本发明涉及一种散热结构，特别地涉及一种耐弯折的散热结构及其制造方法、和具有该散热结构的电子装置。
背景技术：
随着科技的发展，针对电子装置的设计与研发，无不以薄型化及高效能为优先考虑。在要求高速运算与薄型化的情况下，电子装置的电子组件不可避免地将产生较以往更多的热量，因此，“散热”已经是这些组件或装置不可或缺的需求功能。特别是对高功率组件来说，由于工作时产生的热能大幅增加，使得电子产品的温度会急速上升，当电子产品受到过高的温度时，可能会造成组件的永久性损坏，或是使寿命大幅地降低。
另外，以智能型手机为例，发展至今，市场也面临成长瓶颈，在各品牌厂商高度竞争之下，许多品牌已通过全屏幕设计提升产品吸引力，而下一波成长都希望通过颠覆式创新的屏幕可弯折机来重新定义产品，并配合第5代移动通信(5g))商业运转创造更多影音串流与大屏幕阅听需求，吸引消费者购买新机，由此提供消费者全新、独特和创新的互动方式来彻底改变已有的使用者体验。
然而，相关品牌厂商除了必需克服显示屏幕可弯曲或折叠(弯折))的技术难题外，顺应柔性面板的弯折功能，可以承受数千、数万次，甚至数十万次弯折的散热结构也是相关厂商必需克服的难题之一。
技术实现要素：
本发明的目的为提供一种耐弯折的散热结构及其制造方法、和电子装置。本发明的耐弯折散热结构，除了可以达到散热功能外，还可承受柔性面板的多次弯曲或折叠，以顺应柔性(flexible)电子装置的散热与弯折需求。
为达上述目的，依据本发明的一种耐弯折的散热结构，包括第一非织造层以及第一石墨烯材料。第一非织造层由多条纤维交错而成，多条纤维包括非织造材料，且多条纤维之间具有多个空隙。第一石墨烯材料设置于多条纤维的多个空隙中，且第一石墨烯材料填满多条纤维的多个空隙，以形成第一非织造散热层。
在实施例中，多条纤维包括天然纤维、人造纤维、或合成纤维、或其组合。
在实施例中，散热结构还包括粘结剂，粘结剂混合于第一石墨烯材料中。
在实施例中，散热结构还包括散热层，散热层设置于第一非织造散热层上。
在实施例中，散热层包括第二石墨烯材料与粘结剂，粘结剂混合于第二石墨烯材料中。
在实施例中，散热层为不锈钢基板。
在实施例中，散热结构还包括第二非织造散热层，第二非织造散热层设置于散热层远离第一非织造散热层的一侧。
在实施例中，散热结构还包括金属导热层，金属导热层设置于散热层远离第一非织造散热层的一侧。
在实施例中，散热结构还包括第二非织造散热层，第二非织造散热层设置于金属导热层远离散热层的一侧。
为达上述目的，依据本发明的一种电子装置，包括热源、前述的耐弯折的散热结构以及粘合层，散热结构设置于热源。粘合层设置于热源与耐弯折的散热结构之间。
在实施例中，粘合层包括导热材料与粘合胶材，导热材料混合于粘合胶材中以形成粘合层。
为达上述目的，依据本发明的一种耐弯折的散热结构的制造方法，包括：制备浆料，其中该浆料包括非织造材料；利用该浆料形成第一非织造层，其中第一非织造层是通过熔喷工艺形成多条纤维交错而成，且多条纤维之间具有多个空隙；设置第一石墨烯材料于多条纤维的多个空隙中；以及利用热压工艺固化第一非织造层，使第一石墨烯材料填满多条纤维的多个空隙，以形成第一非织造散热层。
在实施例中，是通过涂布、印刷或浸泡工艺使第一石墨烯材料设置于多条纤维的多个空隙中。
在实施例中，在设置第一石墨烯材料于多条纤维的多个空隙的步骤之前，使粘结剂混合于第一石墨烯材料中。
在实施例中，制造方法还包括：设置散热层于第一非织造散热层上。
在实施例中，散热层包括第二石墨烯材料与粘结剂，粘结剂混合于第二石墨烯材料中。
在实施例中，制造方法还包括：设置第二非织造散热层于散热层远离第一非织造散热层的一侧。
在实施例中，制造方法还包括：形成金属导热层于散热层远离第一非织造散热层的一侧。
在实施例中，制造方法还包括：设置第二非织造散热层于金属导热层远离散热层的一侧。
