(57)【要約】【課題】人工グラファイトシートの製造方法及びその製品を提供する。【解決手段】本発明の人工グラファイトシートの製造方法は、ＰＩ（Polyimide，ポリイミド）膜を素材とし、堆積工程、第１昇温工程、第２昇温工程を経て、人工グラファイトシートに加工し、潤滑性及びその硬さを増強し、熱伝導を加速し、均等に昇温させ、その平坦性を向上し、また、更に、孔あけ工程を組み合わせ、人工グラファイトシート上に孔状構造を形成し、人工グラファイトシートの熱拡散面積及び通気性を増加し、生産の歩留まり及び平坦性を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩ（Polyimide，ポリイミド）膜を素材として人工グラファイトシートを形成し、ＰＩ膜及び天然グラファイト紙を交互に堆積し、各ＰＩ膜を２つの天然グラファイト紙の間に位置させ、且つグラファイトケースとグラファイト板を利用して交互に堆積されたＰＩ膜及び天然グラファイト紙を収納、固定し、内部に膨張可能な所定空間を保留する堆積工程と、
堆積後のＰＩ膜を段階的に１０００〜１２００℃まで昇温させ、ＰＩ膜を炭化させて半製品にする第１昇温工程と、
炭化後の半製品に堆積状態を維持させ、段階的に２５００〜３０００℃まで昇温させ、半製品をグラファイト化して人工グラファイトシートにする第２昇温工程と、
を含む人工グラファイトシート製造方法。
【請求項２】
前記堆積工程は、更に孔あけ工程を含み、ＰＩ膜上に孔径が０．１〜１ｍｍの複数の貫通孔を開設する請求項１に記載の人工グラファイトシート製造方法。
【請求項３】
前記２つの昇温工程後に更に孔あけ工程を含み、人工グラファイトシート上に孔径が０．１〜１ｍｍの複数の貫通孔を開設する請求項１に記載の人工グラファイトシート製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔は、アレイ又は斜めを呈する方式で分布し、且つ該各貫通孔の相互の間隔は、０．１〜５ｍｍの間である請求項２又は請求項３に記載の人工グラファイトシート製造方法。
【請求項５】
前記第１昇温工程及び該第２昇温工程は、抵抗式又はインダクタ式の昇温炉を採用して段階的に昇温することができる請求項４に記載の人工グラファイトシート製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の製造方法により製造される人工グラファイトシートと、
該人工グラファイトシート下方に位置し、且つ金属樹脂又は木材繊維から構成される基層と、
該基層及び該人工グラファイトシートの間に設けられ、絶縁複合材料から構成される付加絶縁層と、
該人工グラファイトシート上方に位置し、且つ導電材料で構成される少なくとも１つの導電層と、
該導電層に対応し、該導電層下方に貼付され、絶縁複合材料で構成される少なくとも１つの絶縁層と、グラファイトシートの堆積構造。
【請求項７】
前記導電層は、導電可能な金属材料であり、該絶縁層は、熱硬化性樹脂材料又は高分子材料であることができる請求項６に記載のグラファイトシートの堆積構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラファイトシートの製造方法に関し、特に、人工グラファイトシートの製造方法及びその応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子製品中に採用する回路基板は、動作時に発生する熱エネルギーを適時発散し、良好な動作性能を保持し、通常、熱伝導性が良好な材料で形成され、電子製品の要求を満たしている。
【０００３】
科学技術の向上に伴い、各種ハイパワー、高性能な３Ｃ(Computer、Communication、Consumer Electronics)電子製品も相応して誕生しているが、性能の向上と同時に、各種ハードウェアアクセサリの放熱の要求も益々高くなっている。ハイパワーのＬＥＤにおいては、動作時に高いワット数でより高い熱を発生し、従来の放熱基板は、熱の拡散及び熱伝導を有効に満足することができない問題があり、使用上の性能、品質に影響を及ぼすだけでなく、ハイパワーＬＥＤの寿命も極めて限りあるものとさせ、長く正常に使用することが困難になっている。
【０００４】
