复合导热屏蔽材料、制备方法及电子设备与流程

1.本发明涉及电子设备的散热屏蔽技术领域，尤其涉及一种复合导热屏蔽材料、制备方法及电子设备。


背景技术：

2.随着电子产业技术的快速更迭，芯片朝着高集成化、多功能化的方向发展，使得芯片的热流密度不断提升，若无法及时将芯片产生的热量带离电子设备，会使得内部电子元器件温度升高，其可靠性急剧下降，严重影响电子设备的工作寿命。另外芯片工作时高低电平变化产生电磁波带来的电磁干扰(electromagnetic interference，简称“emi”)和电磁兼容(electromagnetic compatibility，简称“emc”)问题日益严重，不但对电子仪器、设备造成干扰与损坏，而且影响正常设备的工作。ic芯片(integrated circuit集成电路)工作时需要满足电磁干扰性(emi)和电磁兼容性(emc)的要求，即不被外界电磁波干扰，同时自身辐射出的电磁波也不干扰其他元器件。因此集成化的ic芯片一般需要兼顾芯片散热和emc电磁辐射等问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供一种复合导热屏蔽材料、制备方法及电子设备，能同时兼顾导热屏蔽功能。
4.本发明实施例提供一种复合导热屏蔽材料，包括包括一柔性导热膜和一第一金属层，所述柔性导热膜包括一第一表面和一第二表面，所述第一金属层设置在所述第一表面，从而形成一第一复合结构；其中，所述第一复合结构形成多个褶皱结构。
5.本发明实施例提供一种复合导热屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：
6.提供一柔性导热膜，所述柔性导热膜具有一第一表面；
7.在所述第一表面设置一金属层，形成第一复合结构；
8.拉伸一弹性结构形成预拉伸的弹性结构；
9.将所述第一复合结构设置到所述预拉伸的弹性结构的表面；
10.使所述预拉伸的弹性结构回缩，所述第一复合结构形成具有多个褶皱结构的第二复合结构。
11.本发明实施例提供一种一种电子设备，包括一复合导热屏蔽材料、一芯片、一印刷线路板、一屏蔽框和一散热结构；所述芯片设置在所述印刷线路板的表面，所述复合导热屏蔽材料设置在所述芯片远离所述印刷线路板的表面，所述屏蔽框设置在所述芯片的周围，所述散热结构设置在所述复合导热屏蔽材料远离所述芯片的表面，其中，所述复合导热屏蔽材料为本发明实施例提供的制备方法制得的复合导热屏蔽材料。
12.本发明实施例提供的复合导热屏蔽材料、制备方法及电子设备具有以下优点：第一，本发明提出的复合导热屏蔽材料，其结构形式上具有褶皱特性，在厚度方向上能够在0.2mm～5mm的范围内变化，因而具有优良的压缩性能，且由于褶皱结构能够变形因而所述
复合导热屏蔽材料能够与结构件，如ic芯片、散热器等良好接触，因而具有优良的容差能力，可作为ic芯片和散热器之间的热界面材料使用；第二，导热屏蔽一体化设计可减小芯片-热沉之间的间隙和热阻，有利于电子设备，如手机、电脑等的轻薄化和生产、安装低成本化。
附图说明
13.下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
14.图1是本发明实施例提供的复合导热屏蔽材料的制备方法的流程示意图。
15.图2是本发明实施例提供的石墨片的结构示意图。
16.图3是本发明实施例提供的第二复合结构的结构示意图。
17.图4是本发明实施例提供的褶皱结构的示意图。
18.图5是本发明实施例1提供的复合导热屏蔽材料结构示意图。
19.图6是本发明实施例2提供的复合导热屏蔽材料结构示意图。
20.图7是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