承上所述，在本发明耐弯折的散热结构中，通过石墨烯材料(第一石墨烯材料)设置于第一非织造层的多条纤维的空隙中，而且是填满多个空隙的结构设计，除了可通过空隙中的第一石墨烯材料达到快速散热的功能外，还可经由第一非织造层的非织造纤维的特性承受无数次的弯曲或折叠。因此，当本发明的散热结构应用于柔性电子装置的柔性面板时，可顺应柔性面板的散热与弯折需求。
附图说明
图1a为本发明实施例的一种耐弯折的散热结构的示意图。
图1b为图1a所示的散热结构中，区域a的放大示意图。
图2a至图2e分别为本发明不同实施例的散热结构的示意图。
图3为本发明实施例的电子装置的示意图。
图4为本发明实施例的耐弯折散热结构的制造方法的流程步骤图。
图5a至图5c分别为本发明实施例的耐弯折散热结构的制造过程示意图。
具体实施方式
以下将参照相关附图，说明本发明一些实施例的耐弯折的散热结构及其制造方法、和电子装置，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。以下实施例出现的组件只是示意，不代表真实的比例或尺寸。
本发明的耐弯折的散热结构可运用于柔性电子装置，例如但不限于柔性显示面板的电子装置(即显示屏幕可折叠电子装置)或其他柔性电子装置，除了可达到散热功能外，还可承受柔性面板的无数次弯曲或折叠，以顺应柔性电子装置的散热与弯折需求。
图1a为本发明实施例的一种耐弯折的散热结构的示意图，而图1b为图1a所示的散热结构中，区域a的放大示意图。
如图1a与图1b所示，耐弯折的散热结构1(以下简称散热结构1)包括第一非织造(non-woven)层11以及第一石墨烯材料12(图1b)。
第一非织造层11是由非织造纤维(非织造又可称为非织造布或无纺布)构成，其具有柔软、可挠曲性、质轻、耐用，且拉伸强度高，纤维多次弯曲或折叠也不容易断裂的特性。其中，第一非织造层11是由多条纤维111交错而成(图1b)，多条纤维111包括非织造材料，例如可包括天然纤维、人造纤维、或合成纤维、或其组合。非织造材料的种类可为棉(cotton)、羊毛(wool)、麻(flax)、蚕丝(silky)、聚酯(polyester)、尼龙(nylon)、压克力(acrylic)、嫘萦(rayon，人造丝)、开司米纶(cashmilon)、奥纶(orlon)、压克力朗(acrylan)、土拉纶(toraylon)、艾克朗(exlan)、代尼耳(dynel)、弗雷耳(veral)、聚丙烯(polypropylene)、…等。在一些实施例中，第一非织造层11的厚度例如可为20微米。
如图1b所示，第一非织造层11的多条纤维111之间具有多个空隙，而第一石墨烯材料12是设置于多条纤维111的多个空隙中，而且是填满纤维111之间的空隙以形成第一非织造散热层11a(图1a，本实施例的第一非织造散热层11a等同于散热结构1)。由于石墨烯材料(第一石墨烯材料12)具有良好的导热性，因此可快速地传递热能，由此达到快速散逸热能的目的。在一些实施例中，第一石墨烯材料12可包括多个石墨烯微片，各石墨烯微片的片径例如可大于0微米且小于等于50微米，且各石墨烯微片厚度可大于等于0.3纳米且小于等于30纳米。
承上，在本实施例的散热结构1中，通过石墨烯材料(第一石墨烯材料12)设置于第一非织造层11的多条纤维111的空隙中，而且是填满多个空隙的结构设计，除了可通过空隙中的第一石墨烯材料12达到快速散热的功能外(例如通过第一石墨烯材料12由第一非织造层11的上表面快速地将热能传导至其下表面)，还可经由第一非织造层11的非织造纤维111的特性承受无数次的弯曲或折叠。因此，当散热结构1应用于柔性电子装置的柔性面板时，可顺应柔性面板的散热与弯折需求。在一些实施例中，可通过粘合材料(例如双面胶)将散热结构1贴附于柔性面板(即热源)，以将柔性面板所产生的热能快速地散逸出，以及承受柔性面板无数次的弯曲或折叠。此外，由于石墨烯材料可吸收电磁波，因此，本实施例的散热结构1也具有电磁波屏蔽的能力。
