CN114919252A - 一种复合型高导热夹层垫片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型高导热夹层垫片，自上至下依次包括第一铟片层，夹心层，第二铟片层，制备原料以重量份计包括铟块1.5‑3份，液态金属块0.5‑1份。本发明通过采用铟片与液态金属片1：(0.3‑0.5)的面积比，使夹层垫片具有良好的柔软度，能够提高夹层垫片与固体表面的紧密贴合度，提高传热效率，降低接触热阻。并且通过采用铟金属和铟铋锡合金复配组合，使夹层垫片在室温下保持较好的定型状态，在高温环境下具有一定的柔软状态，方便垫片使用的同时还具有极好的导热效率。

Description

一种复合型高导热夹层垫片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合型高导热夹层垫片，涉及C09K，具体涉及不包含在其他类目中的各种应用材料。
背景技术
为了增加电子器件的散热，可以在电子发热部件与散热器中间增加垫片，降低热量传递的热阻，提高散热效率，目前所用的导热垫片大多为橡胶材料复合金属材料，橡胶材料在受热后容易出胶变软，纯金属垫片由于硬度较大在填充电子发热部件和散热器空隙时，效果不好，容易产生空气空腔，降低传热效率。
中国发明专利CN201710664654.8公开了一种含液态金属导热填料的导热硅胶片，通过硅胶片包裹液态金属材料达到高导热的技术效果，但是硅胶片与液态金属的相容性不好，在受热状态下性能容易发生改变。中国发明专利CN200710301900.X公开了一种金属热界面材料，通过提供镂空结构的金属热界面提高集成电路的散热性能的同时防止液相金属泄露，但是镂空结构中空隙的存在反而会降低导热效率。
发明内容
为了降低金属导热垫片的接触热阻，提高导热效率，本发明的第一个方面提供了一种复合型高导热夹层垫片，自上至下依次包括第一铟片层，夹心层，第二铟片层，制备原料以重量份计包括铟块1.5-3份，液态金属块0.5-1份。
作为一种优选的实施方式，所述夹心层的外缘为铟片，夹心层的中间为液态金属片。
作为一种优选的实施方式，所述铟片与液态金属片的面积之比为1：(0.3-0.5)。
作为一种优选的实施方式，所述铟片与液态金属片的面积之比为1：(0.35-0.45)。
作为一种优选的实施方式，所述铟片与液态金属片的面积之比为1：0.39。
作为一种优选的实施方式，所述液态金属片边缘与铟片边缘的距离为0.5-1mm。
作为一种优选的实施方式，所述液态金属片边缘与铟片边缘的距离为0.7-0.8mm。
作为一种优选的实施方式，所述液态金属片边缘与铟片边缘的距离为0.75mm。
申请人在实验过程中发现采用液态金属片与铟片的面积之比为1：(0.3-0.5)，液态金属片边缘与铟片边缘的距离为0.5-1mm的导热垫片可以使整体接触热阻降低50％以上，散热效果更好，猜测可能的原因是：在电子部件中，相互接触的需要散热的两个固体表面上分布有凹凸的接触点，纯铟片垫片在两个固体间，由于凹凸接触点的存在使垫片不能与两个固体表面紧密接触，会在垫片与固体表面间形成空隙，大量空隙中空气的存在，会使导热效率急剧下降，接触热阻处于极高的状态。当在铟片中加入液态金属片，液态金属片的熔点较低，在高温环境下会熔化成液态，增加垫片的柔软度，可以使垫片在高温环境下呈现弯曲状态，减少垫片与固体表面接触点的空隙产生，排出空气，提高热效率，降低接触热阻，从而提高了垫片的导热，散热效率，延长仪器的使用寿命。当液态金属片边缘与铟片边缘不在优选的范围内时，宽度过小会导致垫片在高温环境下的柔软度不够，不能达到降低接触热阻的效果，宽度过大不利于铟片的边缘封装，造成液态金属片高温熔融流出，增加生产成本。
作为一种优选的实施方式，所述第一铟片层与第二铟片层的厚度为0.01-0.5mm。
作为一种优选的实施方式，所述第一铟片层与第二铟片层的厚度为0.06-0.1mm。
