多功能柔性层压物、相关制品及方法与流程

1.本公开涉及多功能柔性层压物、包括该多功能柔性层压物的电子装置、以及用于制造该多功能柔性层压物和将其用于该电子装置中的方法。


背景技术：

2.电磁干扰(emi)，在射频频谱中也称为射频干扰(rfi)，是由外部源产生的扰动，其通过电磁感应、静电耦合或传导不利地影响电路。这种扰动可能使芯片封装的性能劣化或甚至阻止它们发挥作用。在数据传输的情况下，这些效应的影响范围可能是错误率的增加到数据的全部丢失。当由于不同材料表面之间相互摩擦的摩擦(即使仅短暂地)而积累静电时，发生静电放电。静电放电可能损坏敏感电子部件、改变磁性介质并且点燃易燃环境。由于电子产品的广泛实施和使用以及由于技术进步的其性能不断改善，电子产品中的电磁能可能增加并且因此减少电磁干扰变得至关重要。
3.随着技术的不断发展，电子系统变得越来越高效，同时设计要求也趋向于更小且更薄的装置。此外，随着部件尺寸缩小，功率密度增加。在高数据传输或数据处理时间段期间，先进的电子部件和芯片封装将必然产生越来越多的热量。高温工作环境不仅会降低电子系统的效率，而且在各种应用中，过高的温度也更可能造成永久性的硬件损坏或故障。需要热管理解决方案以在电子装置内有效地散热以保持合理的工作温度，并提供均匀的热量分布以避免热点。一般地，使用高热导率材料作为传热剂以从电子系统中散热。在高热导率材料中，石墨材料由于其导热能力而是所需的。尽管石墨材料具有高的面内热导率和热量扩散潜力，但它易碎并且具有可能损坏电路的剥落风险。因此，先进的热管理复合材料(含有用于高热扩散率的石墨芯)需要是柔性的，同时还消除暴露边缘或剥落的风险。
4.市场转向柔性电子装置，如柔性显示器、智能手机和可穿戴技术，再加上不断增加的功率密度、更小的芯片封装，并且静电场的存在突出了对能够有效散热同时还屏蔽电磁干扰的柔性多功能材料系统的需求。
具体实施方式
5.如本说明书通篇所使用的，除非上下文另有明确指示，否则以下缩写应具有以下含义：℃＝摄氏度；k＝开氏度；w＝瓦特；g＝克；nm＝纳米；μm＝微米(micron/micrometer)；mm＝毫米；s＝秒；并且min＝分钟。除非另外指出，否则所有量是重量百分比(wt％)并且所有比率是摩尔比。所有数值范围都是包含端值的，并且可以按任何顺序组合，除了显然此数值范围被限制为合计达100％的情况之外。除非另外指出，否则所有聚合物和低聚物的分子量均为以g/mol或道尔顿为单位的重均分子量(m
w
)，并且是使用凝胶渗透色谱法与聚苯乙烯标准品进行比较而确定的。
6.除非上下文另有明确指示，否则冠词“一”、“一个/种”和“所述(the)”是指单数和复数。如本文使用的，术语“和/或”包括相关项中的一个或多个的任何和全部组合。术语“聚合物”是指由重复的单体单元构成的分子。术语“共聚物”是指由两种或更多种化学不同的
单体作为聚合单元构成的聚合物，并且包括嵌段共聚物、三元共聚物、四元共聚物等。本公开中的聚合物和共聚物可以含有有机和/或无机添加剂。
7.将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述不同元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域、层和/或部分与另一个元件、部件、区域、层和/或部分。因此，第一元件、部件、区域、层和/或部分可在不背离本公开传授内容的情况下被称为第二元件、部件、区域、层和/或部分。类似地，术语“顶部”和“底部”仅是相对于彼此。应当理解，当元件、部件、层等倒置时，倒置之前的“底部”将是倒置之后的“顶部”，反之亦然。当元件被称为在另一个元件“上”或“布置在”另一个元件“上”时，其意指定位在物体部分上或下，而不是本质上意指基于重力方向定位在物体部分的上侧，并且它可以直接在其他元件上或居间元件可能存在于其之间。相比之下，当将一个元件称为“直接在”另一个元件“上”或“直接布置在”另一个元件“上”时，不存在居间元件。
8.此外，还应理解当一个元件、部件、区域、层和/或部分被称为“在”两个元件、部件、区域、层和/或部分“之间”时，它可以是所述两个元件、部件、区域、层和/或部分之间的唯一元件、部件、区域、层和/或部分，或者也可以存在一个或多个居间元件、部件、区域、层和/或部分。
9.术语“金属箔”是指一片金属，其厚度明显小于其纵向和横向尺寸。根据本公开的金属箔是由一整片金属制成的。例如，金属箔可以通过电沉积、或深拉或轧制一片金属来生产。例如，对于电沉积，高等级金属如铜必须溶解在酸中以产生铜电解质。此电解质溶液被泵入部分浸没的、带电的转鼓中。在这些鼓上电沉积铜薄膜。这个过程也称为电镀。形成薄箔卷并经历后续的化学和机械处理，直到将它们成形为其最终形状。
10.术语“通孔”是指延伸穿过基材的洞或孔。在整个本说明书中，术语“通孔”和“洞”可互换使用。
11.术语“膜”是指片状材料，其中材料的长度和宽度远远超过材料的厚度。“膜”包括“层”和“片”状结构。在整个本说明书中，术语“膜”、“层”和“片”可互换使用。层可以是一个层或具有不同的物理特性或相同的物理特性但不同的聚合物组成的多个层。
12.本公开涉及一种多功能柔性层压物，其包括基材、至少一个石墨片和至少一个粘合剂层。本公开还涉及一种多功能柔性层压物，其包括具有至少一个石墨片和至少一个粘合剂层的多个层。
13.在第一方面，多功能柔性层压物包括基材、布置在基材上的第一石墨片和布置在第一石墨片上的第一粘合剂层。该多功能柔性层压物可以进一步包括布置在第一粘合剂层上的第二石墨片，以及布置在第二石墨片上的第二粘合剂层。此外，该多功能柔性层压物可以进一步包括布置在第二粘合剂层上的第三石墨片，以及布置在第三石墨片上的第三粘合剂层。在上述多功能柔性层压物中，可以根据此顺序添加更多的石墨片和粘合剂层。例如，多功能柔性层压物可以进一步包括布置在第三粘合剂层上的第四石墨片和第四粘合剂层，或者可以进一步包括布置在第四粘合剂层上的第五石墨片和第五粘合剂层，或者基于该顺序添加更多层的石墨片和粘合剂层。