特别说明的是，本发明实施例所指的石墨烯材料“填满”纤维的空隙，并不是指在放大的情况下，纤维之间的空隙完全被石墨烯微片塞满而没有任何空间，只要纤维之间的空隙被石墨烯微填充而占有例如85％或90％以上的空间，即为本发明所称的“填满”。
另外，在一些实施例中，散热结构1更可以包括粘结剂(未显示)，粘结剂可混合于第一石墨烯材料12中。其中，粘结剂具有粘性，例如但不限于高分子树脂、或聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。利用粘结剂可增加第一石墨烯材料12本身的结合强度，同时可增加第一石墨烯材料12与纤维111之间的连接强度，使第一石墨烯材料12不易脱落。
请分别参照图2a至图2e所示，其分别为本发明不同实施例的散热结构的示意图。
如图2a所示，本实施例的散热结构1a与前述实施例的散热结构1其组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，在本实施例的散热结构1a中，还包括散热层13，散热层13设置于第一非织造散热层11a上。本实施例的散热层13可包括第二石墨烯材料与粘结剂(图未显示)，粘结剂混合于第二石墨烯材料中以形成该散热层13。在此，粘结剂同样具有粘性，例如但不限于高分子树脂、或聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。利用粘结剂可增加第二石墨烯材料的结合强度，同时可增加散热层13与第一非织造散热层11a的连接强度，不易脱落。由于散热层13包括有石墨烯材料(第二石墨烯材料)，使得散热层13为石墨烯导热膜(graphenethermalfilm,gtf)。由于石墨烯导热膜具有良好的导热性，更可快速地将热能沿着表面的延伸方向传递，以达到快速散逸热能的目的。在不同的实施例中，散热层13也可以包括不同材质，例如可包括不锈钢，使得散热层13为不锈钢基板，其厚度例如可小于100微米。
在一些实施例中，可在设置第一石墨烯材料12于纤维111的空隙的同时，以相同的工艺形成散热层13(石墨烯导热膜)，也就是说在第一非织造散热层11a上堆叠且形成散热层13，以得到散热结构1a；或者，如图2b所示，先制备散热层13后，再利用粘合层h将散热层13贴附于第一非织造散热层11a上，以得到散热结构1b。
另外，如图2c所示，本实施例的散热结构1c与前述实施例的散热结构1a其组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，在本实施例的散热结构1c中，还包括第二非织造散热层11b，第二非织造散热层11b设置于散热层13远离第一非织造散热层11a的一侧。其中，第二非织造散热层11b可与第一非织造散热层11a的材料与结构特征相同。在本实施例中，是将粘合层h设置于散热层13与第二非织造散热层11b之间，以通过粘合层h将第二非织造散热层11b贴附于散热层13上。在不同的实施例中，也可通过粘合层h将第二非织造散热层11b贴附于图2b的散热结构1b的散热层13上，以得到不同结构的耐弯折的散热结构。
另外，如图2d所示，本实施例的散热结构1d与前述实施例的散热结构1a其组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，在本实施例的散热结构1d中，还包括金属导热层14，金属导热层14设置于散热层13远离第一非织造散热层11a的一侧。在此，金属导热层14设置于散热层13背向第一非织造散热层11a的表面上。
在一些实施例中，可利用电沉积(electrodeposition)方式在散热层13背向第一非织造散热层11a的表面上形成金属导热层14，使金属导热层14可覆盖在散热层13的上表面；在一些实施例中，可以利用例如电镀、化学气相沉积(chemicalvapordeposition,cvd)、或物理气相沉积(physicalvapordeposition,pvd)，或其他适当方式等将金属导热层14形成于散热层13的上表面，本发明不限制。在一些实施例中，金属导热层14的厚度例如为10微米。金属导热层14的材料例如但不限于包括铜、铝、铁、银、金等高导热金属材料。在本实施例中，金属导热层14的材料是以铜，而且是利用电镀方式在材料为石墨烯的散热层13的表面上形成铜离子的金属导热层14为例。
