一种镀铝石墨导热片及其制备方法.pdf

本发明公开了一种镀铝石墨导热片，该石墨导热片外表面均匀包覆一层厚度为0.005mm～0.015mm的铝镀层，从而解决了现有石墨散热材料强度小、与金属无法焊接的问题。本发明还公开了该镀铝石墨导热片的制备方法，即将石墨导热片表面做洁净处理、粗化处理、干燥处理及有机铝液电镀工序；也可在粗化与干燥处理工序之间，增加敏化活化处理和化学镀金属层工序，以提高电镀铝质量。本发明镀铝石墨导热片，保留了石墨质量轻、导热性好的优点，且机械强度增加、易于金属接合，是一种优异的散热材料，能广泛应用电子产品热管理系统中。

1、  一种镀铝石墨导热片，其特征在于，所述的镀铝石墨导热片是由石墨导热片与铝镀层组成，其中铝镀层位于石墨导热片层表面。

2、  根据权利要求1所述的镀铝石墨导热片，其特征在于，所述的铝镀层厚度为0.005mm～0.015mm。

3、  根据权利要求1所述的镀铝石墨导热片，其特征在于，所述的石墨导热片采用导热系数大于150W/(m·K)的石墨片材或石墨复合片材。

4、  一种镀铝石墨导热片的制备方法，其特征在于，该方法是对石墨导热片按以下步骤进行处理：
(1)石墨导热片表面洁净处理；
(2)粗化处理；
(3)干燥处理；
(4)有机铝液电镀处理。

5、  根据权利要求4所述镀铝石墨导热片的制备方法，其特征在于，所述的表面洁净处理是利用亲水性碱性溶液清洁后，再用蒸馏水清洗至中性。

6、  根据权利要求4所述镀铝石墨导热片的制备方法，其特征在于，所述的粗化处理是将表面洁净的石墨导热片浸渍在粗化溶液中1min～3min，再用蒸馏水清洗至中性，其中粗化溶液可采用浓度为10％～25％HNO₃溶液或硫酸、硼酸等酸溶液。

7、  根据权利要求4所述镀铝石墨导热片的制备方法，其特征在于，所述的有机铝液电镀处理是：以预处理过的石墨导热片为电阴极，以铝含量为96％～98％的铝为电阳极；电镀直流电压设置在4V～6V之间；有机铝电镀液组成质量分数为：纯三氯化铝8％～15％(纯度大于99％)，二乙二醇乙醚30％～50％，二乙二醇单丁醚20％～40％，异戊醇铝6％～10％。

8、  一种镀铝石墨导热片的制备方法，其特征在于，该方法对石墨导热片的处理包括以下步骤：
(1)将石墨导热片表面洁净处理；
(2)粗化处理；
(3)化学镀铜层或镀镍层；
(4)干燥处理；
(5)有机铝液电镀处理。

9、  根据权利要求8所述镀铝石墨导热片的制备方法，其特征在于，所述的化学镀铜层或镀镍层的工序是：首先对粗化处理后的石墨导热片进行敏化处理和活化处理，再将敏化活化处理过的石墨导热片浸入化学镀铜溶液或化学镀镍溶液中，浸渍一定时间即得。

10、  根据权利要求8所述镀铝石墨导热片的制备方法，其特征在于，所述的有机铝液电镀处理是：以预处理过的石墨导热片作为电阴极，以铝含量为96％～98％的铝为电阳极；电镀直流电压设置在4V～6V之间；有机铝电镀液组成质量分数为：纯三氯化铝8％～15％(纯度大于99％)，二乙二醇乙醚30％～50％，二乙二醇单丁醚20％～40％，异戊醇铝6％～10％。