14.在第二方面，多功能柔性层压物包括基材、布置在基材上的第一粘合剂层、布置在第一粘合剂层上的第一石墨片、布置在第一石墨片上的第二粘合剂层、布置在第二粘合剂
层上的第二石墨片以及布置在第二石墨片上的第三粘合剂层。该多功能柔性层压物可以进一步包括布置在第三粘合剂层上的第三石墨片和布置在第三石墨片上的第四粘合剂层。
15.在第三方面，多功能柔性层压物包括第一粘合剂层、布置在第一粘合剂层上的第一石墨片、布置在第一石墨片上的第二粘合剂层、布置在第二粘合剂层上的第二石墨片以及布置在第二石墨片上的第三粘合剂层。该多功能柔性层压物可以进一步包括布置在第三粘合剂层上的第三石墨片和布置在第三石墨片上的第四粘合剂层。在上述多功能柔性层压物中，可以根据此顺序添加更多的石墨片和粘合剂层。
16.在第四方面，多功能柔性层压物包括第一石墨片、布置在第一石墨片上的第一粘合剂层、布置在第一粘合剂层上的基材、布置在基材上的第二粘合剂层和布置在第二粘合剂层上的第二石墨片。
17.在一些实施例中，以上描述的石墨片可以包含多个通孔、狭缝、散热孔(louver)或其组合。
18.在第五方面，多功能柔性层压物包括第一和第二粘合剂层，以及夹在第一与第二粘合剂层之间的具有多个通孔、狭缝、散热孔或其组合的石墨片。
19.本公开的多功能柔性层压物可以包括上述多功能柔性层压物的任何组合，并且它们的组合可以基于独特的设计进行以满足电子装置的特定要求。
20.本公开中的石墨片没有特别限制，只要石墨片是由石墨构成的片即可。适用于本公开的石墨片的实例可包括但不限于人造石墨片(ags)、天然石墨片(ngs)、人造/天然石墨复合片(ags/ngs)、或其组合。
21.人造石墨片可以由合成树脂片制成。在一些实施例中，人造石墨片可由芳香族聚酰亚胺膜石墨化制成。芳香族聚酰亚胺膜可以由二胺和二酐聚合以形成聚酰胺酸而制成。聚酰胺酸被溶剂浇铸在基材上并热烘烤以形成聚酰胺酸膜或凝胶膜，其可以是独立的并且不附着到基材上。将聚酰胺酸膜或凝胶膜在高温酰亚胺化或化学酰亚胺化下双向拉伸以形成聚酰亚胺膜。然后将聚酰亚胺膜碳化和石墨化以形成石墨片。聚酰亚胺膜可包括但不限于gs聚酰亚胺膜(特拉华州威明顿市杜邦特种产品美国有限公司(dupont specialty products usa,llc,wilmington,delaware))。二酐可以选自由以下组成的组：苯四甲酸二酐(pmda)、3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐(bpda)、4,4'
‑
(六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸酐(6fda)、环丁烷
‑
1,2,3,4
‑
四甲酸二酐(cbda)、3,3',4,4'
‑
二苯甲酮四甲酸二酐、3,3',4,4'
‑
二苯砜四甲酸二酐、脂环族二酐及其组合。二胺可以是芳香族二胺，如对苯二胺、间苯二胺、4,4'
‑
氧二苯胺或其组合。二胺可以是氟化芳香族二胺，如2,2'
‑
双(三氟甲基)
‑
4,4'
‑
二氨基联苯(tfmb)。二胺还可以是选自由以下组成的组的脂肪族胺：1,2
‑
二氨基乙烷、1,6
‑
二氨基己烷、1,4
‑
二氨基丁烷、1,5
‑
二氨基戊烷、1,7
‑
二氨基庚烷、1,8
‑
二氨基辛烷、1,9
‑
二氨基壬烷、1,10
‑
二氨基癸烷、1,11
‑
二氨基十一烷、1,12
‑
二氨基十二烷、1,16
‑
十六亚甲基二胺、1,3
‑
双(3
‑
氨基丙基)
‑
四甲基二硅氧烷、异佛尔酮二胺、二环[2.2.2]辛烷
‑
1,4
‑
二胺及其组合。人造石墨片及制备在美国专利号6,027,807和9,593,207中公开，将这些专利的全部内容通过援引并入本文。商业人造石墨片可以包括但不限于spreadershield
tm
合成石墨产品(neograf solutions有限责任公司，莱克伍德(lakewood)，俄亥俄州(ohio))和t68(t
‑
global technology有限责任公司，桃园市，中国台湾)。
[0022]
在一些实施例中，人造石墨片可以是热解石墨片。热解石墨片是热界面材料，其是非常薄的、合成制成、具有高热导率、并且由高度取向的石墨聚合物膜制成。在一些实施例中，热解石墨是指通过气相碳化过程产生的碳材料。碳的气相沉积经由通过在气相中烃的热解和在基材表面上沉积使烃在基材上接触而发生在表面上。通过烃脱氢和聚合产生的芳香族大分子与高温基材表面碰撞形成沉积物。氢气通常用作载气，丙烷用作潜在的原料，其中丙烷的浓度取决于所选的温度和压力条件。选择反应的特定条件以防止烟灰和沉积物的产生，典型地将烃气体保持在当气体接触基材表面时完成碳化的最低可能温度。
[0023]
天然石墨片是多孔、各向异性并且可压缩的材料，又称为柔性石墨、石墨箔或压缩的膨化天然石墨。它可以由石墨颗粒制造，其中至少一些颗粒是插层的、膨化的、膨胀的天然石墨。在一些实施例中，天然石墨片可以通过压缩膨化的天然石墨薄片颗粒(蠕虫)制成而不使用粘结剂。商业天然石墨片可以包括但不限于spreadershield
tm
天然石墨产品(neograf solutions有限责任公司，莱克伍德，俄亥俄州)。
[0024]
人造和天然石墨复合片包括至少一个天然石墨层和至少一个人造石墨层，其中每个天然石墨层包括至少一个膨化的石墨的压缩颗粒的片，并且每个人造石墨层包括至少一个选自热解石墨或石墨化聚酰亚胺膜片的片。商业人造和天然石墨复合材料可以包括但不限于neonxgen
tm
热管理解决方案(neograf solutions有限责任公司，莱克伍德，俄亥俄州)。
[0025]
本公开的石墨片可以具有以下厚度：5μm至600μm、或15μm至600μm、或15μm至500μm、或100μm至500μm、或5μm至300μm、或20μm至300μm、或10μm至250μm、或20μm至200μm、或50μm至200μm、或25μm至150μm、或30μm至100μm。
