CN106756382A - 一种具有反熔特性用于54‑61℃散热的液态金属 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有反熔特性用于54‑61℃散热的液态金属。由如下重量百分数的组分组成：Sb：4‑28%,Bi:1‑10%,Sn:1‑30%,Ag:0.2‑0.4%,Zn:2‑3%,La:0.2‑6%,余量为In。本发明的液态金属在54‑61℃温度范围内呈现固液态，具有足够的粘度。当温度高于62‑64℃以后，由于固相含量的增加而发生反熔现象而固化。在保证现有59℃左右电脑芯片用液态金属的传热性能和热力学性能的基础上，将温度再升高后产生反熔行为的多相合金特性引入到液态金属设计中，并指定了适合在54‑61℃范围内散热的合金成分范围。当温度高于62‑64℃后，液态金属反而会由于固相含量的升高而发生反熔行为。从而确保了液态金属在电脑芯片的使用过程不会发生侧漏，提高了散热的安全性。

Description

一种具有反熔特性用于54-61℃散热的液态金属

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种液态金属配方。

背景技术

随着当代电子技术迅速的发展，电子元器件的集成程度和组装密度不断提高。在提供了强大使用功能同时，也导致了其工作功耗和发热量的急剧增大。高温将会对电子元器件的稳定性、可靠性和寿命产生有害的影响。因此确保发热电子元器件所产生的热量能够及时的排出，己经成为微电子产品系统组装的一个重要方面。对于集成程度和组装密度都较高的便携式电子产品 (如笔记本电脑等)，散热甚至成为了整个产品的技术瓶颈问题。

在微电子材料表面和散热器之间存在极细微凹凸不平空隙，如果将他们直接安装在一起，它们间的实际接触面积只有散热器底座面积的10%，其余均为空气间隙。因为空气是热的不良导体，将导致电子元件与散热器间的接触热阻非常大，严重阻碍了热量的传导，最终造成散热器的效能低下。可以将具有高导热性的热界面材料填充满这些间隙，排除其中的空气，在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道，可以大幅度降低接触热阻，使散热器的作用得到充分地发挥。随着微电子产品对安全散热的要求越来越高，热界面材料也在不断的发展。可以肯定的是，长期以来广泛使用的导热硅脂，由于导热率低，时间长后会发生老化等缺点，使用受到很大程度的限制。

理想的热界面材料应具有的特性是：(1)高导热性；(2)高柔韧性，保证在较低安装压力条件下热界面材料能够最充分地填充接触表面的空隙，保证热界面材料与接触面间的接触热阻很小；(3)安装简便并具可拆性；(4)适用性广，既能被用来填充小空隙，也能填充大缝隙。近年来，国际上广泛受到关注的液态金属便是满足这些要求的新型热界面材料，非常适合应用于高密度大功率电子元器件的散热领域。液态金属具有高传热性能的天然特性，液态金属热界面材料热导率远优于传统硅油基界面材料，性能优势明显。同时，液态金属热界面材料物化性质稳定，无毒无害，不易挥发，更适合高温/高热流场合的长期应用。液态金属热界面材料因其卓越的散热性能，极高的稳定性，以及优异的耐高温能力、无蒸发、无毒等特性，对大量传热领域提供了崭新甚至是终极的解决方案，预计将带动众多新兴产业的快速发展，甚至能在世界范围内引导形成全新的高热流密度电子工业，产业价值巨大。在信息通信、先进能源、光电产业、空间应用、尖端武器系统及电力电子等行业的重大应用价值。

液态金属用于热界面材料时，靠的是室温下呈现固态的合金在设定的使用温度下变成具有一定流动性的液态或者固液混合物来填充发热体和散热体之间的间隙。因而温度在该类合金熔点的时候就已经开始融化，或者熔点在一定的范围之内，超过该范围，液态金属以完全的液状存在。目前而言，液态金属用于工业界的一个难题是液态金属在使用温度下的流动性以及温度再升高后流动性加剧问题。由于液态金属具有导电的特性，液态金属从热界面附近侧漏会导致周围电路的短路。因而，当温度升高时，侧漏的可能性越大。目前市场上的液态金属，工作温度为59℃。在59℃时开始熔化，在工作状态下为液态，侧漏问题一直是抑制其工业化大规模应用的难题。能否找到一种液态金属，在使用温度下具有固液两相状态（例如在59℃下熔化并工作的液态金属），在随后温度升高后反而会发生凝固或者固相含量继续升高而固化，是液态金属涉及的一个新热点。这种随着温度的升高先熔化后又凝固的现象称为反熔化特性。该类新型液态金属的研制和产业化，会完全克服现有的液态金属在温度继续升温后流动性增加并侧漏的难题，使得液态金属在散热领域的应用面进一步拓宽。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有反熔特性用于54-61℃散热的液态金属。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于54-61℃散热的液态金属，由如下重量百分数的组分组成：Sb：4-28%, Bi: 1-10%, Sn: 1-30%, Ag: 0.2-0.4%, Zn: 2-3%,La: 0.2-6%,余量为In。

