CN103614602B - 一种用于120℃的液态金属热界面材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于120℃的液态金属热界面材料及其制备方法，由如下重量百分数的组分组成：20-25%铋, 8-12%锌，9-12%锡，1-2%银，2-3%铜，余量为铟。本发明设计的液态金属热界面材料热阻率低，体积粘度适合，不容易从接触面脱落。可以充分填充电子器件中的发热体与散热体之间的空隙，提高其散热性能。此外, 本发明设计的液态金属热界面材料克服了传统材料的热传导值低，热传导面积小和材料粘度难控制等缺点，该热界面材料在电子器件中的应用和推广具有极大的优势，随着其在电子器件行业的深入应用和不断推广，该新型的热界面材料必将逐步取代传统的热界面材料，成为电子器件的主导的热界面材料，同时推动电子器件的发展和应用。<b/>

Description

一种用于120℃的液态金属热界面材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种液态金属热界面材料，具体地说，涉及一种用于120℃的液态金属热界面材料及其制备方法。
背景技术
随着电子产品向着轻, 薄, 短和小方向发展的同时, 电子器件工作温度也大幅上升。器件间互联密度和界面接触程度对整个系统的散热性能有很大影响。为了保证电子器件能在正常工作温度下以最高效率运行, 必须进行有效的散热。在电子产品各个器件由内向外散热途径中, 除了依靠加装散热片和风扇来提高散热效率, 用于发热体和散热体之间的热界面材料也是制约电子产品散热可靠性的一个关键瓶颈。
液态金属是一种在工作温度下呈现液态的新型散热介质。因为具有远远大于硅脂的传热系数而处于散热金字塔的顶端(液态金属传热系数:~80W/m·K, 硅脂: ~2W/m·K)。在常温下液态金属可以为膏状或者箔状。箔状的液态金属在工作温度下具有足够的流动性来填充发热体和散热体之间的间隙, 从而有效地降低整个体系的接触热阻。目前使用的箔状液态金属热界面材料, 熔点在60℃左右。对于一些在100℃以上高温下工作的电子器件, 这样的液态金属在工作温度下流动性过大, 很容易造成侧漏, 从而导致电路短路。热界面材料工作的稳定性对电子组件的寿命有极大的影响, 相关新产品成功研制已经成为高效散热领域急需解决的世界性难题。液态金属热界面材料由于其高可靠性, 高的传热性能而在电子封装技术体现出了强大的优势。
目前，应用于120℃温度下电子产品的热界面材料主要的问题：
（1）传热系数低, 常用的高分子传热材料传热系数维持在2W/m·K左右。而且材料在高温下长时间工作老化速度快, 寿命只有半年左右, 需要经常更换。
（2）熔点在60℃左右的液态金属热界面材料用于120℃左右时, 热界面材料的粘度控制难, 而粘度太低的材料则会随着电子元件的温度的升高容易溢出。
发明内容
本发明的目的是克服现有的在60℃下熔化的液态金属工作时流动性过大的难题, 提供一种能在120℃左右熔化并在此温度左右工作的液态金属热界面材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种液态金属热界面材料，由如下重量百分数的组分组成：20-25%铋, 8-12%锌，9-12%锡，1-2%银，2-3%铜，余量为铟。
上述液态金属热界面材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼：按照配方称金属材料，利用石墨坩埚和真空感应炉将合金在真空下进行熔炼，当达到熔炼温度时，保温使金属溶液均匀，并将合金熔体浇铸成铸件；
（2）轧制：包括以下三个阶段：粗轧: 将合金铸件放入粗轧机,用轧制油润滑, 粗轧的压下道次为: 1mm-0.4mm-0.2mm-0.1mm；中轧: 将粗轧后的毛料进行中轧, 用轧制油润滑, 中轧压下道次为: 0.1mm-0.06mm；精轧: 将中轧后的料投入精轧机, 用轧制油进行润滑, 精轧的压下道次为0.06mm-0.04mm；