[0026]
对于石墨片，片在面内方向的热导率可以从250至2,500w/m
·
k、或从500至2,500w/m
·
k、或从600至2,500w/m
·
k、或从700至2,500w/m
·
k变化。石墨片在面内方向的热导率可以通过测量热扩散率、比热和密度来获得。这些参数可以分别使用热扩散率测量系统[例如，laserpit(埃法)、bethel thermowave analyzer ta35(埃法)和激光闪光或氙闪光热扩散率测量装置]、差示扫描量热法(dsc)、和阿基米德或氦比重瓶测定法测量并且随后将测量值相乘。石墨片的面内热扩散率可以从125至1,250mm2/s、或从250至1,250mm2/s、或从300至1,250mm2/s或从350至1,250mm2/s变化。
[0027]
在本公开中，通孔、狭缝或散热孔可以通过计算机数控(cnc)钻孔、放电加工(edm)、放电研磨(edg)、模切、激光钻孔、等离子体或本领域已知的其他方法中任一种以所需的形状、尺寸和间距在石墨片中形成或穿孔以产生优化的结果。通孔或狭缝可以置于石墨片的边缘。在一些实施例中，可以通过使用本领域已知的方法(包括cnc钻孔、edm、edg、模切、激光钻孔和等离子体)在石墨片上钻出通孔。可以在石墨片中制造狭缝。可替代地，可以在石墨化之前使用上述用于石墨片的技术首先在芳香族聚酰亚胺膜中形成或穿孔通孔、狭缝或散热孔。
[0028]
在一些实施例中，基于石墨片的总体积，通孔、狭缝或散热孔可以占据石墨片的0.1至90、或1至90、或10至90、或0.1至50、0.1至1、或1至10体积百分比。
[0029]
在一些实施例中，通孔、狭缝或散热孔的间距范围可以是0.5至250mm、或1至200mm、或1.5至100mm以达到最佳所需结果。在一些实施例中，石墨片可以包含衍生自通孔、
狭缝或其组合的凹口。
[0030]
在一些实施例中，通孔可以具有圆形、椭圆形、多边形或其组合的形状。在一个实施例中，多边形可选自由以下组成的组：三角形、矩形、正方形、菱形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十二边形及其组合。多边形可以是规则的、不规则的或其组合。当所有的角都相等并且所有的边都相等时，多边形是规则的。
[0031]
在含有通孔、狭缝或其组合的石墨片中，通孔、狭缝或其组合的布置或图案可以是规则的或不规则的。组合和/或图案将取决于应用的特定设计要求。在一些实施例中，通孔的图案可以包括但不限于正方形、六边形和平行四边形点阵。
[0032]
石墨片的单个通孔或狭缝的开口面积范围可以是0.01至500mm2、或0.1至500mm2、或1至500mm2、或1至300mm2。开口面积是指在垂直于石墨片的方向上看时的单个通孔或狭缝的面积。在一个实施例中，通孔可以具有圆形形状。圆的直径范围可以是0.1mm至5mm、或0.2mm至5mm、或0.5mm至4mm、或0.75mm至3.5mm、或1mm至3mm、或1.2mm至3mm。
[0033]
在一些实施例中，石墨片的至少一个边缘可以包括源自通孔的齿和凹口。凹口可以是任何形状或截面，包括但不限于矩形、半圆形、正方形、正弦形、锯齿形和三角形。在一个实施例中，石墨片包括沿着石墨片的至少一个边缘的齿和凹口，在石墨片中没有任何通孔。
[0034]
本公开的基材可为金属箔或聚合物膜。金属箔可选自由以下组成的组：铜、铝、钨、钼、镍、铁、不锈钢、银、锡、金以及上述金属中的两种或更多种的合金。在一个实施例中，基材为铜箔或不锈钢箔。在一些实施例中，基材包括多层金属箔。多层金属箔可包括至少两层金属箔。在一个实施例中，多层金属箔可包括两层、三层或更多层金属箔。多层金属箔可以由用于层的相同或不同的金属制成。可以根据特定目的或预期应用的需要选择基材的厚度。在一个实施例中，基材可以各自具有以下厚度：2μm至2mm、或5μm至1.5mm、或10μm至1mm、或10μm至750μm、或20μm至500μm、或50μm至300μm、或50μm至250μm、或50μm至200μm。
[0035]
用于制造聚合物膜的合适聚合物的实例可以包括但不限于聚酰亚胺、聚酰胺
‑
酰亚胺、聚酰胺、聚醚砜、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(乙烯)、聚(丙烯)、聚(乙烯
‑
共
‑
乙酸乙烯酯)、聚醚酮、环烯烃共聚物、聚酯酰亚胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸乙酯或它们的组合。
[0036]
粘合剂层包含选自由以下组成的组的有机材料：硅酮、硅酮
‑
(甲基)丙烯酸酯、硅酮
‑
环氧树脂、聚氨酯
‑
(甲基)丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(烷基)丙烯酸酯、聚丁二烯、苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物、聚苯乙烯、多糖、乙烯乙酸乙烯酯(eva)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚氨酯(pu)、乙烯基醚聚合物、环氧树脂、酚醛树脂、蛋白质衍生的粘合剂、含丙烯酸或甲基丙烯酸的聚合物、含聚(羟乙基)丙烯酸酯的聚合物、及其组合。在一些实施例中，粘合剂层可包含压敏粘合剂。适用于本公开的可商购粘合剂可包括但不限于temprion
tm at07000系列粘合剂热胶带(at，内穆尔杜邦公司(dupont de nemours,inc.)，特拉华州威明顿市(wilmington，de))以及93319(adhesives格伦罗克(glen rock),宾夕法尼亚州(pa))。
[0037]
在一些实施例中，粘合剂层可以是导热和/或导电粘合剂层。导热和/或导电粘合剂层可包含有机材料和一种或多种导热和/或导电填充材料。有机材料与前面描述的那些相同。导热和/或导电粘合剂层可以具有良好的导热性和/或导电性以及强粘附特性。导热
