CN104213011A - 长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，该材料由质量百分比计的以下组分制备而成：In(铟)49-56.5％；Sn(锡)10.0-16.5％；Bi(铋)30-36％；Al：1-1.5％。所述该长寿命低熔点金属合金导热材料的熔点为47-61摄氏度。所述该长寿命低熔点金属合金导热材料在80摄氏度时其导热率为60-85W/mK。并且本材料具有较高的抗氧化性能。本发明的有益效果是，熔点低，有利于大规模生产。

Description

长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金材料及其制备方法，特别是一种长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法。

背景技术

目前，微电子技术迅速发展使得电子芯片总功率密度大幅增大,热流密度也随之增加。散热好坏会严重影响到系统稳定性以及硬件寿命。基于风冷,水冷和热管的传统散热技术已经无法满足高性能芯片急速发展的需要。较为新颖的散热技术,例如微通道,热电制冷和相变等,在一定程度上提高了散热效率。但是随着高功率密度器件大规模应用,这些散热技术也日渐趋近极限。芯片技术对高性能散热方法提出了前所未有的迫切需求,使得超高热流密度芯片散热一直是国际上异常活跃的研究领域。芯片在很多情况下都是通过导热硅胶连接芯片表面和散热器模组进行热量散发。制作再精良散热器和芯片等发热体接触难免都有空隙，而缝隙之间的空气是热的不良导体。导热硅胶的作用在于利用其流动性来填充热源与散热器表面之间缝隙，使它们能更充分接触来达到加速传热的目的。但是，由于硅胶在空气中长期放置容易老化,且其极低的热导率是整个系统的散热瓶颈。

为了解决上述问题，技术人员设计了一种长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法(申请号为201310323754.6)，上述技术选取In、Sn、Bi、Zn四种粉末混合制得长寿命低熔点金属合金导热材料，该导热材料熔点为57-63摄氏度，然而上述技术所选取的材料配比并未达到最优化配置，熔点也未能达到最低，最关键的是，上述合金在高温工作下易于被氧化，形成氧化物后寿命将降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，该材料由质量百分比计的以下组分制备而成：

所述该长寿命低熔点金属合金导热材料的熔点为47-61摄氏度。

所述该长寿命低熔点金属合金导热材料在80摄氏度时其导热率为60-85W/mK。

所述该材料由按质量百分比计的以下组分制备而成:

In     54-55.7％；

Sn  11.3-12.0％；

Bi  32.9-33.3％。

该长寿命低熔点金属合金导热材料的制备依次包括以下工艺步骤:

1)混合：选取In、Sn、Bi或Al的粉末，按权利要求1或4中任意一项所述的配方比例混合均匀；

2)真空加热炉加热：将混合均匀后的粉末盛入坩埚中，再放入真空加热炉中,将加热炉抽真空到0.1-1Torr的气压；然后将加热炉升温到600摄氏度，从室温到600摄氏度的升温过程为缓慢加热过程，耗时1个小时；之后保持600摄氏度1个小时；

3)冷却：最后关闭加热电源，使其自然冷却到室温，自然冷却约耗时2个小时，即得长寿命低熔点金属合金导热材料。

利用本技术方案制备的长寿命低熔点金属合金导热材料一般用于制备箔材，制备铂材料的工艺步骤为：

a)将制好的长寿命低熔点金属合金导热材料放在水浴加热至70摄氏度，长寿命低熔点金属合金导热材料在70摄氏度的水中溶成薄平状，同时长寿命低熔点金属合金导热材料中的一些杂质将在此过程中析出；

b)将薄平状的长寿命低熔点金属合金导热材料送入粗轧机中粗加工，之后再送入精细轧机中轧制成厚度为40微米左右的箔材。

利用本发明的技术方案制作的长寿命低熔点金属合金导热材料，采用In、Sn、Bi、Al四种粉末混合制得，其熔点仅为47-61摄氏度。

附图说明

图1是本发明所述的长寿命低熔点金属合金导热材料在1年时间内且CPU高负荷运行情况下的温度随月份变化的示意图；

图2是本发明所述的长寿命低熔点金属合金导热材料熔点测试的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行具体描述，

实施例1

一种长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，该材料由质量百分比计的以下组分制备而成：

所述该长寿命低熔点金属合金导热材料的熔点为47-61摄氏度。

所述该长寿命低熔点金属合金导热材料在80摄氏度时其导热率为60-85W/mK。

该长寿命低熔点金属合金导热材料的制备依次包括以下工艺步骤:

1)混合：选取In、Sn、Bi的粉末，按权利要求1或4中任意一项所述的配方比例混合均匀；

2)真空加热炉加热：将混合均匀后的粉末盛入坩埚中，再放入真空加热炉中,将加热炉抽真空到0.1-1Torr的气压；然后将加热炉升温到600摄氏度，从室温到600摄氏度的升温过程为缓慢加热过程，耗时1个小时；之后保持600摄氏度1个小时；

3)冷却：最后关闭加热电源，使其自然冷却到室温，自然冷却约耗时2个小时，即得长寿命低熔点金属合金导热材料。

实施例2

一种长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，该材料由按质量百分比计的以下组分制备而成:

In   55％；

Sn   12％；

Bi   33％。

所述该长寿命低熔点金属合金导热材料的熔点为47-61摄氏度。

所述该长寿命低熔点金属合金导热材料在80摄氏度时其导热率为60-85W/mK。

该长寿命低熔点金属合金导热材料的制备依次包括以下工艺步骤:

1)混合：选取In、Sn、Bi的粉末，按权利要求1或4中任意一项所述的配方比例混合均匀；

2)真空加热炉加热：将混合均匀后的粉末盛入坩埚中，再放入真空加热炉中,将加热炉抽真空到0.1-1Torr的气压；然后将加热炉升温到600摄氏度，从室温到600摄氏度的升温过程为缓慢加热过程，耗时1个小时；之后保持600摄氏度1个小时；

3)冷却：最后关闭加热电源，使其自然冷却到室温，自然冷却约耗时2个小时，即得长寿命低熔点金属合金导热材料。

通过实施例1和实施例2制成的成品与现有技术方案制成的成品相比，其特点是通过上述配比成分制成的长寿命低熔点金属合金导热材料熔点为47～61摄氏度。因此，此合金在常温下为固态。为方便使用，可以轧制成片状。如将此合金粘附与计算机处理器和散热风扇之间，在通常工作温度(>70摄氏度)下合金将融化为液态。本长寿命低熔点金属合金导热材料在液态情况下具有较高的热导率。经过测量，在温度为80摄氏度时，其导热率为60～85W/mK。与常见的导热硅脂的导热率1～5W/mK相比，性能有了数十倍的提高。

利用实施例1制成的长寿命低熔点金属合金导热材料具有较强的抗氧化性，其主要原因为Al元素较In,Sn,Bi元素更容易吸收氧原子。因此在材料内部拥有一定组分的Al元素能够使得其它元素与氧结合更加缓慢，而氧化铝的产生并不形象材料的导热能力，所以加入1％^～1.5％的铝能够起到提高液态金属寿命的效果。

使用寿命测试：

如图1所示，在1年时间内，CPU高负荷运行时的温度随月份数增加的情况。桔黄色三角形为利用本技术方案所述长寿命低熔点金属合金导热材料制成的箔材的使用效果，而蓝色为普通长寿命低熔点金属合金导热材料制成的箔材的使用效果。可见本技术方案制成的箔材比普通箔材的温度要低很多，散热效果明显优与普通产品，因此本技术方案制成的箔材寿命将大大延长。经测定，如果CPU温度上升5度，则利用本技术方案制成的铂材寿命可达到2年，而普通的铂材仅为0.5年。

熔点测试：

方法：热差法测试

仪器：南京大展机电DSC100差示扫描量热仪

测试结果：

如图2所示，利用本技术方案制成的长寿命低熔点金属合金导热材料的合金熔点可达47～61摄氏度，相比于同类产品熔点低得多。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，其特征在于，该材料由质量百分比计的以下组分制备而成：

2.根据权利要求1所述的长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，其特征在于，所述该长寿命低熔点金属合金导热材料的熔点为47-61摄氏度。

3.根据权利要求1所述的长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，其特征在于，所述该长寿命低熔点金属合金导热材料在80摄氏度时其导热率为60-85W/mK。

4.根据权利要求1或2或3所述的长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，其特征在于，所述该材料由按质量百分比计的以下组分制备而成:

In     54-55.7％；

Sn  11.3-12.0％；

Bi  32.9-33.3％。

5.根据权利要求1所述的长寿命低熔点金属合金导热材料及其制备方法，其特征在于，该长寿命低熔点金属合金导热材料的制备依次包括以下工艺步骤:

1)混合：选取In、Sn、Bi或少许Al的粉末，按权利要求1或4中任意一项所述的配方比例混合均匀；

2)真空加热炉加热：将混合均匀后的粉末盛入坩埚中，再放入真空加热炉中,将加热炉抽真空到0.1-1Torr的气压；然后将加热炉升温到600摄氏度，从室温到600摄氏度的升温过程为缓慢加热过程，耗时1个小时；之后保持600摄氏度1个小时；

3)冷却：最后关闭加热电源，使其自然冷却到室温，自然冷却约耗时2个小时，即得长寿命低熔点金属合金导热材料。