21.图8为对比例1提供的导热屏蔽材料的机构示意图。
具体实施方式
22.请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件。以下的说明是基于所例示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。
23.在本发明实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.在本发明实施例的描述中，所有方向性指示(诸如x、y、z、水平
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。本技术实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。
25.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
26.以下将结合具体实施例详细说明。
27.请参阅图1-4，本发明实施例提供了一种复合导热屏蔽材料10的制备方法，该方法可以包括以下步骤：
28.步骤s101，提供一柔性导热膜101，所述柔性导热膜101具有一第一表面1010和与所述第一表面1010相对的第二表面1012；
29.步骤s102，在所述第一表面1010设置一金属层102，形成第一复合结构103；
30.步骤s103，将一弹性结构104拉伸形成预拉伸的弹性结构104；
31.步骤s104，将所述第一复合结构103设置到所述预拉伸的弹性结构104的第一表面1040；
32.步骤s105，使所述预拉伸的弹性结构104回缩，所述第一复合结构103形成具有多个褶皱结构1052的第二复合结构105；
33.步骤s106，去除所述弹性结构104。
34.在步骤s101中，所述柔性导热膜101为具有导热性能的柔性薄膜，如碳纳米管膜、石墨片、石墨烯或石墨片与石墨烯的复合材料等。本发明一实施例中所述柔性导热膜101的材料为石墨片，其中所述石墨片的结构如图2所示。所述柔性导热膜101具有一第一表面1010以及与第一表面1010相对的第二表面1012。所述柔性导热膜101的厚度越大其导热性能越好，但是柔韧性会变差。因而需要选择柔韧性好且导热系数高的所述柔性导热膜101的厚度。在本发明一实施例中，所述柔性导热膜101的厚度为10微米(μm)～100μm，所述柔性导热膜101在与第一表面1010的平行的方向上的导热系数可以达到k》800w/mk以上。在本发明另一实施例中，所述柔性导热膜101的厚度为18μm～50μm，所述柔性导热膜101在与第一表面1010的平行的方向上的导热系数可以达到k》1200w/mk以上。
35.在步骤s102中，所述金属层102的材料为铜、铝、金、镍或其合金中的至少一种。所述金属层102设置到所述第一表面1010的方式不限，如化学镀金、真空喷镀、溅射、金属熔射、粘贴金属箔膜等。本发明一实施例中在所述第一表面1010设置所述金属层102的方式为化学镀金的方式。所述金属层102的厚度为0.5μm～10μm，在本发明一个实施例中，所述金属层102的厚度为5μm～10μm。在本发明另一个实施例中，所述金属层102的厚度为3μm～8μm。如果金属层102的厚度太大，如大于10μm，会影响所述柔性导热膜101和所述金属层102形成的复合结构的柔韧性，进而会影响后续褶皱结构1052的形成以及制备的复合导热屏蔽材料10的压缩形变性能，此外，如果所述金属层102的厚度太小，如小于0.5μm，容易使制备的金属层102的厚度不均匀，为生产工艺带来困难，也会影响制备的复合导热屏蔽材料10的屏蔽性能。