进一步优选，所述第一铟片层与第二铟片层的厚度为0.08mm。
作为一种优选的实施方式，所述夹心层中液态金属片的厚度为0.01-0.5mm。
作为一种优选的实施方式，所述夹心层中液态金属片的厚度为0.02-0.08mm。
进一步优选，所述夹心层中液态金属片的厚度为0.05mm。
作为一种优选的实施方式，所述夹心层中铟片的厚度比液态金属片的厚度厚0.02-0.04mm。
作为一种优选的实施方式，所述夹心层中铟片的厚度为0.08mm。
申请人在实验过程中发现，夹心层中铟片的厚度比液态金属片的厚度厚0.02-0.04mm可以使导热垫片在高温环境中具有较好的柔软度，并且保持垫片的性能稳定，避免垫片发胀等问题，影响垫片的使用。
作为一种优选的实施方式，所述夹心层中液态金属片为合金片，所述合金片中的金属选自铟、铋、锡、镓、锑、锗中的至少两种。
作为一种优选的实施方式，所述夹心层中液态金属片为合金片，所述合金片中的金属为铟，铋，锡的组合。
作为一种优选的实施方式，所述夹心层中液态金属片为合金片，所述合金片中铟，锡，铋的重量比为(48～52)，(14～18)，(32～36)。
申请人在实验过程中发现，电子部件发热固体表面的温度升高至60℃左右时，导热效率的增加逐渐减缓，散热速度逐渐下降，猜测可能的原因是：固体表面与金属垫片金属部分之间的传热效率达到极限，凹凸接触点间产生的空隙成为阻碍导热效率上升的主要原因，因此通过采用重量比为(48～52)，(14～18)，(32～36)铟锡铋合金液态金属片可以使其在60℃左右发生熔化，打破传热极限，进一步提高导热效率，增加散热。
作为一种优选的实施方式，所述夹层垫片的形状选自方形、矩形、圆形、三角形中的一种。
本发明的第二个方面提供了一种复合型高导热夹层垫片的制备方法，包括以下步骤：
(1)使用加热台加热，将铟块加热熔化，将铟块熔化的高温铟水倒在一张平铺的A4纸上，冷却后得到厚度0.2～5mm的铟块；
(2)使用压延机对步骤1的铟块进行压延，压延成不同厚度的铟片；
(3)使用加热台加热，将液态金属块加热熔化，将液态金属块熔化的金属液倒在一张平铺的A4纸上，冷却后得到厚度0.1～10mm的液态金属块；
(4)使用压延机对步骤3的液态金属块进行压延，压延成液态金属片；
(5)对步骤2的铟片和步骤4的液态金属片进行裁切，然后依次叠加压制，合为一体即得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述复合型高导热夹层垫片，通过采用铟片与液态金属片1：(0.3-0.5)的面积比，使夹层垫片具有良好的柔软度，能够提高夹层垫片与固体表面的紧密贴合度，提高传热效率，降低接触热阻。
(2)本发明所述复合型高导热夹层垫片，通过采用铟金属和铟铋锡合金复配组合，使夹层垫片在室温下保持较好的定型状态，在高温环境下具有一定的柔软状态，方便垫片使用的同时还具有极好的导热效率。
(3)本发明所述复合型高导热夹层垫片，液态金属片通过采用铟锡铋(48～52)，(14～18)，(32～36)的重量比，使液态金属片在60℃的环境下可以熔化为液态，为垫片提供良好的柔软度。
附图说明
图1为第一铟片层的俯视结构示意图；
图2为夹心层的俯视结构示意图；
图3为复合型高导热夹层垫片的结构示意图。
图4为实施例1的复合型高导热夹层垫片不同压力下的热阻曲线图。
图中：1.第一铟片层；2.铟片；3.液态金属片；4.夹心层；5.第二铟片层。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例1
一种复合型高导热夹层垫片，自上至下依次包括第一铟片层1，夹心层4，第二铟片层5，制备原料以重量份计包括铟块3份，液态金属块1份。所述夹心层4的外缘为铟片2，夹心层4的中间为液态金属片3。所述铟片与液态金属片的面积之比为1：0.39。所述液态金属片边缘与铟片边缘的距离为0.75mm。所述第一铟片层与第二铟片层的厚度为0.08mm。所述夹心层中液态金属片的厚度为0.05mm，所述夹心层中铟片的厚度为0.08mm。所述合金片中铟，锡，铋的重量比为50，16，34。所述夹层垫片的形状为方形。
