fù)面的影響。為了降低溫度，有設(shè)計(jì)者提出吸波膜和石墨膜貼合在一起的技術(shù)方案，然而石墨膜雖然具有高的熱導(dǎo)率，能解決χ-y平面內(nèi)的熱量分布不均勻的問題，但其厚度和密度都不大，無法存儲和傳輸更多的熱量而實(shí)現(xiàn)明顯的降溫。另外，吸波膜和石墨膜之間的一般采用雙面膠貼合的方式，因?yàn)殡p面膠有較高的熱阻，也影響了石墨膜和吸波膜之間熱量的傳輸。因此，為智能電子產(chǎn)品尋找一種技術(shù)方案能夠同時有效解決電磁波干擾和工作環(huán)境溫度偏高的問題顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種吸波散熱雙功能復(fù)合裝置，該裝置包括:具有電磁波吸收功能的磁性顆粒填充聚合物的柔性吸波膜、具有散熱和電磁波反射功能的石墨膜、金屬過渡層、具有儲熱和散熱功能的金屬導(dǎo)熱層。
[0005]進(jìn)一步，按照電磁波入射方向四層膜的排序依次是:吸波膜、石墨膜、金屬過渡層、金屬導(dǎo)熱層。
[0006]進(jìn)一步，各層之間的連接無任何介質(zhì)。
[0007]進(jìn)一步，吸波膜是其由磁性顆粒填充聚合物復(fù)合而成，單分散的磁性顆粒通過聚合物粘結(jié)在一起，其表面電阻在106 Ω/ □以上。
[0008]進(jìn)一步，石墨膜為天然石墨膜或人工合成石墨膜，其表面電阻在200 πιΩ/□以內(nèi)，電導(dǎo)率在104 S/m以上，可對入射其表面的電磁波形成有效的反射，引發(fā)磁性顆粒的二次磁損耗。
[0009]進(jìn)一步，金屬過渡層為Cu、Al、N1、Zn、Au、Ag、Fe或Ti金屬或其合金，其厚度小于100 nm，且與石墨膜相互附著。
[0010]進(jìn)一步,金屬導(dǎo)熱層為Cu、Al、N1、Zn、Au、Ag、Fe或Ti金屬或其合金,其厚度大于15 μιη0
[0011]本發(fā)明還提供了一種吸波散熱雙功能復(fù)合裝置的制造方法，其包括以下步驟:
(1)準(zhǔn)備石墨膜材料，將其附著在帶粘性的PET、PP或PE塑料膜上；
(2)在石墨膜的另一面通過氣相法制備金屬過渡薄層；
(3)在金屬過渡層表面通過電鍍或噴涂的方法獲得金屬導(dǎo)熱層；
(4)準(zhǔn)備磁性顆粒、聚合物粘結(jié)劑和溶劑組成的漿料，通過采用壓膜、旋涂、帶涂、印刷、噴涂或滾涂方式在上述石墨膜的另一表面制成磁性顆粒填充聚合物的吸波膜，其表面電阻為 106 ?108 Ω / 口。
[0012]本發(fā)明的一個目的是構(gòu)筑一種由四層結(jié)構(gòu)組成的電磁波吸收體，使其在較薄的情況下對電磁波形成有效的吸收。
[0013]本發(fā)明的另一個目的是構(gòu)筑的復(fù)合體兼具散熱的功能，對改善電子元器件的工作環(huán)境溫度提供有利的幫助，這對超薄化和高頻化的智能終端電子消費(fèi)品來說十分重要。
[0014]本發(fā)明的又一個目的是提供一種獲得四層結(jié)構(gòu)吸波散熱雙功能復(fù)合體的方法。
[0015]
【附圖說明】
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的雙功能復(fù)合裝置的實(shí)施例1的截面圖。
[0017]圖2是實(shí)施例1所示裝置的電磁波吸收圖譜。
[0018]圖3是比較例I中采用膠帶貼合的吸波膜-石墨膜-金屬導(dǎo)熱層復(fù)合裝置的截面圖。
[0019]圖4是比較例2中采用膠帶貼合的吸波膜-石墨膜復(fù)合裝置的截面圖。
[0020]圖5是實(shí)施例1、比較例I和比較例2中多層復(fù)合裝置在商業(yè)手機(jī)中應(yīng)用后評估散熱效果的溫度分布圖。
[0021]圖6是根據(jù)發(fā)明的雙功能復(fù)合裝置的實(shí)施例2的電磁波吸收圖譜。
[0022]圖7是實(shí)施例2中所示裝置的在商業(yè)手機(jī)中應(yīng)用后評估散熱效果的溫度分布圖。
