CN106701031A - 一种由金属网格与低熔点合金构成的复合热界面材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种由金属网格和低熔点合金构成的复合热界面材料，常温下低熔点合金以固态形式存在于金属网格的网孔中，工作温度下低熔点合金融化并填充传热界面的空隙，金属网格可以防止低熔点合金溢出。其中，金属网格为铜网格、不锈钢网格、镍网格中的一种。低熔点合金为铟铋锡镓合金，熔点介于40～70℃之间。该复合热界面材料结构简单，导热率高，使用方便，安全可靠，可以避免因为液态合金溢出导致污染或者设备短路故障。
Description
技术领域
本发明涉及导热材料领域，具体涉及一种由金属网格与低熔点合金构成的复合热界面材料。
背景技术
热界面材料广泛用于提高电子器件和电气设备的散热效率。实际工作中，电子器件和电气设备中需要降温的材料表面与散热器表面之间发生接触，从而把热量传递给散热器，然后由散热器将热量向环境转移，最终实现给电子器件和电气设备降温的目的。然而，电子器件和电气设备中需要降温的材料表面和散热器表面均存在极细微的凹凸不平的空隙，如果将它们直接安装在一起，它们间的实际接触面积很小，大部分区域为空气间隙。空气的热导率很低，只有0.024W/(m·K)，是热的不良导体。在这种情况下，如果让电子器件和电气设备中需要降温的材料表面与散热器表面直接接触，则接触热阻非常大，严重阻碍了热量的传导，最终造成散热器的效能低下。为此，我们在传热界面之间填充高热导率的热界面材料，排除空隙里的空气，建立有效地热传导通道，能够大幅度的降低接触热阻，使散热器的作用得到充分地发挥。
导热硅脂是最典型的热界面材料。导热硅脂通常是以硅油为基体，添加导热填料制备而成。导热填料通常是耐热、导热性能良好的固体颗粒，是导热硅脂中主要的导热成份。硅油的作用主要是为导热硅脂提供必要的流动性，使其能够有效地充满接触界面之间的空隙并排除空气。然而，作为导热硅脂的基体和连续相，硅油本身的热导率并不高。例如，二甲基硅油的热导率只有0.13～0.16W/(m·K)，远远小于金属的热导率。常见的金属的热导率都在50W/(m·K)以上，导热性能好的金属如银、铜、铝的热导率超过200W/(m·K)。然而普通金属的熔点高，在电子器件和电气设备的工作温度下不具备流动性，因此无法排除接触界面之间的空气，起不到提高散热效率的作用。要利用金属的高热导率，就必须要降低其熔点，使其在工作温度下具有一定的流动性。降低金属熔点的有效办法是选择合适的组份形成低熔点合金。常见的金属中熔点较低的主要是铋、锡、铟、铅、镓等。这些金属之间形成的低熔点合金不仅具有较低的熔点，而且可以通过调整合金的组成以获得不同的熔点。一般情况下低熔点合金的热导率比硅油要高出两个数量级。
低熔点合金自身的导热性能优异，而且低熔点合金在比较低的温度下就可以熔融为液体，润湿传热接触界面，填充界面的空隙，降低接触热阻。但是低熔点合金熔融时易产生溢出现象，容易对电子元器件产生污染甚至造成短路故障。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种由金属网格与低熔点合金构成的复合热界面材料。
金属本身具有很高的热导率，金属网格在复合热界面材料中起到骨架的作用，同时对液态低熔点合金的流动起到限制作用。液态低熔点合金可以沿着传热接触面扩散，但是金属网格的存在限制了液态低熔点金属大量流动，起到收纳的作用，能够避免液态低熔点合金溢出。上述金属网格为铜网格、不锈钢网格、镍网格的一种。低熔点合金由铟、铋、锡、镓组成，质量比通式为In100BixSnyGaz，其中x＜100，y＜50，z＜2.5。上述低熔点合金的熔点在40～70℃之间。常温下低熔点合金以固态形式存在于金属网格的网孔中。当工作温度超过低熔点合金的熔点时，低熔点合金熔化形成的液态合金润湿传热接触面，填充界面上的空隙，从而降低界面接触热阻。上述因素综合起来使得所述复合热界面材料具有优异的传热性能。
附图说明
图1为本发明所述复合热界面材料的结构示意图，其中1为金属网格，2为低熔点合金。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明作进一步说明。
实例1
本实施例提供的复合热界面材料，由铜网格和低熔点合金组成，低熔点合金均匀地填充于铜网格的网孔中。铜网格的网孔尺寸为1000微米。低熔点合金为铟铋锡镓合金，质量比为In100Bi66Sn33Ga1.2，熔点为63℃。在Longwin TIM LW-9389稳态热流法导热测试仪(台湾瑞领科技股份有限公司)测试上述复合热界面材料的热导率，测试温度为30℃时，热导率为10W/(m·k)；测试温度为70℃时，热导率为45W/(m·k)。
实例2
本实施例提供的复合热界面材料，由铜网格和低熔点合金组成，低熔点合金均匀地填充于铜网格的网孔中。铜网格的网孔尺寸为500微米。低熔点合金为铟铋锡镓合金，质量比为In100Bi62Sn31Ga16，熔点为47℃。在Longwin TIM LW-9389稳态热流法导热测试仪(台湾瑞领科技股份有限公司)测试上述复合热界面材料的热导率，测试温度为30℃时，热导率为17W/(m·k)；测试温度为60℃时，热导率为52W/(m·k)。
实例3
本实施例提供的复合热界面材料，由不锈钢网格和低熔点合金组成，低熔点合金均匀地填充于不锈钢网格的网孔中。不锈钢网格的网孔尺寸为1000微米。低熔点合金为铟铋锡镓合金，质量比为In100Bi66Sn33Ga1.2，熔点为63℃。在Longwin TIM LW-9389稳态热流法导热测试仪(台湾瑞领科技股份有限公司)测试上述复合热界面材料的热导率，测试温度为30℃时，热导率为9W/(m·k)；测试温度为70℃时，热导率为41W/(m·k)。
实例4
本实施例提供的复合热界面材料，由不锈钢网格和低熔点合金组成，低熔点合金均匀地填充于不锈钢网格的网孔中。不锈钢网格的网孔尺寸为500微米。低熔点合金为铟铋锡镓合金，质量比为In100Bi62Sn31Ga16，熔点为47℃。在Longwin TIM LW-9389稳态热流法导热测试仪(台湾瑞领科技股份有限公司)测试上述复合热界面材料的热导率，测试温度为30℃时，热导率为15W/(m·k)；测试温度为60℃时，热导率为50W/(m·k)。
Claims (5)
1.一种由金属网格与低熔点合金构成的复合热界面材料，其特征在于，常温下低熔点合金以固态形式存在于金属网格中，工作温度下低熔点合金融化并填充传热界面的空隙，金属网格可以防止低熔点合金溢出。
2.如权利要求1所述的复合热界面材料，其特征在于，所述的金属网格为铜网格、不锈钢网格、镍网格的一种。
3.如权利要求1所述的复合热界面材料，其特征在于，所述金属网格的网孔尺寸在100～5000微米之间。
4.如权利要求1所述的复合热界面材料，其特征在于，所述低熔点合金为铟铋锡镓合金，质量比通式为In100BixSnyGaz，其中x＜100，y＜50，z＜2.5。
5.如权利要求1所述的复合热界面材料，其特征在于，所述的低熔点合金的熔点介于40～70℃之间。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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