一种镀铝石墨导热片及其制备方法
发明领域
本发明涉及一种石墨导热材料及其制备方法，尤其是一种经过电镀处理的石墨导热片材料。
背景技术
目前，石墨导热片及石墨复合材料已被用于电子行业的散热装置。由于天然石墨具有六方晶系和层状分布的晶体结构，决定了石墨具有特殊的导热特性。这种导热特性是指在石墨层面方向的导热系数为垂直于层面方向的几十倍，利用石墨制成的导热产品也有此特性；同等体积在导热效果优于铜的情况下，石墨导热片质量仅是铜的六分之一。
虽然石墨导热制品有如此优异的特性，但在实际应用中也存在一些不足。当天然石墨经过加工制成石墨导热片，首先，其硬度和机械强度远不如铜铝，这就对后续的加工造成了困难；其次，有些石墨导热片材料在制造程序中加入有机物质来提高机械性能，但使其耐温效果大大降低；最后，石墨导热片与金属结合工艺相对较困难，直接焊接结合存在问题多，粘结结合热阻抗大。对于翅片散热器目前多采用铝或铜板做成鳍片，之后利用导热膏或焊锡将它通过焊接结合在具有沟槽的散热底座上，这种接合工艺的优点为散热片细长比可高达60倍以上，散热效果好，突破比例限制，且鳍片可选用不同材质制作。如果将石墨导热片直接用于目前的工艺，就会产生这两种不良结果：含有有机成份的石墨导热片在回焊炉中经受不了用于焊接铜铝的回流焊温度，有机成份的分解导致产品在加工过程中遭到破坏。美国先进能源科技公司专利CN03820344.8利用导热性较高的树脂将散热鳍片粘接到散热器基座上，这种方法虽然能够克服现有制程的高温破坏，但是由于作为粘接剂的导热树脂，其导热系数比石墨小数十倍，所以在粘接的界面上会形成比较大的热阻抗，造成这种石墨散热器的散热效果不能很好的将石墨导热特性发挥出来。另一方面，石墨材料作为一种非金属，利用焊锡焊接达不到焊接效果。
为了改善这些缺点，散热片开始采用了插齿技术，即利用60吨以上的压力，把铝片结合在铜片的基座中，并且铝片和铜片之间没有使用任何介质，在微观上铝原子与铜原子在某种程度上相互连接，从而彻底避免了传统的铜铝结合产生介面热阻的弊端，大大提高了产品的热传导能力，这种技术散热器制造厂商AVC公司运用的相当成功。但如果将这种工艺用于目前市场的石墨导热片上，由于石墨制品的表面韧度和强度不够，很容易将鳍片与基座结合处压碎，既使调整压机压力，结果仍然不能令人满意。
此外，目前出现的石墨散热产品，由于外表呈石墨黑色，并且直接暴露在电器原件环境中，经过长时间的强制空气对流，会有石墨粉尘脱落，石墨粉尘是高导电物质，如果用于精密设备中，就会存在短路的危险。
发明内容
本发明目的是为了解决目前利用现有制程将现有石墨导热片与金属基座结合的困难，并解除石墨导热产品用于精密电子设备的潜在危险因素，提供一种镀铝处理的石墨导热片，以满足散热器材的标准制程和电子设备的运行安全需要。
本发明的另一目的是提供一种工艺简单、低成本的石墨导热片镀铝处理方法。
为实现上述第一个目的，本发明的技术方案是，在石墨导热片表面电镀一层铝镀层。所述的石墨导热片采用具有导热系数大于150W/(m.K)的石墨片材或柔性石墨片或石墨复合片材，石墨导热片厚度为0.1mm～1.5mm。所述的铝镀层厚度为0.005mm～0.015mm。
为实现上述第二个目的，本发明镀铝石墨导热片的制备方法是，对石墨导热片或其他石墨导热材料按以下步骤处理：(1)表面洁净处理、(2)粗化处理、(3)干燥处理、(4)有机铝液电镀处理。
在上述技术方案中，所述的表面洁净处理是利用亲水性碱性溶液清洁后，再用蒸馏水清洗至中性，所述亲水性的碱性溶液可选取如NaOH、NaCO₃、洗衣粉等溶液；铝液电镀之前的表面洁净处理，是去除石墨导热片表面附有的油污、渣粒等杂质。
在上述技术方案中，所述的粗化处理是将表面洁净的石墨散热片或其它石墨导热材料浸渍在粗化溶液中1min～3min，再用蒸馏水清洗至中性。所述的粗化溶液可采用浓度为10％～25％HNO₃溶液或硫酸、硼酸等酸溶液。粗化处理是为了增加镀层的结合力，增加石墨片的比表面积。
在上述技术方案中，所述的干燥处理是将经过表面洁净处理和粗化处理的石墨导热片或其它石墨导热材料放入烘干箱内在100℃～120℃干燥20min～60min。
在上述技术方案中，所述的有机铝液电镀处理是：将预处理过的石墨导热片或其它石墨导热材料作为电阴极，以铝含量为96％～98％的铝为阳极；直流电压设置在4V～6V之间；有机铝电镀液组成质量分数为：纯三氯化铝8％～15％(纯度大于99％)，二乙二醇乙醚30％～50％，二乙二醇单丁醚20％～40％，异戊醇铝6％～10％。
为实现上述第二个目的，本发明还给出了另一种镀铝石墨导热片制备方法，该方法对石墨导热片或其他石墨导热材料按以下步骤处理：(1)表面洁净处理、(2)粗化处理、(3)化学镀金属层、(4)干燥处理、(5)有机铝液电镀处理。
