TWI736167B

TWI736167B - 提升塑膠均溫性的方法

Info

Publication number: TWI736167B
Application number: TW109107558A
Authority: TW
Inventors: 陳定睿
Original assignee: 今展科技股份有限公司
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-08-11
Also published as: CN113352705A; TW202046855A

Abstract

本發明提供一種提升塑膠均溫性的方法，其係包含：步驟(A)，提供一塑膠基材，且該塑膠基材具有一接觸面；步驟(B)，提供一石墨烯紙，且該石墨烯紙係用於與一熱源直接接觸或間接接觸；步驟(C)，將該石墨烯紙置放於該接觸面。藉由將本發明之提升塑膠均溫性的方法，能夠提升塑膠的均溫性，使得塑膠能夠達到接近於金屬材料的散熱性，進而能夠提供更佳的散熱方案。

Description

提升塑膠均溫性的方法

本發明係有關於一種提升塑膠均溫性的方法。

一直以來，因為金屬材料有優良的導熱度，故被作為常用的散熱材料；然而，金屬材料卻有重量大、形狀複雜之成品不易製造及成本較高等缺點，且在網通領域，金屬材料的外殼亦具有影響天線訊號之缺點。因此，金屬材料已無法滿足某些電子散熱產品的使用要求。

又，在電子散熱產品被要求不可使用金屬材料來製作的情況下，通常會使用塑膠來製作。然而，因為塑膠的散熱效果不佳，使得電子散熱產品所使用之塑膠元件難以有效地滿足電子散熱產品內部的散熱需求。

因此，有人提出了一種導熱塑膠，其係藉由在塑膠中添加金屬粉或陶瓷粉，以提升散熱效果。

然而，雖然導熱塑膠具有較一般塑膠還佳的導熱性，但習知導熱塑膠之熱源接觸面的XY軸向的均溫效果仍不佳，導致熱點容易集中於特定位置積熱，故有因為散熱不佳而使電子產品因過熱導致損壞的疑慮。

有鑑於此，本案發明人們針對提升塑膠均溫性的方法進行研究，發現了一種提升塑膠均溫性的方法，其能夠提升塑膠的均溫性，進而能夠提供更佳的散熱方案。藉由使用本發明之提升塑膠均溫性的方法，透過石墨烯紙的導熱特性，能夠提升塑膠的均溫性，使得塑膠能夠達到接近於金屬材料的散熱性。

為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種提升塑膠均溫性的方法，其係包含：步驟(A)，提供一塑膠基材，且該塑膠基材具有一接觸面；步驟(B)，提供一石墨烯紙，且該石墨烯紙係用於與一熱源直接接觸或間接接觸；步驟(C)，將該石墨烯紙置放於該接觸面。

在一實施例中，該石墨烯紙的厚度與該塑膠基材的厚度之比值為1比3~300。

在一實施例中，該石墨烯紙的厚度與該塑膠基材的厚度之比值為1比3~20。

在一實施例中，於步驟(C)中，藉由黏貼方式，以將該石墨烯紙置放於該接觸面。

在一實施例中，於步驟(C)中，藉由包射射出方式，形成嵌入有該石墨烯紙的塑膠基材，且該石墨烯紙置放於該接觸面，並露出於該接觸面中的與該熱源接觸之位置。

在一實施例中，該塑膠基材為塑膠散熱片。

在一實施例中，該塑膠基材為塑膠外殼。

在一實施例中，該塑膠基材為塑膠背板。

在一實施例中，該石墨烯紙的面積係大於該熱源的與該石墨烯紙接觸之面的面積。

綜上所述，本發明之提升塑膠均溫性的方法，能夠提升塑膠的均溫性，使得塑膠能夠達到接近於金屬材料的散熱性，進而能夠提供更佳的散熱方案。

1:塑膠基材

2:石墨烯紙

3:背膠

4:熱源

10:塑膠原料

11:接觸面

100:散熱片

[圖1]係本發明一實施例之流程圖。

[圖2]係本發明一較佳實施例中使用黏貼方式製作散熱片之示意圖。

[圖3]的(A)係使用包射射出方式製作散熱片之示意圖；(B)係包射射出後散熱片的縱向剖面之示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：首先，針對本發明一實施例之提升塑膠均溫性的方法(以下亦簡稱為本發明方法)進行說明。

請參照圖1，本發明方法係包含：步驟(A)，提供一塑膠基材，且該塑膠基材具有一接觸面；步驟(B)，提供一石墨烯紙，且該石墨烯紙係用於與一熱源直接接觸或間接接觸；步驟(C)，將該石墨烯紙置放於該接觸面。

又，步驟(A)之塑膠基材的材質可為一般習知的塑膠，例如PP塑膠、ABS塑膠、PE塑膠、PVC塑膠、PC塑膠、FR4塑膠、POM塑膠、PET塑膠PA塑膠、PS塑膠等，並未特別限制。在一實施例中，塑膠基材的材質也可以為導熱塑膠，例如今展公司製的導熱塑膠K1、導熱塑膠K4.5。