[0023]圖8是比較例3無金屬過渡層且無膠帶的吸波膜-石墨膜-金屬導(dǎo)熱層三層結(jié)構(gòu)復(fù)合裝置的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有益效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0025]本發(fā)明所涉及的復(fù)合裝置包括具有電磁波吸收功能的柔性磁性顆粒填充聚合物的吸波膜、具有散熱和電磁波反射功能的石墨膜、為改善機(jī)械強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的金屬過渡層、具有儲熱和散熱功能的金屬導(dǎo)熱層。
[0026]根據(jù)入射面方向的順序，本發(fā)明所述的第一層為磁性顆粒填充聚合物的柔性吸波膜。此類吸波膜通過磁損耗的方式來吸收電磁波，依據(jù)磁性顆粒組成種類的不同對不同頻率范圍的電磁波產(chǎn)生吸收，且吸收的效果隨著薄膜的厚度和填充比而變化。在薄型化設(shè)計(jì)的趨勢下，厚度小且吸收效果好的材料無疑是受到青睞的，但材料通常對電磁波的吸收是有極限的，此時如何增加電磁波在吸收體內(nèi)的有效傳輸距離是解決問題的一種辦法。本發(fā)明提出增加一層石墨膜(第二層)在吸波膜入射面的另一側(cè)，一是利用其良好的導(dǎo)電性能(導(dǎo)電率可高達(dá)104 S/cm)，可對進(jìn)入其自身的電磁波產(chǎn)生明顯的電阻損耗；二是由于其表面電阻在10?200 ι?Ω/□之間，可形成對電磁波的有效反射，引發(fā)磁性顆粒填充聚合物膜的二次磁損耗吸收，也就是等同增加了電磁波的傳輸距離；三是石墨膜本身的χ-y平面內(nèi)的熱導(dǎo)率良好(人工合成石墨膜熱導(dǎo)率可接近2000 W/mK)，可以將產(chǎn)生的熱量快速擴(kuò)散傳輸?shù)酵獠吭?。然而，石墨材料的密?1.9?2.3 g/cm3)和厚度(通常小于70 Mm，對于人工石墨膜而言，厚度越大相應(yīng)地密度越小)決定了其只能起均熱功能，而無法大量儲熱后傳輸?shù)酵獠啃纬捎行Ы禍?。將石墨膜與金屬膜貼合在一起似乎可以解決上述問題，因?yàn)榻饘倬哂写蟮谋戎?，大的比熱容和熱?dǎo)率。然而傳統(tǒng)的雙面膠貼合的方式會因雙面膠熱阻的影響散熱效果。為了解決這個問題，本發(fā)明在石墨膜的一側(cè)通過氣相沉積法獲得厚度很薄(小于100 nm)的金屬過渡層(第三層)，通過物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積，尤其是真空高溫高能粒子的轟擊下，惰性的石墨表面可以附著上牢固的金屬層。考慮到生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的問題，該薄層不宜太厚，只能作為過渡層使用，而起到熱傳輸功能的金屬導(dǎo)熱層(第四層)可以采用其它低成本的辦法在金屬過渡層表面獲得。如通過電鍍的方法，可以獲得厚度在25Mm以上的鍍層。
[0027]依據(jù)每層材料的特性不同和其制備工藝的特點(diǎn)，本發(fā)明中四層結(jié)構(gòu)波吸散熱雙功能復(fù)合體的制造方法包括:(I)準(zhǔn)備石墨膜材料，由于石墨膜與生俱來的柔軟性的特點(diǎn)，需要將其附著在帶粘性的PET、PP或PE等塑料膜上以增加其機(jī)械強(qiáng)度。(2)在石墨膜的另一面通過氣相法制備金屬過渡薄層。(3)在金屬過渡層表面通過電鍍或噴涂的方法獲得金屬導(dǎo)熱層。(4)準(zhǔn)備磁性顆粒、聚合物粘結(jié)劑和溶劑組成的漿料。通過采用壓膜、旋涂、帶涂、印刷、噴涂或滾涂等方式在上述石墨膜的另一表面制成磁性顆粒填充聚合物的吸波膜，其表面電阻為106?108 Ω/口。其中步驟3和4順序可互換。
[0028]本發(fā)明所述的磁性顆粒包括但不限于球形、方形、片形、針狀、纖維狀或其它不規(guī)則形狀。所述磁性材料包括但不限于(I)軟磁合金，如鐵、鈷、鎳、鈮、鉻等金屬及其合金；
(2)鐵氧體，如錳鋅系，鎳鋅系；(3)碳化硅；(4)導(dǎo)電纖維；(5)石墨顆粒等。所述磁性顆粒粒徑大小D50為[I, 300]微米，最好為[20，80]微米，較好為[I, 20]微米或[80，300]微米。D50的測試方法為激光粒度法，其