36.在本发明另一实施例中，在所述柔性导热膜101的所述第二表面1012还可以设置一金属层102，即所述金属层102、所述柔性导热膜101以及金属层102层叠设置构成一三明治结构。在本实施例中所述金属层102的厚度为0.5～5μm，优选的，所述金属层102的厚度为0.5μm～2μm。通过设置双层金属层结构，以及调整所述金属层的厚度为0.5μm～2μm也可以保证在不影响所述复合导热屏蔽材料10导热性能的情况下，能够增加负所述复合导热屏蔽材料10的屏蔽性能。本发明实施例中所述复合导热屏蔽材料10在10khz～10ghz之间屏蔽效能高于45db，甚至高于60db。
37.在步骤s103中，可以通过外力f使所述弹性结构104拉伸变形。所述弹性结构104的材料不限，可以根据需要进行选择。本发明一实施例中，所述弹性结构104至少包括一粘结面，具体的，所述弹性结构104为弹性胶带，所述弹性胶带包括至少一粘结面。所述粘结面用于与所述第一复合结构103进行贴合粘结，因此在后续步骤中所述第一复合结构103与所述弹性胶带不会发生相对移动从而在所述弹性胶带回缩时制备出褶皱结构1052。拉伸方向为与x轴的延伸方向相同和相反的两个方向，和/或与y轴的延伸方向相同和相反的两个方向，
其中x轴和y轴所在的平面与所述粘结面平行。本发明一实施例中所述拉伸方向为与x轴的延伸方向相同和相反的两个方向。
38.在拉伸所述弹性胶带的过程中，可以通过两个固定架分别固定所述弹性胶带相对的两边，然后通过对所述两个固定架沿着相反的两个方向施加力f，使所述弹性胶带拉伸。所述弹性胶带的拉伸程度可以根据需要进行选择，例如，拉伸的倍率可以为大于等于1.5。在本发明一实施例中所述拉伸倍率为大于等于2小于等于10。所述弹性胶带的拉伸程度不同制备得到的褶皱结构1052的密度和形态不同。拉伸程度大时，如所述弹性胶带的拉伸倍率为大于5，通过所述方法制备的褶皱结构1052的密度大且厚。拉伸程度小时，如所述弹性胶带的拉伸倍率为小于2，得到的褶皱结构1052密度小且薄。
39.在本发明另一实施例中，所述弹性结构104还可以包括与所述第三表面1040相对的第四表面。
40.在步骤s104中，所述柔性导热膜101的第二表面1012可以直接贴合到所述弹性结构的粘结面。或所述金属层102可以直接贴合到所述弹性胶带的粘结面。在本发明另一实施例中，可以在所述弹性结构104的表面设置一层粘结剂后再使所述第一复合结构103通过所述粘结剂贴合到所述弹性结构104的表面。
41.在本发明另一实施例中，在步骤s104中，可以在所述第三表面1040设置一所述第一复合结构103以及在所述第四表面设置一所述第一复合结构103，因而可以同时制备两个复合导热屏蔽材料10。
42.在步骤s105中，当所述预拉伸的弹性结构104回缩时，所述第一复合结构103与所述预拉伸的弹性结构104一起收缩，从而形成包括多个褶皱结构1052的第二复合结构105，所述第二复合结构105和所述褶皱结构1052分别参见图3和图4。所述多个褶皱结构1052的排列方式可以是规则的也可以是无规则的，与拉伸所述弹性结构104时的拉伸方向和所述预拉伸的弹性结构104回缩时的方式有关。如果拉伸所述弹性结构104时的拉伸方向拉伸方向为与x轴的延伸方向相同和相反的两个方向，且如果通过控制外力使所述预拉伸的弹性结构104慢慢回缩，则能够制备出排列规则的褶皱结构1052；如果拉伸所述弹性结构104时，拉伸方向包括与xy平面平行的至少三个不同的方向，或所述预拉伸的弹性结构104回缩的速度比较快，甚至所述外力瞬间消失，则制备得到的所述多个褶皱结构1052是无规则的。其中，无规则排列的所述多个褶皱结构1052能够承受多个方向的挤压、弯折。