又，前述塑膠基材可被製為電子用品或3C產品的散熱片、外殼及背板等等，並未特別限制。又，前述塑膠基材的厚度可為0.3mm~45mm，較佳係0.5mm~40mm，並未特別限制。在一實施例中，塑膠基材可為塑膠散熱片。在另一實施例中，該塑膠基材為塑膠外殼。在又一實施例中，該塑膠基材為塑膠背板。此外，在一較佳實施例中，藉由本發明方法所獲得之散熱片可為鰭片狀、柱狀或任何可增加散熱面積的形式。以鰭片狀為例，前述鰭片狀散熱片係可從垂直於塑膠外殼平面的方向自塑膠外殼延伸。又，藉由本發明方法所獲得之散熱片可與塑膠基材一體成形。

接著，如圖1所示，於步驟(B)中提供一石墨烯紙，且該石墨烯紙係用於與一熱源直接接觸或間接接觸。前述石墨烯紙可為今展公司製的150μm石墨烯紙。前述石墨烯紙可使用習知的石墨烯紙，並未特別限定。又，石墨烯紙的厚度係可搭配塑膠基材的厚度，使兩者的厚度成為特定比例，並未特別限定。

再者，石墨烯紙的厚度與塑膠基材的厚度之比值可為1比3~300。在一較佳實施例中，石墨烯紙的厚度與塑膠基材的厚度之比值為1比3~20。在一最佳實施例中，石墨烯紙的厚度與塑膠基材的厚度之比值為1比20。舉例來說，當塑膠基材的厚度為0.5mm時，較佳係使用厚度為25~150μm的石墨烯紙。藉由使石墨烯紙的厚度與塑膠基材的厚度之比值在上述範圍內，更能夠達成提升塑膠均溫性之效果。

接著，在步驟(C)中，將石墨烯紙置放於塑膠基材的接觸面。此處所謂「置放」係至少包含從塑膠基材的外部置放石墨烯紙以及從塑膠基材的內部置放石墨烯紙兩種方式，詳細內容將參照圖2~3並於以下進行說明。

就從塑膠基材的外部置放石墨烯紙的方法而言，可例如為黏貼方式及其等效方式。接著，請參照圖2，圖2係使用黏貼方式製作散熱片之示意圖。

如圖2所示，準備前述步驟(A)的塑膠基材1，接著藉由背膠3等黏著劑，將前述步驟(B)的石墨烯紙2黏貼於塑膠基材1之接觸面11，以形成散熱片100。此處，就背膠3(或其他黏著劑)的選擇而言，並未特別限制，可例如為PVC背膠。

又，就從塑膠基材的內部置放石墨烯紙的方法而言，可例如為包射射出方式及其等效方式。接著，請參照圖3，圖3A係使用包射射出方式製作散熱片之示意圖；圖3B係包射射出後散熱片的縱向剖面之示意圖。

如圖3A所示，首先，將前述步驟(B)的石墨烯紙2放置於模具(未圖示)內，接著準備步驟(A)的塑膠基材之塑膠原料10並將其填入模具中，此時，填入之塑膠原料10包覆該石墨烯紙2。然後，再以使石墨烯紙2貼近並被置放於成型後塑膠基材1的接觸面11之方式，藉由包射射出方式將嵌入(包覆)有石墨烯紙的塑膠基材1射出成形，以形成散熱片。藉此，即使在塑膠基材的表面存在著肋條(或是表面不均勻)的情況下，相較於黏貼方式，包射射出方式也能夠使石墨烯紙均勻地置放於接觸面。

接著，如圖3B所示，在包射射出後散熱片的縱向剖面中，石墨烯紙2被置放於貼近接觸面11的位置。然後，於嵌入有石墨烯紙2的前述接觸面11中的與熱源4接觸之位置開孔，使石墨烯紙2露出於該接觸面11中的與熱源4接觸之位置，以使該熱源4能夠與該石墨烯紙2直接接觸並提升散熱效果。

此外，該石墨烯紙的面積係不小於該熱源的與該石墨烯紙接觸之面的面積。如圖2及圖3B所示，在一較佳實施例中，該石墨烯紙2的面積係大於該熱源4的與該石墨烯紙2接觸之面的面積，以提升散熱效果。

以下，將由本發明方法所形成之塑膠基材與石墨烯紙的複合體作為測試散熱片，並藉由以下實施例進行說明。

[實施例]

<實施例1>

使用向宏青公司購買的PP塑膠片(長100mm x寬100mm x厚3mm)作為塑膠基材，並使用今展公司製的厚度為150μm的石墨烯紙。接著，藉由本發明方法中的黏貼方式，製作測試散熱片1(PP塑膠+石墨烯紙)。石墨烯紙與塑膠基材的厚度比為1比20。