该制备方法是在粗化处理与电镀前干燥工序中间增加化学镀金属层工序，以增加石墨导热片的导电性，从而提高电镀铝效果。所述的化学镀金属层包括化学镀铜、镍等金属。所述的化学镀铜、镍金属工序是：在粗化处理后的石墨导热片进行敏化、活化处理后，浸入化学镀溶液中，浸渍一定时间即可在石墨导热片化学镀上一层金属导电层。
本发明优点是：经过以上步骤处理的石墨导热片材料，其机械强度和耐热温度大大提高，可以直接利用回焊工艺进行进一步加工，而且在回焊加工时由于镀铝层的原因，散热鳍片和基座的焊接更加牢固；即使运用插齿技术，只要适当调节压力，鳍片和底座的结合效果也能令人满意；经过电镀铝处理后，表面光洁，从而消除石墨颗粒脱落的导致电子设备短路的隐患。
具体实施方式
如上所述，本发明实施例的镀铝处理的石墨导热片材的原材料为高导热系数的石墨片材，如柔性石墨片或石墨复合片材等。在描述镀铝处理的石墨导热片材之前，简要描述一种由石墨制成石墨导热片材的方法。
石墨导热片的制备
石墨导热片的制备方法是根据本公司所申请中国专利(专利申请号：200610070469.8)纳米级超高导钛碳复合材料中所公开的方法。该方法具体操作是将定量酸化膨胀石墨、鳞片石墨纳米粉、中间相纳米碳粉和钛金属钠米粉放入高温反应炉中混合2-5小时，得到浓稠状混合液在高温下高压下经模压成型，成型后材料再分别碳化、石墨化数小时制成，该材料导热系数在500W/(m.K)以上，可作为本专利中的石墨导热片材。此外也可使用其它方法制备或其他材料制备得有一定硬度的、高导热系数的石墨片材代替。
下面给出三个实施例，以进一步说明和解释本发明的电镀铝的石墨导热片的制作过程，并不在任何方面进行限制。
实施例一：
1.首先将石墨导热片材放入浓度为20％NaOH溶液，控制温度在45℃下浸渍3min，取出清洗至中性，之后再将其放入浓度为20％HNO₃溶液，浸渍2min后，清洗至中性。
2.将洗涤干净的石墨导热片放入烘干箱内在100℃干燥30min。
3.以铝含量为98％的铝为电镀阳极，直流电压设置5V，电镀液组成质量分数：纯三氯化铝15％(纯度大于99％)，二乙二醇乙醚40％，二乙二醇单丁醚35％，异戊醇铝10％。
4.电镀1小时后，可得到光亮的铝镀层，厚度为0.0008mm，镀后用蒸馏水冲洗、干燥，密封保存。
实施例二：
1.首先将石墨导热片材放入浓度为20％NaOH溶液，控制温度在45℃下浸渍3min，取出清洗至中性之后再将其放入浓度为20％HNO₃溶液，浸渍2min后，清洗至中性。
2.将洗涤干净的石墨导热片放入烘干箱内在100℃干燥30min。
3.将经过上述处理的石墨导热片作为电镀阴极，以铝含量为98％的铝作为电镀阳极，直流电压设置6V，电镀液组成质量分数：纯三氯化铝10％(纯度大于99％)，二乙二醇乙醚50％，二乙二醇单丁醚32％，异戊醇铝8％。
4.电镀1小时后，可得到光亮的铝镀层，厚度为0.0010mm，镀后用蒸馏水冲洗，干燥、密封保存。
实施例三：
1.首先将石墨导热片材放入浓度为20％NaOH溶液，控制温度在45℃下浸渍3min，取出清洗至中性之后再将其放入浓度为20％HNO₃溶液，浸渍2min后，清洗至中性。
2.再浸入SnCl₂ 25％、HCl 15％的敏化溶液中，在80℃左右敏化5min后，再浸入含PdCl₂ 3％、HCl 15％的活化溶液，在80℃左右活化5min后，用蒸馏水冲洗至中性；浸入CuSO₄化学镀铜溶液中，浸渍一定时间即可在石墨导热片镀上一层铜。
3.将表面镀铜的石墨导热片放入烘干箱内在100℃干燥30min。
4.将经过上述处理的石墨导热片作为电镀阴极，以铝含量为98％的铝作为电镀阳极，直流电压设置6V，电镀液组成质量分数：纯三氯化铝10％(纯度大于99％)，二乙二醇乙醚50％，二乙二醇单丁醚32％，异戊醇铝8％。
5.电镀1小时后，可得到光亮的铝镀层，厚度为0.0015mm，再用蒸馏水冲洗、干燥，密封保存。
实施例四：
1.首先将导热系数大于300W/(m·K)的柔性石墨片放入浓度为20％NaOH溶液，控制温度在45℃下浸渍3min，取出清洗至中性之后再将其放入浓度为20％HNO₃溶液，浸渍2min后，清洗至中性。
2.再浸入SnCl₂ 25％、HCl 15％的敏化溶液中，在80℃左右敏化5min后，再浸入含PdCl₂ 3％、HCl 15％的活化溶液，在80℃左右活化5min后，用蒸馏水冲洗至中性；浸入CuSO₄化学镀铜溶液中，浸渍一定时间即可在柔性石墨片镀上一层铜。
3.将表面镀铜的柔性石墨片放入烘干箱内在100℃干燥30min。
4.将经过上述处理的柔性石墨片作为电镀阴极，以铝含量为98％的铝作为电镀阳极，直流电压设置6V，电镀液组成质量分数：纯三氯化铝10％(纯度大于99％)，二乙二醇乙醚50％，二乙二醇单丁醚32％，异戊醇铝8％。
5.电镀1小时后，可得到光亮的铝镀层，厚度为0.0014mm，再用蒸馏水冲洗、干燥，密封保存。