一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)與制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明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)及其制備方法。
【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(zhǎng)，從而使電子產(chǎn)品的冷卻問(wèn)題變得更突出。而傳統(tǒng)的冷卻裝置能達(dá)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(duì)強(qiáng)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(guò)提高物體表面的熱發(fā)射率以達(dá)到增強(qiáng)物體的散熱能力，也就是說(shuō)，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(chǎng)上用于電子器件產(chǎn)品應(yīng)用的散熱材料雖有報(bào)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?yàn)?I)目前應(yīng)用于電子產(chǎn)品的散熱材料涂層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)及其制備方法，通過(guò)多涂層的散熱涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(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間界面間的輻射面積)，以及采用電泳涂膜工藝方法，以達(dá)到進(jìn)一步提高金屬散熱器的散熱能力，而電泳方法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(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種金屬散熱器的散熱涂層結(jié)構(gòu)與制備方法，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(shù)脂材料組成，散熱材料和電泳樹(shù)脂材料的重量比在4%_30%之間。所述的制備方法是采用電泳涂層工藝。
[0006]所述的散熱涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于，其結(jié)構(gòu)中的兩層或兩層以上高散熱材料層，可以是以下幾種不同材料組合或不同電泳工藝實(shí)現(xiàn)的:a)由不同散熱材料和同一電泳樹(shù)脂材料混合通過(guò)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(shù)脂材料混合通過(guò)電泳工藝形成多層高散熱材料涂層;c)由相同散熱材料和不同濃度的同一電泳樹(shù)脂材料混合通過(guò)電泳工藝形成多層高散熱材料涂層;d)由相同散熱材料和同一電泳樹(shù)脂材料混合通過(guò)不同電泳工藝(比如電泳電壓、電泳液溫度)形成多層高散熱材料涂層;e)由不同散熱材料、不同電泳樹(shù)脂材料(含不同材料和濃度)和不同的電泳工藝(含不同電泳電壓和電泳液溫度)通過(guò)組合而得到多層的高散熱材料涂層。
[0007]所述的散熱材料主要是由金剛石、石墨、碳納米管、碳納米球、石墨烯或氧化物中一種或一種以上的材料混合而成，其中金剛石、石墨和氧化物的粒徑在0.1?7um之間，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(zhǎng)度在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。
[0008]所述的電泳樹(shù)脂材料，包括陰離子環(huán)氧樹(shù)脂、陰離子丙烯酸樹(shù)脂、陰離子環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂和陰離子聚胺酯樹(shù)脂中的一種或多種混合，或者包括陽(yáng)離子環(huán)氧樹(shù)脂、陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂、陽(yáng)離子環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂和陽(yáng)離子聚胺酯樹(shù)脂中的一種或多種混合。
[0009]根據(jù)上述所述的高散熱材料層，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(shù)脂材料重量比的4%?20%)。
[0010]本發(fā)明的金屬散熱器散熱涂層結(jié)構(gòu)的制備方法，主要包括以下幾個(gè)步驟:
a.將電泳樹(shù)脂材料和去泡劑按比例加入到電導(dǎo)率小于5uS/cm的純水中，加熱至25°C至32°C攪拌均勻混合，形成相應(yīng)濃度的水性離子電泳樹(shù)脂溶劑；
b.把散熱材料和分散劑按比例倒入配制好的水性離子電泳樹(shù)脂溶劑中，并進(jìn)行超聲攪拌，均勻混合后形成散熱涂料電泳液；
c.把待處理的金屬散熱器樣品放進(jìn)上述得到的散熱涂料電泳液裝置中進(jìn)行金屬散熱器表面涂層I的電泳成膜實(shí)驗(yàn)；
d.對(duì)步驟c得到金屬散熱器的散熱材料涂層I進(jìn)行瀝水處理。
[0011]e.根據(jù)權(quán)利2所述的高散熱材料層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按上述步驟a和b過(guò)程配制不同散熱涂料電泳液，再按步驟c在金屬散熱器涂層I表面上實(shí)現(xiàn)涂層2的電泳成膜實(shí)驗(yàn)。更多涂層的形成可重復(fù)步驟a~e過(guò)程。
[0012]f)對(duì)金屬散熱器表面形成散熱材料涂層I和2后進(jìn)行烘干處理。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:采用本發(fā)明的散熱涂層結(jié)構(gòu)，可以使金屬散熱器的熱量更順暢傳到涂層內(nèi)層，然后通過(guò)內(nèi)層把熱量傳給外層，最后熱量通過(guò)外層涂層的表面輻射到空氣中，達(dá)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(qiáng)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。本發(fā)明采用的電泳工藝制備方法，具有操作簡(jiǎn)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(diǎn)，本發(fā)明獲得的散熱涂層，具有致密性好、耐腐性強(qiáng)、散熱能力高以及防靜電等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的散熱器涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中的散熱器涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中的散熱器涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)溫儀記錄不同涂層結(jié)構(gòu)散熱器的LED光源溫度時(shí)間曲線。
[0019]
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明提供了一種提高金屬器件散熱性能的散熱涂層結(jié)構(gòu)及其制備方法，前述限定的參數(shù)范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加明確，下面通過(guò)三個(gè)較佳實(shí)施例作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明實(shí)施方式不僅限于此。
[0021]
實(shí)施例一
稱量水性陰離子丙烯酸樹(shù)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(shù)脂溶劑濃度約為16%的溶液A(使用溶劑濃度計(jì)測(cè)量)；稱量金剛石微粉1.5克(粒徑為Wl.5)、碳納米管2克(長(zhǎng)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(guò)除油、堿蝕等前期工序后定為陽(yáng)極，電泳槽中不銹鋼板定為陰極，施加100V直流電壓，時(shí)間10秒；取出樣品經(jīng)純水洗凈后進(jìn)行瀝干，待下一步涂層使用。
[0022]稱量水性陰離子丙烯酸樹(shù)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(zhǎng)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(yáng)極，電泳槽中不銹鋼板定為陰極，施加100V直流電壓，時(shí)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(shí)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。
[0023]
實(shí)施例二
稱量水性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)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(guò)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(yáng)極，施加65V直流電壓，時(shí)間6秒;取出樣品經(jīng)純水洗凈后進(jìn)行瀝干，待下一步涂層使用。
[0024]稱量水性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)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(zhǎng)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(yáng)極，施加90V直流電壓，時(shí)間10秒;取出樣品經(jīng)純水洗凈后進(jìn)行瀝干，待下一步涂層使用。
[0025]稱量水性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)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