和/或导电填充材料可以选自金属、金属氧化物、碳材料、氮化物、碳化物和硅材料中的至少一种。金属可以选自银、铜、铝、镍、金和锡中的至少一种。金属氧化物可以选自氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铍、氧化钛、氧化锑和氧化锡中的至少一种。碳材料可以选自炭黑、硬碳、软碳、中间相碳微球、碳纳米管、石墨和石墨烯中的至少一种。氮化物可以选自氮化硅、氮化铝、氮化硼和氮化钛中的至少一种。碳化物可以选自碳化硅和碳化钨中的至少一种。硅材料可以选自si和sio
x
(0<x≤2，0<y≤2)中的至少一种。
[0038]
适用于本公开的可商购的导电粘合剂可包括但不限于8006和9032
‑
70(adhesives格伦罗克,宾夕法尼亚州)。
[0039]
粘合剂层的厚度可以从1至200μm、或从1至100μm、或从1至50μm、或从5至50μm、或从5至40μm、或从5至30μm、或从10至30μm变化。
[0040]
柔性多功能层压物的石墨片、粘合剂层和基材可具有相同或不同的面内尺寸。在一些实施例中，粘合剂层可以具有小于石墨片或基材的尺寸的尺寸。在一些实施例中，粘合剂层可以具有比跨越石墨片或基材的尺寸更大的跨越粘合剂层的尺寸，使得粘合剂层在粘合剂层的边缘处限定伸出区域，该伸出区域延伸超出石墨片或基材的对应边缘。在一些实施例中，基材可以具有小于石墨片的尺寸的尺寸。在一些实施例中，基材可以具有比跨越石墨片的尺寸更大的跨越基材的尺寸，使得基材在基材的边缘处限定伸出区域，该伸出区域延伸超出石墨片的对应边缘。在一个实施例中，伸出区域的长度的范围可以是0.1mm至10mm、或0.1mm至1mm、或1mm至10mm。
[0041]
在一些实施例中，包括两个或更多个石墨片的多功能柔性层压物将具有通孔、狭缝、散热孔或其组合。不同石墨片上的通孔、狭缝或散热孔可以布置成对齐或可以偏移。在一个实施例中，通孔、狭缝或散热孔可以在多功能柔性层压物中的所有石墨片中对齐。在另一个实施例中，通孔、狭缝或散热孔在多功能柔性片中的所有石墨片中偏移。在又另一个实施例中，通孔、狭缝或散热孔可在一些石墨片中彼此对齐但在其他石墨片中偏移。
[0042]
本公开的多功能柔性层压物可进一步包括第二基材，多功能柔性层压物的基材布置在第二基材上。第二基材的实例可包括但不限于芯片、电路板、玻璃纤维增强聚合物(gfrp)片、玻璃、柔性电路、织物、陶瓷、建筑材料、复合材料、聚合物片(包括但不限于聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸类物质、聚碳酸酯、尼龙、聚乙烯和聚丙烯)。
[0043]
多功能柔性层压物可以通过以下方式制成：提供不同的层；并且将它们在压力和升高的温度下如用carver压机(carver公司，印第安纳州沃巴什(wabash in))或层压机(内穆尔杜邦公司，特拉华州威明顿市)进行层压。在一个实施例中，不同的层可以包括基材、至少一个石墨片和至少一个粘合剂层。在另一个实施例中，不同的层可以包括至少一个石墨片和至少一个粘合剂层。层压过程中的压力的范围可以是1atm至10atm、或3atm至100atm、或10atm至1000atm。层压过程中的温度的范围可以是
‑
10℃至300℃、或15℃至200℃、或20℃至150℃。材料可以通过层压机夹的速率的范围可以是0.01至1m/s、或0.1至10m/s、或1至100m/s。
[0044]
多功能柔性层压物具有改善的热和机械特性。多功能柔性层压物的热特性可包括例如热导率、传热系数、比热容、热容、热扩散率等。热导率与跨越响应于通过材料所施加的热通量的距离的固有温差成比例，其中典型的单位为功率/长度
‑
温度，如瓦特/米
‑
开尔文。
传热系数是由本体表面之间的单位温差引起的通过材料的单位面积的稳态热流的时间速率，其中典型的单位为功率/温度，如瓦特/开尔文。比热容是响应于热能的固有温度升高，其中典型的单位为能量/质量
‑
温度，如焦耳/千克
‑
开尔文。热容包括材料的质量，其中典型的单位为能量/温度，如焦耳/开尔文。热扩散率是热导率与质量密度和比热容的乘积之比，并且指示材料将多快达到与其周围环境相似温度，其中典型单位是面积/时间，如平方米/秒。
[0045]
层压物的热特性可以使用本领域普通技术人员已知的方法测量。例如，埃或热波技术常用于测量固体材料的热扩散率。材料的热扩散率通常通过使用瞬态方法直接测量，该方法使用测量的对随时间变化的热源的瞬态温度响应。瞬态方法分类为瞬变的和周期性的温度方法。在瞬变方法中，热扩散率是由样品对输入热量突然变化的温度响应来估计的。众所周知的实例是闪光方法，如激光闪光分析或氙灯闪光分析。在周期性的温度方法中，热扩散率是由样品对周期性(随时间变化)热量输入的响应来估计的。实例可以包括3ω
‑
方法和埃方法。其他用于测量热特性的方法可以包括但不限于瞬态光栅光谱法、束偏转技术、热成像技术、用于根据astm d5470
‑
12测量热界面材料的热传输特性的标准测试方法、和热循环。
[0046]
多功能柔性层压物的机械特性可包括粘附强度和弯曲性。多功能柔性层压物的机械性能可以使用如以下技术评估：剥离测试、双悬臂梁测试、3点和4点弯曲测试方法、芯轴弯曲测试、高和低应变率剪切测试、冲击测试、拉伸测试、和用于测量抗弯刚度的技术。
[0047]
本公开涉及可用于散热和/或屏蔽电磁干扰以保护电子装置的保护装置。保护装置包括如上所述的多功能柔性层压物。保护装置可以具有范围为以下的热导率：100w/m
·
k至2,500w/m
·
k、或200w/m
·
k至1,000w/m
·
k、或400w/m
·
k至800w/m
·
k；范围为以下的热扩散率：50至1,250mm2/s、或100至500mm2/s、或200至400mm2/s；和/或范围为以下的电磁干扰屏蔽效力：5db至100db、或10db至100db、或30db至100db、或10db至95db、或20至90db。