一种复合型高导热夹层垫片的制备方法，包括以下步骤：
(1)使用加热台加热，将铟块加热熔化，将铟块熔化的高温铟水倒在一张平铺的A4纸上，冷却后得到厚度为1mm的铟块；
(2)使用压延机对步骤1的铟块进行压延，压延成厚度为0.08mm的铟片；
(3)使用加热台加热，将液态金属块加热熔化，将液态金属块熔化的金属液倒在一张平铺的A4纸上，冷却后得到厚度1mm的液态金属块；
(4)使用压延机对步骤3的液态金属块进行压延，压延成厚度为0.75的液态金属片；
(5)对步骤2的铟片和步骤4的液态金属片进行裁切，然后依次叠加压制，合为一体即得。
实施例2
一种复合型高导热夹层垫片及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于夹心层为铟片。
性能测试
1.接触热阻：依据GB/T 8446.2-2004测试复合型高导热夹层垫片在40PSI的接触热阻。不同压力下的接触热阻曲线图见图4。通过曲线图可以看到，40PSI下，导热垫片的热阻为0.13cm2K/W，相较于传统铟片导热垫片同等条件下的0.3cm2K/W左右，热阻大幅降低，表明其热性能大幅上升。
2.硬度：依据GB/T5311-2008测试复合型高导热夹层垫片的邵氏硬度。
3.导热系数：依据GB T 3651-2008测试复合型高导热夹层垫片的导热系数。
将实施例1，2依据上述标准进行测试，测试结果见于表1。
表1
Figure BDA0003668505130000051

Claims (10)

1.一种复合型高导热夹层垫片，其特征在于，自上至下依次包括第一铟片层，夹心层，第二铟片层，制备原料以重量份计包括铟块1.5-3份，液态金属块0.5-1份。
2.根据权利要求1所述复合型高导热夹层垫片，其特征在于，所述夹心层的外缘为铟片，夹心层的中间为液态金属片。
3.根据权利要求2所述复合型高导热夹层垫片，其特征在于，所述铟片与液态金属片的面积之比为1：(0.3-0.5)。
4.根据权利要求2所述复合型高导热夹层垫片，其特征在于，所述液态金属片边缘与铟片边缘的距离为0.5-1mm。
5.根据权利要求1所述复合型高导热夹层垫片，其特征在于，所述第一铟片层与第二铟片层的厚度为0.01-0.5mm。
6.根据权利要求2所述复合型高导热夹层垫片，其特征在于，所述夹心层中液态金属片的厚度为0.01-0.5mm。
7.根据权利要求2所述复合型高导热夹层垫片，其特征在于，所述夹心层中铟片的厚度比液态金属片的厚度厚0.02-0.04mm。
8.根据权利要求2所述复合型高导热夹层垫片，其特征在于，所述夹心层中液态金属片为合金片，所述合金片中的金属选自铟、铋、锡、镓、锑、锗中的至少两种。
9.根据权利要求1所述复合型高导热夹层垫片，其特征在于，所述夹层垫片的形状选自方形、矩形、圆形、三角形中的一种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述复合型高导热夹层垫片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用加热台加热，将铟块加热熔化，将铟块熔化的高温铟水倒在一张平铺的A4纸上，冷却后得到厚度0.2～5mm的铟块；
(2)使用压延机对步骤1的铟块进行压延，压延成不同厚度的铟片；
(3)使用加热台加热，将液态金属块加热熔化，将液态金属块熔化的金属液倒在一张平铺的A4纸上，冷却后得到厚度0.1～10mm的液态金属块；
(4)使用压延机对步骤3的液态金属块进行压延，压延成液态金属片；
(5)对步骤2的铟片和步骤4的液态金属片进行裁切，然后依次叠加压制，合为一体即得。
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