43.所述多个褶皱结构1052的厚度可以相同也可以不同。所述多个褶皱结构1052的厚度越接近则所述第二复合结构105的平整度越高。所述平整度是指多个褶皱结构1052的厚度的平均值与最高厚度和/或最低厚度的差值的绝对值。本发明一实施例中所述平整度为20μm～500μm。在本发明另一实施例中所述平整度为20μm～150μm。因而在后续应用时所述多个褶皱结构1052与芯片和散热结构件接触的越多，进而可以减少接触热阻，提高厚度方向导热系数。本发明该实施例中，所述厚度方向的导热系数大于40w/mk。
44.所述褶皱结构1052包括一褶皱角度α，所述褶皱角度为大于0度小于180度。当所述褶皱角度α趋近180度时，所述第二复合结构105趋近于完全展开。在其中一个实施例中所述褶皱角度α为大于0度小于等于120度。在本发明另一实施例中，所述褶皱角度α为大于等于0度小于等于60度。在本发明另一实施例中，所述褶皱角度α为大于等于0度小于等于30度。在本发明另一实施例中所述褶皱角度α为大于等于0度小于等于10度。在本发明另一实施例中
所述褶皱角度α为大于等于0度小于等于3度。所述褶皱角度α越小，后续制备的所述复合导热屏蔽材料10在厚度方向的导热系数越大，所述褶皱角度α为大于等于0度小于等于3度时所述厚度方向的导热系数大于40w/mk。
45.在本发明中通过调整所述多个褶皱结构1052的形态，如平整度、密度等可以提高所述复合导热屏蔽材料10的导热性能，当所述平整度为20μm～150μm，所述密度为50个/cm2～200个/cm2时，所述复合导热屏蔽材料10在厚度方向的导热系数可以达到40w/mk以上。
46.在步骤s106中，去除所述弹性结构104的方式不限，可以根据需要进行选择，如可以通过机械手段，化学腐蚀或通过溶剂处理的方式使所述弹性结构104与所述第二复合结构105分离。在使用化学腐蚀的方式时，腐蚀液不能破坏所述第二复合结构105。
47.经过上述方法制备得到的导热屏蔽复合材料，在xyz三向均具有石墨的高导热性能，且具有金属薄膜的高屏蔽性能，在xy方向上的导热系数可以达到800w/mk以上，甚至1200w/mk以上，在z方向上的导热系数可以达到40w/mk以上。其中，所述z向是指所述褶皱结构1052的厚度方向，xy方向为多个褶皱结构排列的方向。
48.进一步地，本发明实施例提供的制备方法还包括以下步骤中的一个或多个步骤：
49.步骤s107，对所述第二复合结构105在x方向和z方向施加压力，调整所述第二复合结构105的厚度；
50.步骤s108，在所述第二复合结构105的表面设置相变材料层107形成第三复合结构108；
51.步骤s109，对所述第三复合结构108进行切割。
52.在步骤s107中，所述第二复合结构105通过一治具施加压力，施加压力的方向为x方向和z方向。这里所述x方向是指所述多个褶皱结构1052排列的方向，所述z方向为所述第二复合结构105的厚度方向。通过施加压力使所述第二复合结构105的厚度达到所需要的厚度，本发明一实施例中所述第二复合结构105的厚度可以0.2mm～5mm的范围内调整，使所述第二复合结构105在z方向上的导热系数可以达到40w/mk以上。
53.所述第二复合结构105因具有所述多个褶皱结构1052，因此在z方向具有压缩性能，同时可以形变具有容差性能。在对各部件，如线路板，芯片等，进行加工时，不可避免存在公差，即各部件的表面不会做到完全平整，而本发明中由于褶皱结构具有压缩性，因而即使部件不平整也能够完全贴合，具有容差能力，可作为ic芯片和散热器之间的热界面材料使用。
54.此外，由于本发明中导热屏蔽一体化设计，且所述第二复合结构105的厚度为0.2mm～5mm，因而可以使制备的电子产品，如手机、电脑等轻薄化。