[0048]
本公开还涉及一种包括热源和上述保护装置的电子装置。保护装置的多功能柔性层压物的粘合剂层粘附于电子装置的热源或散热器。电子装置中多功能柔性层压物的形状没有特别限制，只要层压物的粘合剂层与电子装置的热源或散热器呈间接或直接接触即可。然而，考虑到散热和/或电磁屏蔽性能，与热源或散热器表面的接触面积可以尽可能宽。在一些实施例中，多功能柔性层压物可以具有响应于电子装置中的热源的表面形状的形状。
[0049]
电子装置中多功能柔性层压物的尺寸也没有特别限制。然而，如果考虑层压物的散热性能，作为与热源或散热器接触一侧上的表面面积，层压物可以具有等于、小于或大于热源或散热器的表面面积的面积。
[0050]
本公开还涉及包括如前所述的多功能柔性层压物的电磁干扰(emi)屏蔽装置。多功能柔性层压物可以提供高的emi屏蔽效力(se)。se是屏蔽材料中吸收、反射和多次反射的总和。
[0051]
在一方面，提供了一种电磁干扰屏蔽装置，其包括需要屏蔽电磁干扰的电路。在一个实施例中，该装置包括至少部分围绕电路的主体。该主体包括本公开的多功能柔性层压物。电磁干扰屏蔽能力可以用像微波传输技术的方法来测量。
[0052]
在一些实施例中，多功能柔性层压物可以提供范围为以下的电磁干扰屏蔽效力：
5db至100db、或10db至100db、或30db至100db、或10db至95db、或20至90db。在一个实施例中，多功能柔性层压物提供了范围为10db到100db的电磁干扰屏蔽效力。在另一个实施例中，多功能柔性层压物提供了大于100db的电磁干扰屏蔽效力。在又另一个实施例中，多功能柔性层压物提供了至少5db的电磁干扰屏蔽效力。
[0053]
本公开的emi屏蔽装置基本上可用于需要emi屏蔽的任何应用中，并且在轻质和/或薄结构是重要的或所需的应用中特别有用。
[0054]
在一方面，提供了一种用于屏蔽电路免受电磁干扰的方法。在一个实施例中，该方法包括将本公开的多功能柔性层压物定位在电路与电磁能传输源(例如，vhf/uhf、微波或无线电波信号发生器)之间。可能包括需要emi屏蔽的电路的装置的非限制性实例包括家用电脑、数据中心电脑、笔记本电脑、平板电脑、膝上型电脑、智能手表、移动和固定电话、电视、收音机、个人数字助理、数字音乐播放器、医疗器械、机动车辆、飞机和卫星。实例材料
[0055]
人造石墨片(ags)：tg
‑
818合成石墨产品(spreadershield
tm
散热片)，具有50
±
10μm的厚度、1400w/m
·
k的面内热导率以及3.4w/m
·
k的穿过平面热导率。
[0056]
人造/天然石墨复合片(ags/ngs)：以下的neonxgen
tm
热管理解决方案：n
‑
80，具有80
±
10μm的厚度、900w/m
·
k的面内热导率以及4.5w/m
·
k的穿过平面热导率；n
‑
100，具有100
±
10μm的厚度、1100w/m
·
k的面内热导率以及4.5w/m
·
k的穿过平面热导率；n
‑
150，具有150
±
10μm的厚度、1100w/m
·
k的面内热导率以及4.5w/m
·
k的穿过平面热导率；以及n
‑
200，具有200
±
10μm的厚度、1100w/m
·
k的面内热导率以及4.5w/m
·
k的穿过平面热导率。
[0057]
以上列出的ags和ags/ngs是从neograf
tm solutions(莱克伍德，俄亥俄州)可商购的并且用于如下所述钻洞。
[0058]
粘合剂：dupont
tm
temprion
tm at07000粘合剂热胶带(at，从内穆尔杜邦公司(特拉华州威明顿市)可商购)，具有2密耳(50.8μm)的厚度、0.7w/m
·
k的热导率、以及1.6lb/in的90
°
剥离强度(针对铝，在1小时的停留时间后)。粘合剂是白色的并且夹在两个透明的释放衬垫之间。
[0059]
粘合剂93319是低表面能转移膜(ar，从粘合剂研究公司(adhesives research inc.)(格伦罗克，宾夕法尼亚州)可商购)，具有2.2密耳(55μm)的厚度以及5.2lb/in的180
°
剥离强度(针对不锈钢，在5分钟的停留时间后)。该低表面能胶带是透明的，并且在一侧衬有白色的释放衬垫。
[0060]
粘合剂9032
‑
70是制造的高度导电的压敏粘合剂转移膜(ear，从粘合剂研究公司(格伦罗克，宾夕法尼亚州)可商购)，具有1密耳(25.4μm)的厚度、≤10mω的体积电阻以及约30oz/in的180
°
剥离强度(针对不锈钢，在1小时的停留时间后)。该导电压敏粘合剂是黑色，并且一侧衬有透明的聚酯并且另一侧衬有白色的聚酯。
[0061]
3m
tm
8211光学透明粘合剂是光学透明无丙烯酸类物质的膜(oca，从明尼苏达州圣保罗的3m
tm
公司可商购)，具有1密耳(25.4μm)的厚度以及54oz/in的180
°
剥离强度(针对玻璃板，在20分钟的停留时间后)。该光学透明粘合剂膜夹在两个透明的聚酯释放衬垫之间。
[0062]
铜箔(cu箔)：110铜(cu)垫片料(mcmaster
‑
carr公司，埃尔姆赫斯特，伊利诺伊州)具有4密耳(101.6μm)的厚度作为cu箔(4)或1密耳(25.4μm)厚度作为cu箔(1)。
[0063]
聚酰亚胺膜：dupont
tm
hn是通用聚酰亚胺膜(pi，从内穆尔杜邦公司(特拉华州威明顿市)可商购)，具有1密耳(25.4μm)厚度。具有洞的石墨片(hags和hags/ngs)
[0064]
将配备有1.35mm钻头的datron neo计算机数控(cnc)铣床(datron dynamics公司，米尔福德(milford)，新泽西州(nj))被编程为穿过ags和ags/ngs以六方密堆积图案钻出直径为1.35mm的洞，其中中心到中心距离为5mm(hags和hags/ngs)。将上述洞直径和图案钻入厚度为50μm的ags[hags(50)]；以及厚度为80μm[hags/ngs(80)]、150μm[hags/ngs(150)]和200μm[hags/ngs(200)]的ags/ngs。按总体积计算，所得cnc铣削的ags和ags/ngs包含6.61％的洞。制备的hags和hags/ngs用于制造以下实例1至8中的层压物。
