CN114683632B - 一种褶皱结构金属基热界面材料及制备方法 - Google Patents

一种褶皱结构金属基热界面材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种褶皱结构金属基热界面材料，所述褶皱结构金属基热界面材料的基体是由金属箔压延而成；所述褶皱结构金属基热界面材料的纵向热导率为10～100W/mK，压缩率10～70％。以及一种金属基热界面材料的制备方法，具体地，将金属通过压延等方法，形成厚度为10μm以下的大面积金属箔，再对上述金属箔施以机械力作用，使金属箔形成褶皱结构，以构筑具有纵向可压缩性的热界面材料。

Description

一种褶皱结构金属基热界面材料及制备方法
技术领域
本申请涉及一种热界面材料领域。具体地，本申请涉及褶皱结构金属基热界面材料及其制备方法。
背景技术
市面上有许多不同的热界面材料，包括一系列粘合剂、润滑脂、橡胶垫、相变、碳和纳米结构材料。然而，许多商用热界面材料的主要缺点仍然是其相对较差的热性能。这些材料通常由低导电性有机相组成，如硅脂，穿插高导电性金属(如银、铜)或陶瓷颗粒(如氧化铝、氧化锌或氮化硼)，以提高材料的整体导热性。
金属拥有较高的热导率，然而金属的压缩模量很高，无法作为热界面材料直接使用
为解决金属基热界面材料的可压缩性问题，本申请提供了一种新的热界面材料。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种褶皱结构金属基热界面材料，其特征在于，所述褶皱结构金属基热界面材料的基体是由金属箔压延而成；所述褶皱结构金属基热界面材料的纵向热导率为10～100W/mK，压缩率10～70％。
所述纵向热导率为垂直于热界面材料水平面方向的热导率。
可选地，所述金属箔包括金、银、铜、铝及其合金。
可选地，所述金属箔厚度为100nm–10μm。
可选地，所述金属箔厚度为10μm–1mm。
可选地，所述褶皱结构金属基热界面材料的密度为0.5～5g/cm3。
可选地，所述褶皱结构金属基热界面材料还包括涂覆在所述金属基体表面的热界面材料。
具体地，所述的褶皱结构金属基热界面材料指热界面材料中包含褶皱结构金属的材料，包括但不限于褶皱结构金属基热界面材料基体本体，在褶皱结构金属基热界面材料基体进行表面涂覆的热界面材料，将褶皱结构金属基热界面材料基体与高分子复合的热界面材料。
根据本申请的另一个方面，提供了一种褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，将金属通过压延等方法，形成厚度为10μm以下的大面积金属箔，再对上述金属箔施以机械力作用，使金属箔形成褶皱结构，以构筑具有纵向可压缩性的热界面材料。
所述褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)金属通过压延的方式形成厚度小于10μm的金属箔；
(b)将步骤(a)得到的金属箔粘在进行预拉伸的胶上；
(c)将步骤(b)得到的粘有金属箔的预拉伸的胶进行收缩处理，收缩到胶拉伸前的状态；
(d)将步骤(c)得到的粘有金属箔的胶进行脱胶处理；
(e)将步骤(d)中得到金属箔进行在保护气氛下进行退火处理得到所述的褶皱结构金属基热界面材料。
可选地，所述金属箔的厚度为100nm、300nm、500nm、700nm、900nm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm中的任意值及其任意两者之间的范围值。
可选地，所述步骤(b)中预拉伸的胶包括具有粘性的高分子胶。
可选地，所述预拉伸的胶为聚甲基丙烯酸类的胶。
可选地，所述步骤(c)中收缩前的面积是收缩后的2～25倍。
可选地，所述步骤(c)中收缩前的面积是收缩后的2倍、5倍、7倍、10倍、12倍、15倍、18倍、20倍、22倍、25倍中的任意倍数以及任意二者之间的范围值。
可选地，所述步骤(d)中脱胶处理包括：使用溶剂浸泡或者高温处理的方式将胶与金属分离。
可选地，所述溶剂包括有机溶剂或PH＞13的碱性溶剂；