55.在步骤s108中，所述相变材料层107可以通过涂覆的方式设置在所述第二复合结构105，以及填充到所述多个褶皱结构1052的缝隙里。相变材料的种类不限，可以根据需要进行选择，是导热相变膏，相变凝胶或相变微胶囊等填充材料。本发明一实施例中所述相变材料为聚合物相变材料，所述聚合物相变材料是指在相变点能够由固态变为液态的聚合物。所述相变材料层107的厚度为5μm～10μm。所述相变材料层107的厚度是指除去填充到褶皱结构1052缝隙里的相变材料高出所述第二复合结构105的部分相变材料的厚度。相变材料层107的厚度为5μm～10μm时，既能够保证所述相变材料层融化后能够与芯片、散热片等结构件充分接触，也防止由于相变材料层107太厚导致所述复合导热屏蔽材料的柔韧性降
低，不利于变形贴合到曲面上。
56.由于所述第二复合结构105具有多个褶皱结构1052，所述多个褶皱结构1052的高度不同，因而在使用时，很难保证每一个褶皱结构1052均能与芯片等部件接触，因而导致接触热阻增加。通过涂覆相变材料层107，相变材料填充到所述多个褶皱结构1052的缝隙里且高出所述第二复合结构1052的表面5μm～10μm，能够使所述导热屏蔽复合材料10完全与芯片等部件接触，减少所述导热屏蔽复合材料10于芯片等部件之间的空气残留，因而可以减小导热屏蔽复合材料10与芯片/热沉之间的接触热阻。所述热沉是指指它的温度不随传递到它的热能的大小变化而变化，它可以是大气、大地等物体。
57.此外，在所述相变材料层107里还可以填充储能颗粒，如石蜡储能颗粒、树脂储能颗粒等，在外界环境(如芯片)的温度升高时，所述储能颗粒能够将吸收的热量储存起来，因而后续所述复合导热屏蔽材料的温度能够缓慢的上升，避免由于快速升温对所述复合导热屏蔽材料的损坏，同时当外界环境温度下降后，所述储能颗粒能够把储存的热量释放出来，因而所述复合导热屏蔽材料不会一直处于高温，也不会对芯片等造成损坏。
58.通过在所述第二复合结构105的表面设置相变材料层107可以进一步减小表面的热阻，提高导热率，而且通过所述第二复合结构105的表面涂覆相变材料进行包覆，能够减小表面石墨片表面掉粉风险。
59.在步骤s109中，切割所述第三复合结构108的方法为激光切割。通过对所述第三结构进行切割可以得到需要的尺寸的复合导热屏蔽材料10。此外，还可以通过激光切割的方式制备多个复合导热屏蔽材料10。
60.本发明上述实施例提供的复合导热屏蔽材料10的制备方法具有以下优点：第一，通过对具有褶皱结构1052的第二复合结构105在x方向和z方向施加压力，结合侧边激光切割，制备得到具有指定大小和厚度的复合结构，所述的复合结构因褶皱的结构在厚度方向能够0.2mm～5mm范围内变化，具有一定的压缩性能；第二，所述的褶皱结构1052可以通过调整弹性胶带拉升比例改变褶皱成形的密度和平整度，当所述密度为50个/cm2～200个/cm2以及所述平整度为20μm～150μm时，所述复合导热屏蔽材料10在厚度方向的导热系数可以达到40w/mk以上；第三，通过在所述石墨片的表面设置金属层102，使得所述复合导热屏蔽材料10具有高的导电率，在10khz～10ghz之间屏蔽效能高于60db；第四，由于石墨烯膜作柔性导热膜101且具有褶皱结构1052，因而所述复合导热屏蔽材料10还具有柔韧性，可以设置在曲面上。因而所述复合导热屏蔽材料10具有高导热-高屏蔽-高压缩性能，其能兼顾散热-屏蔽功能，从而实现手机等产品的轻薄化设计。
61.请参阅图5，本发明实施例1还提供了利用上述方法制备的复合导热屏蔽材料10，所述复合导热屏蔽材料10包括一柔性导热膜101和一第一金属层102，所述柔性导热膜101包括一第一表面1010和一第二表面1012，所述第一金属层102设置在所述第一表面1010，从而形成一第一复合结构103；其中，所述第一复合结构103多次弯折形成多个褶皱结构1052。