[0065]
protolaser u3 cnc铣床(lpkf laser&electronics公司，加布森，德国)(配备有三次谐波nd:yag激光器(在355nm处进行调q，光斑直径为20μm))被编程为穿过ags/ngs铣削矩形洞。矩形洞被铣削以创建遍及ags/ngs区域平铺的约8mm
×
160mm部分的周边特征。沿8mm边缘居中的是1.35
×
4mm的洞(4mm尺寸与部分边缘平行)。沿160mm边缘的是五个间隔为2mm的1.35
×
29.6mm的洞(29.6mm尺寸与部分边缘平行)。将上述图案钻入厚度为100μm的ags/ngs[hags/ngs(100)]。按单个部分的体积计算，所得激光铣削的hags/ngs(100)包含16.03％的洞。制备的hags/ngs(100)用于制造实例9至12中的层压物。层压物实例1
[0066]
cu箔(4)
‑
hags(50)
‑
at层压物通过以下方式制造：从at层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将hags(50)施加到暴露的粘合剂上以形成hags(50)
‑
at子结构。然后将hags(50)
‑
at子结构的hags(50)侧施加到cu箔(4)上使得暴露的粘合剂通过洞并且围绕hags(50)的边缘与cu箔(4)接触以形成复合材料。在hags(50)尺寸小于cu箔(4)和at尺寸的情况下，at伸出hags(50)并与cu箔(4)产生5mm的边界。然后将复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机(内穆尔杜邦公司，特拉华州威明顿市)以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，多余的at材料在边缘被修剪。最终的cu箔(4)
‑
hags(50)
‑
at层压物包括at上的第二释放衬垫。实例2
[0067]
cu箔(4)
‑
at
‑
hags(50)
‑
at层压物通过以下方式构造：从第一at层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到cu箔(4)的一侧上以形成cu箔(4)
‑
at子结构。将cu箔(4)
‑
at子结构通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，在边缘处修剪多余的at，并且除去第一层at的第二释放衬垫以暴露cu箔(4)
‑
at子结构的at粘合剂。接下来，将hags(50)施加到cu箔(4)
‑
at子结构的暴露的at粘合剂上以形成cu箔(4)
‑
at
‑
hags(50)子结构。然后从第二at层除去第一释放衬垫，并施加到cu箔(4)
‑
at
‑
hags(50)子结构的hags(50)侧以形成复合材料。因此，使两个at层通过洞和围绕hags(50)的边缘接触。在hags(50)尺寸小于cu箔(4)和at层总尺寸的情况下，at层伸
出hags(50)并产生5mm的边界。然后将复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，从第二粘合剂层多余的at材料在边缘处被修剪。最终的cu箔(4)
‑
at
‑
hags(50)
‑
at层压物包括第二at层上的第二释放衬垫。实例3
[0068]
at
‑
hags(50)
‑
at层压物通过以下方式制备：从第一at层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将hags(50)施加到暴露的粘合剂上以形成at
‑
hags(50)子结构。接下来，从第二at层除去第一释放衬垫，并施加到at
‑
hags(50)子结构的hags(50)侧以形成复合材料。因此，使两个at层通过洞和围绕hags(50)的边缘接触。然后将复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，多余的at材料被修剪。在hags(50)尺寸小于at层总尺寸的情况下，at层伸出hags(50)5mm。最终的at
‑
hags(50)
‑
at层压物包括两个at层上的第二释放衬垫。实例4
[0069]
at
‑
hags/ngs(80)
‑
at层压物通过以下方式构造：从第一at层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将hags/ngs(80)施加到暴露的粘合剂上以形成at
‑
hags/ngs(80)子结构。接下来，从第二at层除去第一释放衬垫，并施加到at
‑
hags/ngs(80)子结构的hags/ngs(80)侧以形成复合材料。因此，使两个at层通过洞和围绕hags/ngs(80)的边缘接触。然后将复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，多余的at材料被修剪。在hags/ngs(80)尺寸小于at层总尺寸的情况下，at层伸出hags/ngs(80)5mm。最终的at
‑
hags/ngs(80)
‑
at层压物包括两个at层上的第二释放衬垫。实例5
[0070]
at
‑
hags/ngs(150)
‑
at层压物通过以下方式制造：从第一at层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将hags/ngs(150)施加到暴露的粘合剂上以形成at
‑
hags/ngs(150)子结构。接下来，从第二at层除去第一释放衬垫，并施加到at
‑