これに鑑み、放熱基板の性能は、電子製品が最も重視する課題となっているが、グラファイトシートは、放熱基板の最も主要な素材であり、本発明者は、これにより改善の道を研究し、試行錯誤の下、ようやく本発明を誕生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2015-93988号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、天然グラファイト紙及び素材ＰＩ（Polyimide，ポリイミド）膜を交互に堆積し、潤滑と硬さを増加し、熱伝導を加速してＰＩ膜を均等に昇温させ、その平坦性を向上することができる人工グラファイトシートの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する為、本発明の人工グラファイトシート製造方法は、ＰＩ（Polyimide，ポリイミド）膜を素材として人工グラファイトシートを形成し、堆積工程、第１昇温工程及び第２昇温工程を含み、該堆積工程は、ＰＩ膜及び天然グラファイト紙を交互に堆積し、各ＰＩ膜を２つの天然グラファイト紙の間に位置させ、該第１昇温工程は、堆積後のＰＩ膜を段階的に１０００〜１２００℃まで昇温させ、ＰＩ膜を炭化させて半製品とし、該第２昇温工程は、炭化後の半製品に堆積状態を維持させ、段階的に２５００〜３０００℃まで昇温させ、半製品をグラファイト化して人工グラファイトシートにする。
【０００８】
そのうち、本発明が採用する素材ＰＩ膜の厚さは、１０〜２００μｍの間であることが好ましく、グラファイト化の完成後の人工グラファイトシートの厚さは、１０〜２００μｍの間であることが好ましい。
【０００９】
好ましくは、該堆積工程は、更に孔あけ工程を含み、ＰＩ膜上に孔径が０．１〜１ｍｍの複数の貫通孔を開設する。
【００１０】
好ましくは、該２つの昇温工程後に更に孔あけ工程を含み、人工グラファイトシート上に孔径が０．１〜１ｍｍの複数の貫通孔を開設する。
【００１１】
好ましくは、該貫通孔は、アレイ又は斜めを呈する方式で分布し、且つ該各貫通孔の相互の間隔は、０．１〜５ｍｍの間である。
【００１２】
これにより、孔あけ工程によってＰＩ膜（１０〜２００μｍ）又は人工グラファイトシート（１０〜２００μｍ）上に貫通孔を開設して構成する孔状構造は、人工グラファイトシートの熱拡散面積及び通気性を増加することができ、熱拡散、熱伝導の機能を従来のグラファイトシートよりも良好にさせ、且つ貫通孔を利用して膨張又は圧縮を提供可能な空間を形成し、昇温の過程であるか、後続の放熱基板にラミネートする過程であるかに関わらず、何れも生産歩留まり及び平坦性を向上することができる。
【００１３】
また、孔状構造を有する人工グラファイトシートを利用し、熱電分離の電子製品に良好に適用でき、且つ応用の過程において、貫通孔によって樹脂層を貼付する付着性を増加し、後続の加工時のグラファイト薄片が容易に破裂する問題を減少することができる。
【００１４】
好ましくは、該堆積工程は、更にグラファイトケース及びグラファイト板を利用し、交互に堆積されたＰＩ膜及び天然グラファイト紙を収納、固定し、そのうち、膨張させることができる所定空間を保留し、グラファイトの良好な導熱性質によって、昇温過程中の温度の広がりを更に均等にするよう補助し、且つグラファイト板の重量の圧力によって製品の平坦性を向上することができる。
【００１５】
好ましくは、該第１昇温工程及び該第２昇温工程は、抵抗式又はインダクタ式の昇温炉を採用して段階的に昇温することができる。
【００１６】
上記の製造方法に基づき、本発明が提供する人工グラファイトシートは、孔あけ工程が製造する孔状構造を有する人工グラファイトシートであり、それが開設する貫通孔の孔径は、０．１〜１ｍｍの間であり、アレイ又は斜めの方式で配置され、且つ各貫通孔の互いの間の距離は、０．１〜５ｍｍの間である。
【００１７】
また、本発明が提供するグラファイト基板の堆積構造は、その基本構造が人工グラファイトシート、基層、導電層及び絶縁層を含み、そのうち、該人工グラファイトシートは、前記製造方法によって製造される製品であり、該基層は、該人工グラファイトシート下方に位置し、且つ金属樹脂又は木材繊維から構成されることができ、該導電層は、該人工グラファイトシート上方に位置し、且つ導電材料で構成され、該絶縁層は、該導電層に対応し、該導電層下方に貼付され、絶縁複合材料で構成される。
【００１８】
好ましくは、該基層及び該人工グラファイトシートの間に更に付加絶縁層を設ける。
【００１９】
好ましくは、該導電層は、導電可能な金属材料であり、該絶縁層は、熱硬化性樹脂材料又は高分子材料であることができる。
【００２０】
好ましくは、該人工グラファイトシートの厚さは、１０〜２００μｍの間に介し、該基層は、厚さが１０〜３０００μｍの間である金属アルミニウム、厚さが１０〜１７５μｍの間である金属銅、厚さが１０〜３０００μｍの間である樹脂材料又は厚さが１０〜２００μｍの間である木材繊維であることができ、該導電層は、厚さが１０〜１７５μｍの間である金属銅であることができ、該絶縁層は、厚さが１０〜１３０μｍの間であＰＰ（prepreg）材であることができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記のように、本発明の人工グラファイトシートが構成するグラファイト基板により、熱電分離の電子製品に適用できるだけでなく、下記利点を有する。