62.其中所述柔性导热膜101为具有导热性能的薄膜结构，所述柔性导热膜101的材料可以为碳纳米管膜、石墨片、石墨烯薄膜或石墨片与石墨烯膜的复合结构。所述金属层102为铜、铝、金、镍等或其合金中的至少一种。所述褶皱结构1052的尺寸及厚度大小可调，所述褶皱结构1052的厚度h为30-400μm。
63.所述褶皱结构1052的褶皱角度α为大于0度小于等于150度，在其中一个实施例中
所述褶皱角度α为大于0度小于等于120度。在本发明另一实施例中，所述褶皱角度α为大于等于0度小于等于60度。在本发明另一实施例中，所述褶皱角度α为大于等于0度小于等于30度。所述褶皱角度不同，褶皱结构的厚度不同，且相邻所述褶皱结构1052之间的缝隙大小不同。
64.在本发明另一实施例中，所述复合导热屏蔽材料10包括一第二金属层(图未示)设置在所述第二表面1012。
65.请参见图6，本发明实施例2还提供了一种利用上述方法制备的复合导热屏蔽材料10，所述复合导热屏蔽材料10包括包括一柔性导热膜101、一第一金属层102和至少一层相变材料层107，所述柔性导热膜101包括一第一表面1010和一第二表面1012，所述金属层102设置在所述第一表面1010，从而形成一第一复合结构103；其中，所述第一复合结构103多次弯折形成多个褶皱结构1052，所述相变材料层107设置在所述多个褶皱结构1052的表面以及填充到所述多个褶皱结构1052的缝隙里，对所述褶皱结构1052进行包覆。
66.在使用时，所述相变材料层107吸收热量融化后能够充分与芯片和散热片等接触，进而可以减小表面接触热阻。
67.请参阅图7，电子设备100可以包括一复合导热屏蔽材料10、一芯片20、一印刷线路板(pcb)30、一屏蔽框40和一散热结构件50；所述芯片20设置在所述印刷线路板30的表面，所述复合导热屏蔽材料10设置在所述芯片20远离所述印刷线路板30的表面，所述屏蔽框40设置在所述芯片20的周围，所述散热结构50设置在所述复合导热屏蔽材料10远离所述芯片20的表面。其中，所述复合导热屏蔽材料10为上述实施例制备的复合导热屏蔽材料10。
68.所述散热结构件50可以为散热片、散热器、热管等。
69.可以理解的是，本发明实施例的中所述电子设备100可以是诸如智能手机或平板电脑等的电子终端设备。
70.参见图8，本发明还提供了一导热屏蔽材料10a作为对比例1，在该对比例1中，导热屏蔽材料10a的结构与实施例1的结构基本相同，其区别在于，对比例1中的导热屏蔽材料10a只包括褶皱的石墨薄膜，不包括金属层。
71.在该对比例1中，石墨薄膜的最高导电率为1.1
×
106s/m，且石墨薄膜针对10khz～10ghz的波段屏蔽效能有限，仅为30db左右。
72.本发明实施例提供的复合导热屏蔽材料、制备方法及电子设备具有以下优点：第一，本发明制备的石墨-金属膜导热屏蔽复合材料具有铜箔等金属材料的高电率特性，导电率为107s/m以上，且由于石墨也具有导电性，在10khz～10ghz之间屏蔽效能高于60db，其屏蔽性能与导电铜箔、金属屏蔽罩性能相当甚至更高；第二，利用石墨材料水平方向高导热(k》800w/mk)性质通过褶皱成形方式，所制备的复合材料不仅在xy方向均具有高导热的特性，在z向厚度方向其导热性能大于8w/mk，对复合材料褶皱形态(密度、平振度)调整，当所述密度为50个/cm2～200个/cm2以及所述平整度为20μm～150μm时，其导热性能可以达到40w/mk以上。
73.以上对本发明实施例所提供的一种复合导热屏蔽材料的制备方法、复合导热屏蔽材料以及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上
所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。