在电镀工艺中，阳极可为铜金属，阴极可为(石墨烯)散热层13，以通过电镀工艺在散热层13的表面上形成铜离子涂层(金属导热层14)，以成为具有良好接合和散热能力的石墨烯/铜的复合膜层。材料为石墨烯的散热层13与材料为铜的金属导热层14的键结主要是靠两者界面处的电子密度的增加所形成强接合力，键结形态主要是离子键和范德华力(vanderwaalsforce)。此外，还可利用石墨烯的抗腐蚀特性，保护铜离子层在高温时的氧化现象不致于发生，由此保护铜离子层(金属导热层14)。特别说明的，利用电镀工艺形成铜离子的金属导热层14沉积在石墨烯的散热层13的表面具有以下的优点：a、两者的结合力相当好，结合强度高；b、铜(金属导热层14)的韧性好，延展性佳，弯折不易断裂；c、深镀性能好，整平性也佳。
另外，如图2e所示，本实施例的散热结构1e与前述实施例的散热结构1d其组件组成及各组件的连接关系大致相同。不同之处在于，在本实施例的散热结构1e中，还包括第二非织造散热层11b，第二非织造散热层11b设置于金属导热层14远离散热层13的一侧。在此，第二非织造散热层11b是通过粘合层h连接在金属导热层14背向散热层13的表面上。第二非织造散热层11b可与第一非织造散热层11a的材料与结构特征相同。
此外，前述的粘合层h可包括粘合胶材(例如双面胶)；或者，粘合层h可包括粘合胶材和导热材料，导热材料混合于粘合胶材中以形成粘合层h。在此，导热材料可例如但不限于为石墨烯，除了使粘合层h具有粘合功能外，还可协助热能的传导。在一些实施例中，粘合层h可包括热粘合胶材，例如包括粘合树脂(binderresin)，或粘合树脂加上例如石墨烯。其中，粘合树脂可以是单一树脂，或者是两种或多种树脂的混合，且该树脂的种类可选自聚乙烯乙醇基树脂(polyvinylalcohol-basedresin)、硅基(silicon-based)树脂、环氧基(epoxy-based)树脂、丙烯酸基(acrylate-based)树脂、胺基甲酸乙酯基(urethane-based)树脂、聚酰胺(polyamide-based)基树脂、或聚亚酰胺(polyimide-based)基树脂，或其所组成的群组。在一些实施例中，粘合层h的厚度例如为2微米。
在一些实施例中，可将粘合材料(粘合层h)设置于散热结构1a或1b的散热层13远离第一非织造散热层11a的表面上，以通过粘合材料将散热结构1a或1b贴附于热源上；或者，将粘合材料(例如粘合层h)设置于散热结构1d的金属导热层14远离第一非织造散热层11a的表面上，以通过粘合材料将散热结构1d贴附于热源上；又或者，将粘合材料(例如粘合层h)设置于散热结构1c或1e的第一非织造散热层11a或第二非织造散热层11b远离散热层13的表面上，以通过粘合材料将散热结构1c或1e贴附于热源上。
请参照图3所示，其为本发明实施例的电子装置的示意图。电子装置2包括热源21、耐弯折的散热结构22以及粘合层23。耐弯折的散热结构22设置于热源21上，且粘合层23设置于热源21与耐弯折的散热结构22之间。在此，是利用粘合层23将散热结构22贴附于热源21。其中，散热结构22可为上述的散热结构1、1a～1e的其中之一，或其变化形式，而粘合层23的材料可与上述的粘合层h相同，具体技术内容都于上述中详述，在此不再多作说明。
电子装置2可例如但不限于为柔性显示设备，例如但不限于为手机、笔记本电脑、平板计算机、或显示器。在一些实施例中，当电子装置2为手机，例如但不限于包括柔性发光二极管(led)柔性面板或柔性有机发光二极管(oled)柔性面板时，热源21可为其显示屏幕而具有显示面，而散热结构22可通过粘合层23贴附于显示面相反的表面(即显示屏幕的背面)，以通过粘合层23使散热结构22与柔性面板(热源21)连接。由此，除了可以达到散热功能外，散热结构22还可承受柔性面板的多次弯曲或折叠，以顺应柔性电子装置2的散热与弯折需求。