（3）加工成品：利用有机溶剂将得到的合金箔进行脱油处理，之后将制得的合金箔经过分切机裁，包装入库。有机溶剂优选为丙酮。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明设计的液态金属热界面材料热阻率低，体积粘度适合，不容易从接触面脱落。可以充分填充电子器件中的发热体与散热体之间的空隙，提高其散热性能。此外, 本发明设计的液态金属热界面材料克服了传统材料的热传导值低，热传导面积小和材料粘度难控制等缺点，该热界面材料在电子器件中的应用和推广具有极大的优势，随着其在电子器件行业的深入应用和不断推广，该新型的热界面材料必将逐步取代传统的热界面材料，成为电子器件的主导的热界面材料，同时推动电子器件的发展和应用。
具体实施方式
制备方法如下：
（1）熔炼：按照配方称金属材料，利用石墨坩埚和真空感应炉将合金在真空下进行熔炼，当达到熔炼温度时，保温10分钟使金属溶液均匀，并将合金熔体浇铸到设计好的容器中冷却凝固，最后得到规格为100*30*1mm的铸件；
（2）轧制：所需的热界面材料的产品的体积小，厚度低，故需要热界面材料达到很高精度，通过轧制，生产出厚度为0.04mm的产品。轧制过程包括以下三个阶段：粗轧: 将合金铸件放入粗轧机,用轧制油润滑, 粗轧的压下道次为: 1mm-0.4mm-0.2mm-0.1mm；中轧: 将粗轧后的毛料进行中轧, 用轧制油润滑, 中轧压下道次为: 0.1mm-0.06mm；精轧: 将中轧后的料投入精轧机, 用轧制油进行润滑, 精轧的压下道次为0.06mm-0.04mm；
（3）加工成品：利用丙酮将得到的合金箔进行脱油处理，之后将制得的合金箔经过分切机裁制成设计宽度的尺寸, 并包装入库。
实施例1：
一种液态金属热界面材料，由铟、铋, 锌, 锡, 银和铜组成, 其重量百分数为：20%铋, 8%锌，12%锡，2%银，2%铜，铟56%。合金的熔点为118-125℃。
将所得箔状液态金属热界面材料安装到发热体和散热体之间, 在工作温度附近(120℃)熔化, 可以迅速填充发热器和散热器之间的空隙。该材料具有很高的导热系数(~70W/m·K), 可以在工作温度范围附近进行高效的散热。从而使电子元件较快地冷却到正常的工作温度，从而保证电子器件的正常工作。
实施例2：
一种液态金属热界面材料，由铟、铋, 锌, 锡, 银和铜组成, 其重量百分数为：25%铋, 12%锌，10%锡，1%银，3%铜，铟49%。合金的熔点为118-125℃。
将所得箔状液态金属热界面材料安装到发热体和散热体之间, 在工作温度附近(120℃)熔化, 可以迅速填充发热器和散热器之间的空隙。该材料具有很高的导热系数(~70W/m·K), 可以在工作温度范围附近进行高效的散热。从而使电子元件较快地冷却到正常的工作温度，从而保证电子器件的正常工作。
实施例3：
一种液态金属热界面材料，由铟、铋, 锌, 锡, 银和铜组成, 其重量百分数为：22%铋, 10%锌，9%锡，1%银，2%铜，铟56%。合金的熔点为118-125℃。
将所得箔状液态金属热界面材料安装到发热体和散热体之间, 在工作温度附近(120℃)熔化, 可以迅速填充发热器和散热器之间的空隙。该材料具有很高的导热系数(~70W/m·K), 可以在工作温度范围附近进行高效的散热。从而使电子元件较快地冷却到正常的工作温度，从而保证电子器件的正常工作。

Claims (1)

1.一种液态金属热界面材料，其特征在于由如下重量百分数的组分组成：20-25%铋, 8-12%锌，9-12%锡，1-2%银，2-3%铜，余量为铟；
制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼：按照配方称金属材料，利用石墨坩埚和真空感应炉将合金在真空下进行熔炼，当达到熔炼温度时，保温使金属溶液均匀，并将合金熔体浇铸成铸件；
（2）轧制：包括以下三个阶段：粗轧: 将合金铸件放入粗轧机,用轧制油润滑, 粗轧的压下道次为: 1mm-0.4mm-0.2mm-0.1mm；中轧: 将粗轧后的毛料进行中轧, 用轧制油润滑, 中轧压下道次为: 0.1mm-0.06mm；精轧: 将中轧后的料投入精轧机, 用轧制油进行润滑, 精轧的压下道次为0.06mm-0.04mm；
（3）加工成品：利用有机溶剂将得到的合金箔进行脱油处理，之后将制得的合金箔经过分切机裁，包装入库；
所述有机溶剂为丙酮。
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