hags/ngs(150)子结构的hags/ngs(150)侧以形成复合材料。因此，使两个at层通过洞和围绕hags/ngs(150)的边缘接触。然后将复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，多余的at材料被修剪。在hags/ngs(150)尺寸小于两个at层总尺寸的情况下，at层伸出hags/ngs(150)5mm。最终的at
‑
hags/ngs(150)
‑
at层压物包括两个at层上的第二释放衬垫。实例6
[0071]
at
‑
hags/ngs(200)
‑
at层压物通过以下方式制备：从第一at层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将hags/ngs(200)施加到暴露的粘合剂上以形成at
‑
hags/ngs(200)子结构。接下来，从第二at层除去第一释放衬垫，并施加到at
‑
hags/ngs(200)子结构的hags/ngs(200)侧以形成复合材料。因此，使两个at层通过洞和围绕hags/ngs(200)的边缘接触。然后将复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，多余的at材料被修剪。在hags/ngs(200)尺寸小于两个at层总尺寸的情况下，at层伸出hags/ngs(200)5mm。最终的at
‑
hags/ngs(200)
‑
at层压物包括两个at层上的第二释放衬垫。实例7
[0072]
cu箔(4)
‑
hags(50)
‑
ar层压物通过以下方式构造：展开、从其自缠绕的卷轴上剪下一段ar、并将其粘附到hags(50)上以形成hags(50)
‑
ar子结构。然后将hags(50)
‑
ar子结构施加到cu箔(4)上使得暴露的粘合剂通过洞并且围绕hags(50)的边缘与cu箔(4)接触以形成复合材料。在hags(50)尺寸小于cu箔(4)尺寸的情况下，ar伸出hags(50)并与cu箔(4)产生5mm的边界。然后将复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，多余的ar材料在边缘被修剪。最终的cu箔(4)
‑
hags(50)
‑
ar层压物包括ar层上的释放衬垫。实例8
[0073]
cu箔(4)
‑
ar
‑
hags(50)
‑
ar层压物通过以下方式制造：展开、从其自缠绕的卷轴上剪下一段ar、并将其施加到cu箔(4)上以形成cu箔(4)
‑
ar子结构。将cu箔(4)
‑
ar子结构通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，在边缘处修剪多余的ar，并且除去释放衬垫以暴露cu箔(4)
‑
ar子结构的ar粘合剂。接下来，将hags(50)施加到cu箔(4)
‑
ar子结构的暴露的ar粘合剂侧上以形成cu箔(4)
‑
ar
‑
hags(50)子结构。将ar的第二部分展开并从其自缠绕的卷轴上剪下，将暴露的粘合剂施加到cu箔(4)
‑
ar
‑
hags(50)子结构的hags(50)侧以形成复合材料。因此，使两个ar层通过洞和围绕hags(50)的边缘接触。在hags(50)尺寸小于两个ar层总尺寸的情况下，ar层伸出hags(50)并产生5mm的边界。然后将复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。层压后，从第二ar层多余的ar材料在边缘被修剪。最终的cu箔(4)
‑
ar
‑
hags(50)
‑
ar层压物包括第二ar层上的释放衬垫。实例9
[0074]
cu箔(1)
‑
ear
‑
hags/ngs(100)
‑
ear
‑
cu箔(1)通过以下方式构造：从第一ear层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到第一cu箔(1)的一侧上以形成第一cu箔(1)
‑
ear子结构。从第二ear层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到第二cu箔(1)的一侧以形成第二cu箔(1)
‑
ear子结构。第一和第二cu箔(1)
‑
ear子结构分别以0.1m/min的辊速通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机进行层压。接下来，除去第一ear层的第二释放衬垫以暴露第一cu箔(1)
‑
ear子结构的ear粘合剂。然后将第一cu箔(1)
‑
ear子结构的暴露的ear粘合剂施加到hags/ngs(100)上，并通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速进行层压以形成cu箔(1)
‑
ear
‑
hags/ngs(100)子结构。然后，除去第二ear层的第二释放衬垫以暴露第二cu箔(1)
‑
ear子结构的ear粘合剂，并将其施加到cu箔(1)
‑
ear
‑
hags/ngs(100)子结构的hags/ngs(100)侧以形成复合材料。因此，使两个ear层通过hags/ngs(100)的矩形洞接触。然后将最终的复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。实例10
[0075]
cu箔(1)
‑
oca
‑
hags/ngs(100)
‑
oca
‑
cu箔(1)通过以下方式构造：从第一oca层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到第一cu箔(1)的一侧上以形成第一cu箔(1)
‑
oca子结构。从第二oca层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到第二cu箔(1)的一侧以形成第二cu箔(1)
‑