请参照图4并配合图5a至图5c所示，以说明本发明的实施例的耐弯折的散热结构的制造方法。其中，图4为本发明实施例的耐弯折散热结构的制造方法的流程步骤图，而图5a至图5c分别为本发明实施例的耐弯折散热结构的制造过程示意图。
如图4所示，本发明实施例的耐弯折散热结构的制造方法至少包括步骤s01至步骤s04。
如图4所示，首先，步骤s01为：制备浆料s，其中浆料s包括非织造材料。在一些实施例中，如图5a所示，可将非织造材料(例如聚酯粒)熔化，并和例如甲苯与二甲基甲酰胺(dmf)等溶剂混合而成为浆料s。之后，步骤s02为：利用浆料s形成第一非织造层11，其中第一非织造层11是通过熔喷(meltblown)工艺形成多条纤维111交错而成，且多条纤维111之间具有多个空隙。在此，如图5a所示，熔喷工艺是将包括非织造材料的浆料s与热空气h从喷嘴n高速喷出以形成细小的连续性纤维111，在堆叠、切断后，在基板b上形成第一非织造层11。其中，可依据设计需求使纤维111堆叠出所需的第一非织造层11的厚度。
之后，如图5b所示，进行步骤s03：设置第一石墨烯材料12于多条纤维111的多个空隙中。在一些实施例中，可将第一石墨烯材料12、溶剂(及粘结剂)混合均匀以形成浆料后，通过例如涂布、印刷或浸泡等工艺，将第一石墨烯材料12设置在第一非织造层11的多条纤维111之间的空隙中。其中，在利用涂布、印刷或浸泡等工艺将浆料设置在第一非织造层11时，浆料中的第一石墨烯材料12会进入纤维111的空隙中。上述的溶剂可包括例如丁酮(methylethylketone,mek)、水、丙酮(acetone)、乙酸乙脂、或酒精、或其组合等中高极性溶剂。另外，涂布工艺可例如但不限于为喷射涂布(spraycoating)或旋转涂布(spincoating)，而印刷工艺可例如但不限于为喷墨打印(inkjetprinting)或丝网印刷(screenprinting)。如图5b所示，本实施例是以喷射涂布的方式将第一石墨烯材料12设置在第一非织造层11的多条纤维111之间的空隙中为例。由于尚未经过固化工艺，因此，第一非织造层11的纤维111还处于蓬松状态，此时第一石墨烯材料12尚未填满纤维111之间的空隙。
接着，如图5c所示，再进行步骤s04：利用热压工艺固化第一非织造层11，使第一石墨烯材料12填满多条纤维111的多个空隙，以形成第一非织造散热层11a。其中，热压工艺除了可去除溶剂且固化第一非织造层11的纤维111而使第一非织造层11定型外，更可使纤维111之间的空隙变小而降低第一非织造层11的厚度，同时使得第一石墨烯材料12可以填满多条纤维111的多个空隙，以得到第一非织造散热层11a。最后，再将第一非织造散热层11a与基板b分离，以得到图5c的散热结构1(图5c的结构与图1a相同)。
在一些实施例中，在设置第一石墨烯材料12于多条纤维111的多个空隙的步骤s03之前，散热结构的制造方法还可包括：使粘结剂混合于第一石墨烯材料12中。在一些实施例中，散热结构的制造方法还可包括：设置散热层13于第一非织造散热层11a上(可参考图2a)。其中，散热层13可包括第二石墨烯材料与粘结剂，粘结剂混合于第二石墨烯材料中；或者，散热层13的材质可包括不锈钢，使得散热层13为不锈钢基板。在一些实施例中，散热结构的制造方法还可包括：设置第二非织造散热层11b于散热层13远离第一非织造散热层11a的一侧(可参考图2c)。在一些实施例中，散热结构的制造方法还可包括：形成金属导热层14于散热层13远离第一非织造散热层11a的一侧(可参考图2d)。在一些实施例中，散热结构的制造方法还可包括：设置第二非织造散热层11b于金属导热层14远离散热层13的一侧(可参考图2e)。