<實施例2~10>

除了將塑膠基材的種類變更為下述表1所示的各種塑膠基材以外，以與實施例1相同的方式，製作測試散熱片2~10。

<實施例11~12>

除了將塑膠基材的種類變更為下述表1所示的各種塑膠基材、以及將塑膠基材的厚度調整為0.5mm~40mm(即，將石墨烯紙與塑膠基材的厚度比變更為1比3.3及1比266.7)以外，以與實施例1相同的方式，製作測試散熱片11~12。

<比較例1~12>

將下述表1所示之未置放石墨烯紙的各種塑膠基材作為比較例1~12。

針對上述實施例1~12及比較例1~12，以下述評價方法進行評價。

[評價方法]

針對上述實施例1~12的測試散熱片1~12及比較例1~12的塑膠基材，依照下述步驟(1)~(6)，進行XY均溫性的測試。

(1)使用致茂電子製的電源供應器(型號62006P-100-25)，設定供應6W的熱量至加熱器(Heater)的加熱台上進行加熱。在加熱30分鐘後，加熱台的溫度達到約144℃。

(2)接著，於加熱台上放置今展公司的K 1.5(SSTCP015A,0.5mm)導熱填隙墊片(Gap pad)，以讓加熱台的熱源能夠藉由該導熱填隙墊片傳導至測試散熱片或塑膠基材。

(3)使用雷射筆定位導熱填隙墊片的中心位置。

(4)以將測試散熱片或塑膠基材的中心位置與導熱填隙墊片的中心位置重合的方式，於導熱填隙墊片上放上測試散熱片1~12及比較例1~12的塑膠基材。

(5)使用柱狀物(例如竹筷)對準測試散熱片或塑膠基材的中心壓住並固定之，再用鬆緊帶固定柱狀物的位置。藉此，使測試散熱片或塑膠基材與導熱填隙墊片密合，以模擬測試散熱片或塑膠基材與熱源緊貼時的散熱效果。

(6)保持上述的固定狀態30分鐘溫度穩態後，量測測試散熱片或塑膠基材附近5個位置的空氣溫度，並計算其平均值來作為環境溫度。量測加熱器(加熱台)的溫度來模擬晶片表面溫度。又，電源供應器在步驟(1)~(6)中持續進行加熱。

將晶片表面溫度減去環境溫度，計算出△T值，即△T=晶片表面溫度-環境溫度。當△T值較低時表示XY均溫性較佳進而降低了晶片表面溫度。將實驗結果整理於下述表1。

如表1所示，相較於比較例1~12，因為實施例1~12皆在塑膠基材的接觸面上置放石墨烯紙，故皆呈現了△T值下降的情形。由此可知，藉由本發明的方法，因為能夠有效地提升塑膠的均溫性，降低了晶片表面溫度及△T值，進而能夠提供更佳的散熱方案。

又，如表1的實施例11~12及比較例11~12所示，在石墨烯紙與塑膠基材之厚度比為1比3.3及1比266.7的情況下，使△T值分別下降約73℃及38℃。

再者，相較於比較例1~10，在石墨烯紙與塑膠基材之厚度比為1比20的情況下，實施例1~10的測試散熱片(塑膠基材+石墨烯紙)皆能夠使△T值下降約80℃。

因此，若比較實施例1~10及實施例11~12則能夠發現，在石墨烯紙與塑膠基材之厚度比為1比20的情況下，△T值下降的幅度較大，故效果最佳；而在石墨烯紙與塑膠基材之厚度比為1比3.3的情況下，△T值下降約70℃，效果次佳。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

(A)~(C):步驟

Claims

一種提升塑膠均溫性的方法，其係包含：步驟(A)，提供一塑膠基材，且該塑膠基材具有一接觸面；步驟(B)，提供一石墨烯紙，且該石墨烯紙係用於與一熱源直接接觸或間接接觸；步驟(C)，藉由包射射出方式，形成嵌入有該石墨烯紙的塑膠基材，且該石墨烯紙置放於該接觸面，並露出於該接觸面中的與該熱源接觸之位置；其中，該石墨烯紙的厚度與該塑膠基材的厚度之比值為1比3~20。
如請求項1所述之提升塑膠均溫性的方法，其中，該塑膠基材為導熱塑膠基材。
如請求項1所述之提升塑膠均溫性的方法，其中，該塑膠基材為塑膠散熱片。
如請求項1所述之提升塑膠均溫性的方法，其中，該塑膠基材為塑膠外殼。
如請求項1所述之提升塑膠均溫性的方法，其中，該塑膠基材為塑膠背板。
如請求項1~5中任一項所述之提升塑膠均溫性的方法，其中，該石墨烯紙的面積係大於該熱源的與該石墨烯紙接觸之面的面積。