1.高熱伝導率を有し、且つ水平熱伝導率が高く、熱均一性が良好であり、基板全体の高い放熱性を補助する。
2.熱膨張率が低く、生産プロセスが安定し、歩留まりが高い。
3.熱伝導性能がアルミニウム又は銅基板より優れ、且つ熱抵抗がアルミニウム基板又は銅基板より低い。
4.性能が向上することで製品の堆積を縮小し、ハードウェア設計及び組み立てコストを有効に低減する。
5.高効率な導熱及び放熱によって、製品の寿命及び使用の安定性を向上する
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例のフローブロック図である。
【図２】その他の可能な実施例のフローブロック図である。
【図３】その他の可能な実施例のフローブロック図である。
【図４】本発明の実施例の堆積状態の説明図である。
【図５】本発明の実施例の人工グラファイトシートの外観及び局部拡大図である。
【図６】本発明の実施例の人工グラファイトシートの局部構造俯瞰説明図である。
【図６ａ】それぞれその他の可能な実施例の人工グラファイトシートの局部構造説明図である。
【図６ｂ】それぞれその他の可能な実施例の人工グラファイトシートの局部構造説明図である。
【図７】本発明の各実施例のグラファイト基板の堆積構造の説明図である。
【図８】本発明の各実施例のグラファイト基板の堆積構造の説明図である。
【図９】本発明の各実施例のグラファイト基板の堆積構造の説明図である。
【図１０】本発明の各実施例のグラファイト基板の堆積構造の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を更に理解する為、実施例を挙げ、図面、符号を合わせ、詳細を以下に説明する。
【００２４】
図１をご参照し、本発明の実施例の人工グラファイトシートの製造方法の主なフローは、堆積工程Ｓ１、第１昇温工程Ｓ２、第２昇温工程Ｓ３及び圧延、成型Ｓ４等の過程を含む。当然ながら、堆積の前に、所定の地素材ＰＩ（Polyimide，ポリイミド）膜を先ず選択し、所定の寸法規格に切断し、堆積工程Ｓ１に入る。
【００２５】
堆積工程Ｓ１は、主にＰＩ膜及び天然グラファイト紙を交互に堆積し、各ＰＩ膜を２つの天然グラファイト紙の間に位置させ、堆積の態様については、図４を併せて参照することができ、ＰＩ膜２０’と天然グラファイト紙１２を所定の層数又は高さまで交互に堆積し、少なくとも２つのグラファイト板１１により仕切り、その上下方をラミネートし、グラファイトケース１０中に併せて置き、固定を形成し、且つ堆積の高さは、グラファイトケース１０の縦の深さよりやや低く、グラファイトケース１０中に後続の昇温加工時に膨張を発生させることができる所定空間１３を保留させる。
【００２６】
堆積工程Ｓ１の完成後、先ず第１昇温工程Ｓ２を実行し、堆積が完成したグラファイトケース１０を低温昇温炉中に送り込み、１０００〜１２００℃の段階的な昇温を経て炭化作業を行い、ＰＩ膜２０’に炭化反応を発生させ、半製品とし、第１昇温工程Ｓ２の完成後、第２昇温工程の実行は、半製品を取り出して高温昇温炉中に送り込み、２５００〜３０００℃の段階的な昇温を経てグラファイト化作業を行い、半製品にグラファイト化反応を発生させ、人工グラファイトシート２０にし、完成後に取り出し、堆積構造を分解し、圧延、成型等の過程を経て、完成品の人工グラファイトシート２０となる。
【００２７】
可能な実施例において、昇温炉は、抵抗式又はインダクタ式の昇温炉であることができ、炭化反応が採用する昇温炉は、低温炭化炉であり、グラファイト化反応が採用する昇温炉は、高温グラファイト化炉である。
【００２８】
図２、図３、図５を併せて参照し、本実施例のプロセスにおいて、孔あけ工程Ｓ０、Ｓ５を更に追加することができ、それは、ＰＩ膜２０’又は人工グラファイトシート２０上に孔径が０．１〜１ｍｍである複数の貫通孔２１を開設する。図２に示すように、その孔あけ工程Ｓ０は、堆積工程Ｓ１の前に先ず孔あけ作業を行い、それが開設する貫通孔２１は、焼結時の膨張に必要な空間を提供することができ、生産の歩留まり及び昇温反応後の人工グラファイトシート２０の平坦性を向上させ、従って、昇温反応後の貫通孔２１は、５〜１５％の収縮比を有し、例えば、ＰＩ膜の貫通孔が１ｍｍであり、人工グラファイトシート２０に昇温反応した後、貫通孔２１の孔径は、０．８５〜０．９５ｍｍに収縮し、図３に示すように、第２昇温工程Ｓ２の完成後に孔あけ作業を行えば、貫通孔２１の寸法を確実に制御でき、相対して安定した熱拡散及び通気性を保持する。