合金熔点的设计和多元相图密切相关。n元合金体系的相图为n维，其中单相区，两相区，…,n相区都具有n维。因而选择合适的合金成分使得该合金在设定的温度下具有高流动性的固液状态，在温度继续升温后进入其它相区间而具有更高的固相含量。这种设计使得该类合金具有反熔点特征，只要把温度固定为电子器件最佳工作温度范围，在散热过程中温度继续升高后液态金属反而会发生固化，实现反熔特征。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明的液态金属在54-61℃温度范围内呈现固液态，具有足够的粘度。当温度高于62-64℃以后，由于固相含量的增加而发生反熔现象而固化。在保证现有59℃左右电脑芯片用液态金属的传热性能和热力学性能的基础上，将温度再升高后产生反熔行为的多相合金特性引入到液态金属设计中，并指定了适合在54-61℃范围内散热的合金成分范围。当温度高于62-64℃后，液态金属反而会由于固相含量的升高而发生反熔行为。从而确保了液态金属在电脑芯片的使用过程不会发生侧漏，从而提高了散热的安全性。

（2）本发明的液态金属不仅具有反熔行为，而且加工冶炼方法简单，生产成本低。并具有令人满意的传热性能和热稳定性能，便于工业化大规模生产和实际应用。

具体实施方式

实施例1

一种用于54-61℃散热且具有反熔特性的液态金属，按重量百分比计，该合金的成分为：Sb：6.3%, Bi: 8.4%, Sn: 6.5%, Ag: 0.2%, Zn: 2.3%,La: 0.3,余量为In。取如上成分的合金在420℃在真空感应熔炼炉中石墨坩埚内熔化后，并利用电磁搅拌均匀化10分钟。然后采用石墨模具铸造，并将铸件轧制到厚度为0.05mm左右的箔。该合金在55℃左右呈现固液态，具有足够的粘度。当温度高于62℃以后，由于固相含量的增加而发生反熔现象而固化。

实施例2

一种用于54-61℃散热且具有反熔特性的液态金属，按重量百分比计，该合金的成分为：Sb：8.3%, Bi: 3.4%, Sn: 7.4%, Ag: 0.3%, Zn: 2.6%,La: 0.4%,余量为In。取如上成分的合金在440℃在真空感应熔炼炉中石墨坩埚内熔化后，并利用电磁搅拌均匀化10分钟。然后采用石墨模具铸造，并将铸件轧制到厚度为0.05mm左右的箔。该合金在57℃左右呈现固液态，具有足够的粘度。当温度高于63℃以后，由于固相含量的增加而发生反熔现象而固化。

实施例3

一种用于54-61℃散热且具有反熔特性的液态金属，按重量百分比计，该合金的成分为：Sb：12.5%, Bi: 6.4%, Sn: 19.8%, Ag: 0.3%, Zn: 2.6%,La: 0.3%,余量为In。取如上成分的合金在430℃在真空感应熔炼炉中石墨坩埚内熔化后，并利用电磁搅拌均匀化10分钟。然后采用石墨模具铸造，并将铸件轧制到厚度为0.05mm左右的箔。该合金在59℃温度范围内呈现固液态，具有足够的粘度。当温度高于64℃以后，由于固相含量的增加而发生反熔现象而固化。

Claims (1)

1.一种用于54-61℃散热的液态金属，其特征在于由如下重量百分数的组分组成：Sb：4-28%, Bi: 1-10%, Sn: 1-30%, Ag: 0.2-0.4%, Zn: 2-3%,La: 0.2-6%,余量为In。