oca子结构。第一和第二cu箔(1)
‑
oca子结构分别以0.1m/min的辊速通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机进行层压。接下来，除去第一
oca层的第二释放衬垫以暴露第一cu箔(1)
‑
oca子结构的oca粘合剂。然后将第一cu箔(1)
‑
oca子结构的暴露的oca粘合剂施加到hags/ngs(100)上，并通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速进行层压以形成cu箔(1)
‑
oca
‑
hags/ngs(100)子结构。接下来，除去第二oca层的第二释放衬垫以暴露第二cu箔(1)
‑
oca子结构的oca粘合剂，并将其施加到cu箔(1)
‑
oca
‑
hags/ngs(100)子结构的hags/ngs(100)侧以形成复合材料。因此，使两个oca层通过hags/ngs(100)的矩形洞接触。然后将最终的复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。实例11
[0076]
pi
‑
oca
‑
hags/ngs(100)
‑
oca
‑
pi通过以下方式构造：从第一oca层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到第一pi的一侧上以形成第一pi
‑
oca子结构。从第二oca层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到第二pi的一侧以形成第二pi
‑
oca子结构。第一和第二pi
‑
oca子结构分别以0.1m/min的辊速通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机进行层压。接下来，除去第一oca层的第二释放衬垫以暴露第一pi
‑
oca子结构的oca粘合剂。然后将第一pi
‑
oca子结构的暴露的oca粘合剂施加到hags/ngs(100)上，并通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速进行层压以形成pi
‑
oca
‑
hags/ngs(100)子结构。然后，除去第二oca层的第二释放衬垫以暴露第二pi
‑
oca子结构的oca粘合剂，并将其施加到pi
‑
oca
‑
hags/ngs(100)子结构的hags/ngs(100)侧以形成复合材料。因此，使两个oca层通过hags/ngs(100)的矩形洞接触。然后将最终的复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。实例12
[0077]
hags/ngs(100)
‑
oca
‑
cu箔(1)
‑
oca
‑
hags/ngs(100)层压物通过以下方式构造：从第一oca层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到第一cu箔(1)的一侧上以形成cu箔(1)
‑
oca子结构。cu箔(1)
‑
oca子结构以0.1m/min的辊速通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机进行层压。从第二oca层除去第一释放衬垫以暴露粘合剂，并将暴露的粘合剂施加到cu
‑
箔(1)
‑
oca子结构的cu
‑
箔(1)侧上以产生oca
‑
cu箔(1)
‑
oca子结构。oca
‑
cu箔(1)
‑
oca子结构以0.1m/min的辊速通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机进行层压。接下来，除去oca
‑
cu箔(1)
‑
oca子结构的第一和第二oca层的第二释放衬垫以暴露oca粘合剂层，两个hags/ngs(100)片施加到其上以形成最终复合材料。然后将最终的复合材料通过hrl
‑
24dupont
tm
层压机以0.1m/min的辊速和100℃的上下辊温度进行层压。热扩散率
[0078]
用laserpit热扩散率测量系统(ulvac
‑
riko公司，横滨，日本)测量了层压物各层的面内热扩散率。结果在表1中列出。表1
[0079]
以上实例1至8中使用的hags和hgas/ngs的总体积中，6.61％的hags和hags/ngs由洞构成，因此hags(50)、hags/ngs(80)、hags/ngs(150)和hags/ngs(200)在热扩散方面是分别与ags(50)、ags/ngs(80)、ags/ngs(150)和ags/ngs(200)的连续片的93.39％一样有效。因此，hags(50)、hags(80)、hags(150)和hags(200)的热扩散率分别是约816
±
20mm2/s、488
±
16mm2/s、634
±
55mm2/s、和991
±
62mm2/s。对于实例9至12，16.03％的hags/ngs(100)由洞构成，因此在热扩散方面是与ags/ngs(100)的连续片的83.97％一样有效。因此，hags/ngs(100)的热扩散率是约558
±
43mm2/s。
[0080]
多功能柔性层压物的有效热扩散率(α
eff
)可以基于各层由其相应的厚度加权后的热扩散率，由以下所示的等式(1)计算。其中t
i
为各层厚度，a
i
为各层热扩散率，并且n为总层数。实例1至12中制备的层压物的计算的有效热扩散率示于表2中。这些层压物的计算的有效热扩散率大于铜箔的面内热扩散率。表2
电阻
[0081]
用电压表测量了实例9和10的穿过平面电阻。实例9中的cu箔(1)
‑
ear
‑
hags/ngs(100)
‑
ear
‑
cu箔(1)层压物具有0.4ω的穿过平面电阻并且实例10中的cu箔(1)
‑
oca
‑
hags/ngs(100)
‑
oca
‑
cu箔(1)层压物为无限穿过平面。