所述有机溶剂包括酒精、丙酮、二氯甲烷。
可选地，所述步骤(e)中退火温度为80～800℃，保温时间为0.5～3h。
可选地，所述步骤(e)中保护气包括氢气、氮气、氩气中的至少一种。
本申请能产生的有益效果包括：
本发明提供了一种褶皱结构金属基热界面材料及制备方法。与现有的热界面材料相比，本发明提供的金属基热界面材料具有较高的纵向导热系数，并同时保持极好的可压缩性能。与高分子复合热界面材料相比，具有更广的工作温度区间。本发明提供的方法在于调控金属材料的可压缩性，使水平不可压缩的金属箔排形成一种包括水平、倾斜、垂直结构的金属褶皱，在利用金属高热导率的基础上提高材料的可压缩性能。实验结果表明，本发明制备的金属热界面材料的纵向导热系数为10～100W/mK，压缩率10～70％。
附图说明
图1为本发明实施例1中，金属热界面材料的实物图。
图2为本发明实施例1中，褶皱结构金属热界面材料内部结构顶视图的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请的实施例中分析方法如下：
利用FE-SEM,Quanta FEG250,FEI,USA扫描电镜进行扫描电镜分析。
本发明提供了一种由褶皱结构构成的金属基热界面材料，所述褶皱结构金属基热界面材料基体是由金属箔压延而成；所述褶皱结构金属基热界面材料的纵向热导率为10～100W/mK，压缩率10～70％。
所述褶皱结构金属基热界面材料的密度为0.5～5g/cm3；金属基热界面材料基体的厚度为10μm–1mm
所述金属箔的厚度为100nm–10μm，包括但不限于金、银、铜，铝及其合金。
所述的褶皱结构金属基热界面材料指热界面材料中包含褶皱结构金属的材料，包括但不限于褶皱结构金属基热界面材料基体本体，在褶皱结构金属基热界面材料基体进行表面涂覆的热界面材料，将褶皱结构金属基热界面材料基体与高分子复合的热界面材料。
本实施例提供了一种褶皱结构金属基热界面材料。与现有的热界面材料相比，本发明提供的金属基热界面材料具有较高的纵向导热系数，并同时保持一定的可压缩性能。而且制备工艺简单，成本较低。实验结果表明，本发明制备的金属基热界面材料的纵向导热系数为10～100W/mK。
制备方法本发明公开了一种褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)金属通过压延的方式形成厚度小于10μm的金属箔；
(b)将步骤(a)得到的金属箔粘在进行预拉伸的胶上；
(c)将步骤(b)得到的粘有金属箔的预拉伸的胶进行收缩处理，收缩到胶拉伸前的状态；
(d)将步骤(c)得到的粘有金属箔的胶进行脱胶处理；
(e)将步骤(d)中得到金金属箔进行在保护气氛下进行退火处理得到如权利要求1所述的褶皱结构金属基热界面材料。
所述步骤(b)中预拉伸的胶包括但不限于具有粘性的高分子胶，如聚甲基丙烯酸类的胶。
所述步骤(c)中收缩前的面积是收缩后的2～25倍。
所述步骤(d)中脱胶处理是指使用溶剂浸泡或者高温处理的方式将胶与金属分离，溶剂包括但不限于酒精，丙酮，二氯甲烷等有机溶剂或PH＞13的碱性溶剂。
所述步骤(e)中退火温度为80～800℃，保温时间为0.5～3h。
所述步骤(e)中保护气包括但不限于氢气、氮气、氩气及其混合气。
实施例1
(a)将金属银通过压延的方式获得700nm的银箔；
(b)将步骤(a)得到的银箔粘在预拉伸面积为四倍的聚甲基丙烯酸基粘性胶上；
(c)得到的粘有银箔的预拉伸的胶进行收缩处理，收缩到胶拉伸前的状态；
(d)对步骤(c)得到的粘有银箔的胶浸泡在PH大于13的碱液中。进行脱胶处理；
(e)将步骤(d)中得到银箔进行在Ar气氛下进行800℃三小时退火处理；
本实施例提供的银基热界面材料密度为2.0g/cm3，纵向热导率为35W/mK，压缩率60％。
实施例2
如实施例1所述，不同之处在于将金属银箔压至300nm
本实施例提供的银基热界面材料密度为1.6g/cm3，纵向热导率为20W/mK，压缩率70％。
实施例3
如实施例1所述，不同之处在于预拉伸胶的面积为15倍本实施例提供的银基热界面材料密度为3.6g/cm3，纵向热导率为50W/mK，压缩率40％。