此外，本发明的耐弯折的散热结构的制造方法的其他技术内容已于上述中详述，在此不再赘述。
综上所述，在本发明耐弯折的散热结构中，通过石墨烯材料(第一石墨烯材料)设置于第一非织造层的多条纤维的空隙中，而且是填满多个空隙的结构设计，除了可通过空隙中的第一石墨烯材料达到快速散热的功能外，还可经由第一非织造层的非织造纤维的特性承受无数次的弯曲或折叠。因此，当本发明的散热结构应用于柔性电子装置的柔性面板时，可顺应柔性面板的散热与弯折需求。
以上所述仅是举例性的，而不是限制性的。任何未脱离本发明的精神和范围，而对其进行的等效修改或变更，均应包含在本专利申请范围中。
1.一种耐弯折的散热结构，包括：
第一非织造层，其由多条纤维交错而成，所述多条纤维包括非织造材料，且所述多条纤维之间具有多个空隙；以及
第一石墨烯材料，其设置于所述多条纤维的所述多个空隙中，且所述第一石墨烯材料填满所述多条纤维的所述多个空隙，以形成第一非织造散热层。
2.根据权利要求1所述的耐弯折的散热结构，其中所述多条纤维包括天然纤维、人造纤维、或合成纤维、或其组合。
3.根据权利要求1所述的耐弯折的散热结构，还包括：
粘结剂，其混合于所述第一石墨烯材料中。
4.根据权利要求1所述的耐弯折的散热结构，还包括：
散热层，其设置于所述第一非织造散热层上。
5.根据权利要求4所述的耐弯折的散热结构，其中所述散热层包括第二石墨烯材料与粘结剂，所述粘结剂混合于所述第二石墨烯材料中。
6.根据权利要求4所述的耐弯折的散热结构，其中所述散热层为不锈钢基板。
7.根据权利要求4所述的耐弯折的散热结构，还包括：
第二非织造散热层，其设置于所述散热层远离所述第一非织造散热层的一侧。
8.根据权利要求4所述的耐弯折的散热结构，还包括：
金属导热层，其设置于所述散热层远离所述第一非织造散热层的一侧。
9.根据权利要求8所述的耐弯折的散热结构，还包括：
第二非织造散热层，其设置于所述金属导热层远离所述散热层的一侧。
10.一种电子装置，包括：
热源；
根据权利要求1至第9中任一项所述的耐弯折的散热结构，其设置于所述热源上；以及
粘合层，其设置于热源与所述耐弯折的散热结构之间。
11.根据权利要求10所述的电子装置，其中所述粘合层包括导热材料与粘合胶材，所述导热材料混合于所述粘合胶材中以形成所述粘合层。
12.一种耐弯折的散热结构的制造方法，包括：
制备浆料，其中所述浆料包括非织造材料；
利用所述浆料形成第一非织造层，其中所述第一非织造层是通过熔喷工艺形成多条纤维交错而成，且所述多条纤维之间具有多个空隙；
设置第一石墨烯材料于所述多条纤维的所述多个空隙中；以及
利用热压工艺固化所述第一非织造层，使所述第一石墨烯材料填满所述多条纤维的所述多个空隙，以形成第一非织造散热层。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，是通过涂布、印刷或浸泡工艺使所述第一石墨烯材料设置于所述多条纤维的所述多个空隙中。
14.根据权利要求12所述的制造方法，其中在设置第一石墨烯材料于所述多条纤维的所述多个空隙的步骤之前，使粘结剂混合于所述第一石墨烯材料中。
15.根据权利要求12所述的制造方法，还包括：
设置散热层于所述第一非织造散热层上。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其中所述散热层包括第二石墨烯材料与粘结剂，所述粘结剂混合于所述第二石墨烯材料中。
17.根据权利要求15所述的制造方法，其中所述散热层为不锈钢基板。
18.根据权利要求15所述的制造方法，还包括：
设置第二非织造散热层于所述散热层远离所述第一非织造散热层的一侧。
19.根据权利要求15所述的制造方法，还包括：
形成金属导热层于所述散热层远离所述第一非织造散热层的一侧。
20.根据权利要求18所述的制造方法，还包括：
设置第二非织造散热层于所述金属导热层远离所述散热层的一侧。
技术总结