【００２９】
これにより、孔あけ工程Ｓ０、Ｓ５によって、ＰＩ膜２０’又は人工グラファイトシート２０上に貫通孔２１を開設して構成される孔状構造は、人工グラファイトシート２０の熱拡散面積及び通気性を増加することができ、熱拡散、熱伝導の性能を従来のグラファイトシートよりも優れたものにし、且つ貫通孔２０を利用して膨張又は圧縮を提供可能な空間を形成することができ、昇温の過程又は後続の放熱基板にラミネートする過程の何れにおいても歩留まり及び平坦性を向上することができる。
【００３０】
可能な実施例において、孔あけ工程Ｓ０、Ｓ５が開設した貫通孔２１（又は人工グラファイトシート２０に開設した貫通孔２１）は、アレイ（図６参照）又は斜め（図６ａ参照）の方式の分布を呈させることができ、且つ該各貫通孔２１の相互の間の距離ｄは、０．１〜５ｍｍの間である。また、該貫通孔２１は、円形以外に直径が０．１〜１ｍｍである円に内（外）接する多角形の貫通孔２１を採用することもでき、図６ｂに示すようであり、該可能な実施例の人工グラファイトシート２０の貫通孔２１は、円に内接する六角形の貫通孔２１である。
【００３１】
図７を参照し、それは、前記人工グラファイトシート２０を利用して更にグラファイト基板３に加工製造する堆積構造の説明図であり、それは、人工グラファイトシート２０、基層３０、少なくとも１つの導電層３１及び少なくとも１つの絶縁層３２を含み、そのち、基層３０は、人工グラファイトシート２０の下方に位置し、且つ金属、樹脂又は木材繊維から構成されることができ、導電層３１は、人工グラファイトシート２０の上方に位置し、且つ導電材から構成され、絶縁層３２は、該導電層３１に対応し、導電層３１の下方に貼付し、且つ絶縁複合材料から構成される。
【００３２】
図７が示すグラファイト基板３の堆積構造は、単層のグラファイト基板３の態様であり、当然、図８に示すように、必要に応じて、更に、基層３０と人工グラファイトシート２０の間に付加絶縁層３３を増設し、単層グラファイト基板３のもう１つの態様を形成することができ、該付加絶縁層３３の材質は、絶縁層３１と同じであり、絶縁複合材料から構成されることができる。
【００３３】
また、必要に応じて、人工グラファイトシート２０の上方に複数の導電層３２を設け、多層のグラファイト基板３の構造を形成することができる。図９に示すように、それは、人工グラファイトシート２０の上方に２つの導電層３２を堆積し、各導電層３２下方に何れもそれと相対する絶縁層３１を有し、これにより二層のグラファイト基板３の堆積構造を構成する。
【００３４】
また、図１９に示すように、グラファイト基板３は、更に、最上方の導電層３２及びそれと対応する絶縁層３１の箇所に少なくとも１つの潅流孔２４を開設することができ、そのうち、潅流材２５を有し、電子機器回路のアーキテクチャを合わせ、グラファイト基板３の縦方向の熱伝導能力を増強することができ、そのうち、潅流材２５は、銅ペースト、銀ペースト、樹脂又は電気鍍金銅であることができる。
【００３５】
本発明の各可能な実施例において、絶縁層３１の材質は、熱硬化性樹脂又は高分子樹脂であることができ、導電層３１の材質は、導電性の金属材料（例えば、銅箔）であることができる。また、基層３０、絶縁層３１及び導電層３２は、実際の要求に基づき、適当な材料を選択し、適当な厚さを配置し、そのうち、材料コスト及び熱伝導性能の比較に基づき、比較的好ましい基層３０は、厚さが１０〜３０００μｍの間である金属アルミニウム、厚さが１０〜１７５μｍの間である金属銅、厚さが１０〜３０００μｍの間であるの間の樹脂又は厚さが１０〜２００μｍの間である木材繊維であることができ、好ましい絶縁層３１は、厚さが１０〜１３０μｍの間であるＰＰ（prepreg）材であることができ、好ましい導電層３２は、厚さが１０〜１７５μｍの間である金属銅であることができる。
【００３６】
なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｓ１  堆積工程
Ｓ２  第１昇温工程
Ｓ３  第２昇温工程
Ｓ４  圧延、成型
Ｓ０、Ｓ５  孔あけ工程
Ｐ  ＰＩ（Polyimide，ポリイミド）膜
１０  グラファイトケース
１１  グラファイト板
１２  天然グラファイト紙
１３  所定空間
２０  人工グラファイトシート
２１  貫通孔
ｄ  距離
３  グラファイト基板
３０  基層
３１  絶縁層
３２  導電層
３３  付加絶縁層
３４  潅流孔
３５  潅流材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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