实施例4
如实施例1所述，不同之处在于退火过程中使用的气体为氢气与氩气的混合气。
本实施例提供的银基热界面材料密度为2.0g/cm3，纵向热导率为36W/mK，压缩率60％。
实施例5
如实施例1所述，不同之处在于退火温度为200℃
本实施例提供的银基热界面材料密度为2.1g/cm3，纵向热导率为33W/mK，压缩率65％。
实施例6
如实施例1所述，不同之处在于银箔厚度为4μm
本实施例提供的银基热界面材料密度为3.0g/cm3，纵向热导率为45W/mK，压缩率45％。
实施例7
(a)将金属铜通过压延的方式获得500nm的铜箔；
(b)将步骤(a)得到的铜箔粘在预拉伸面积为九倍的聚甲基丙烯酸基粘性胶上；
(c)得到的粘有铜箔的预拉伸的胶进行收缩处理，收缩到胶拉伸前的状态；
(d)对步骤(c)得到的粘有铜箔的胶浸泡在丙酮溶液中。进行脱胶处理；
(e)将步骤(d)中得到铜进行在H2气氛下进行600℃三小时退火处理；
本实施例提供的铜基热界面材料密度为2.3g/cm3，纵向热导率为37W/mK，压缩率55％。
实施例8
如实施例7所述，不同之处在于使用的金属为金。
本实施例提供的金基热界面材料密度为3.0g/cm3，纵向热导率为36W/mK，压缩率65％。
实施例9
如实施例7所述，不同之处在于使用的金属为铝
本实施例提供的金基热界面材料密度为0.9g/cm3，纵向热导率为16W/mK，压缩率55％。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)金属通过压延的方式形成厚度小于10μm的金属箔；
(b)将步骤(a)得到的金属箔粘在进行预拉伸的胶上；
(c)将步骤(b)得到的粘有金属箔的预拉伸的胶进行收缩处理，收缩到胶拉伸前的状态；
(d)将步骤(c)得到的粘有金属箔的胶进行脱胶处理；
(e)将步骤(d)中得到金属箔进行在保护气氛下进行退火处理得到所述的褶皱结构金属基热界面材料。
2.根据权利要求1所述的褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中预拉伸的胶包括具有粘性的高分子胶。
3.根据权利要求2所述的褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，其特征在于，所述预拉伸的胶为聚甲基丙烯酸类的胶。
4.根据权利要求1所述的褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)中收缩前的面积是收缩后的2～25倍。
5.根据权利要求1所述的褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(d)中脱胶处理包括：使用溶剂浸泡或者高温处理的方式将胶与金属分离。
6.根据权利要求5所述的褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括有机溶剂或PH＞13的碱性溶剂；
所述有机溶剂包括酒精、丙酮、二氯甲烷。
7.根据权利要求1所述的褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(e)中退火温度为80～800℃，保温时间为0.5～3h。
8.根据权利要求1所述的褶皱结构金属基热界面材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(e)中保护气包括氢气、氮气、氩气中的至少一种。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法制备的褶皱结构金属基热界面材料，其特征在于，所述褶皱结构金属基热界面材料的纵向热导率为10～100W/mK，压缩率10～70％。
10.根据权利要求9所述的褶皱结构金属基热界面材料，其特征在于，所述褶皱结构金属基热界面材料的密度为0.5～5g/cm3。
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