CN209794770U - 一种低熔点合金复合导热材料 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于导热材料领域，提供了一种低熔点合金复合导热材料，复合导热材料包括低熔点合金和贴合低熔点合金表面包裹的外层导热材料，且复合导热材料无缝隙的贴合在电子发热器件和散热材料之间。本实用新型的复合导热材料结构简单，使用方便，安全环保无泄漏，消除了热界面效应，降低了接触热阻，对流传热快，提高了热导率。

Description

一种低熔点合金复合导热材料

技术领域

本实用新型属于导热材料技术领域，尤其涉及一种低熔点合金复合导热材料。

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，在提供了强大的使用功能的同时，也导致了其工作功耗和发热量的急剧增大，为提高一些精密设备的工作效率，散热材料就起到越来越重要的作用。通常，传统元件发热功率较小时，其解决散热主要依靠加装散热片或风扇来提高散热效率，此时，对于接触热阻、扩散热阻等重要因素常被忽略，然而，随着整机功能及功率的提高，热管理技术的要求也越来越苛刻。在电子产品各个元器件由内向外散热途径中，除了要求发热元件本身应具备低热阻特性及充分使用高效率的散热元件，元件间互联密度和界面接触材料的热传导性能才是关键因素。

热界面材料是一种用于两种材料间的填充物，是热传递的重要桥梁，当两种材料互相接合时，无论是同种材料还是两种不同的材料，即使材料表面平整度很好并施加很大的压力，仍无法达到紧密接触，两者之间依然存在许多微细孔洞和空隙，这些空隙中的空气会明显的阻碍热传导，因此，热界面材料是决定散热功率高低的关键材料。现在，一些处理器散热材料主要有普通石墨片、金属导热板、导热凝胶、热管、石墨烯等，单纯的使用石墨片、石墨烯或金属外壳都会有热界面的效应，使得整体的传热效率不高，影响电子元器件的工作效率。

CN201510077335.8公开了一种高粘度低熔点金属导热片的制备方法及应用，该金属导热片由低熔点金属合金、Cu粉和氧化铜按照一定比例混合而成，Cu粉和氧化铜用于增强粘度和导热性。该导热材料的导热效率得到提高，且由于粘度增加，解决了流动性的液态金属泄露问题。但是该导热材料与电子元器件的间隙仍然存在，接触热阻没有降低，热传导效率仍然受到影响。

CN201620769890.7公开了一种液态金属导热片，包括耐热密封条和块状液态金属片，其中耐热密封条主要用于填充液态金属片间隙，同时将填充液态金属片外侧封闭。密封胶条可以将液态金属圈起来，目的是为了防止熔化后的液态金属在平面方向上的流出渗漏。

实用新型内容

为了克服传统散热方式存在的热界面效应，本实用新型提供一种能降低散热材料与元器件间空隙的导热材料，可大幅度降低界面效应，提高散热效率。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种低熔点合金复合导热材料，包括低熔点合金和包裹低熔点合金表面的外层导热材料，所述复合导热材料无缝隙的贴合在电子发热器件和散热材料之间。

作为优选，所述低熔点合金厚度D1范围为0.05-0.5mm，外层导热材料的厚度D2范围为0.02-0.2mm。

作为优选，所述外层导热材料为导热硅脂或导热硅胶。

作为优选，所述低熔点合金为铋基合金。

作为优选，所述低熔点合金为铋铟合金、铋锡合金或铋铟锡合金。

作为优选，所述低熔点合金还包含但不限于锌、银、铜元素中的一种或几种。

作为优选，所述低熔点合金中还含有导热粉体，所述导热粉体包括但不限于铜粉、银粉、铝粉或石墨烯粉末中的一种或几种。

作为优选，所述导热粉体占低熔点合金的质量百分比不超过5wt％。

作为优选，所述导热粉体的粒径范围为1-20μm。

作为优选，所述复合导热材料的导热率为8～15W/(m·K)。

有益效果：本实用新型提供的复合导热材料，与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型低熔点合金复合导热材料由低熔点合金和外层导热材料组成，外层导热材料能很好的贴合电子元件和低熔点合金上，为整个导热系统架起通道。设备工作后，热量通过外层导热材料传热至低熔点合金，合金吸热熔化后开始对流传热，能够实现对发热元器件的快速降温，并且外层使用的导热材料不导电，熔化后的合金被包裹在中间，不会产生短路等意外情况，并且外层包裹的导热材料又可以防止金属氧化产生的热导率降低和固化等问题。

(2)低熔点合金中所添加的微米级导热粉体可显著提高合金的导热率，合金可以根据需要调整配方从而改变相变温度，合金形状也可以由具体的导热需要而定。

(3)复合导热材料结构简单，使用方便，所用的外层导热材料及金属原材料无毒无害、安全环保，具有很好的市场推广价值。

附图说明

图1为本实用新型复合导热材料的剖面结构示意图；

附图标记1.低熔点合金，2.导热粉体，3.外层导热材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明，具体实施例和附图的描述本质上仅仅是范例，以下实施例基于本实用新型技术方案进行实施。应注意的是，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下基于本实用新型技术构思进行修改和等同替换，均落在本实用新型保护范围之内。

如图1所示，低熔点合金复合导热材料，包括低熔点合金1、贴合低熔点合金表面包裹的外层导热材料3。先将该复合导热材料的任何一面贴合于电子元件上并无缝隙地填充在电子元件与散热材料之间以排除空气，必要时也可以将片状低熔点合金复合导热材料塞入缝隙，使其两面都与界面贴合，达到传热的目的。在一实施例中，低熔点合金1中还含有少量导热粉体2，用于显著提高低熔点合金1的热导率。当电子元件工作时，外层导热材料3将电子元件的热量吸收并传导至低熔点合金1上，低熔点合金1吸热熔化，内部对流传热，添加的导热粉体2能显著提高低熔点合金的热导率，复合导热材料整体将热量传导至温度较低的一面，实现电子元件的散热，提高工作效率。

为了达到最佳热导率，本实用新型对低熔点合金1的配方和厚度、外层导热材料的配方和厚度、导热粉体2含量及粒径进行综合设计。

在若干实施例中，低熔点合金1为铋基合金，其中优选铋铟合金、铋锡合金或铋铟锡合金，铋基合金中还可含有微量的铜、银、锌等元素。

低熔点合金1按照合金配比进行真空感应熔炼获得。低熔点合金1主要有镓基合金和铋基合金，镓对其他金属特别是铝具有很强的腐蚀性，容易损伤电子元件，而铋基合金的腐蚀能力很弱，一般不会发生反应，并且金属铋价格比镓低的多，有利于进行推广。本专利所用的低熔点铋基合金的熔点范围为50～100℃，外层硅脂由于其熔化范围大，熔化后粘度变化较小，且大于熔化后的合金粘度，所以外层硅脂材料的熔点对低熔点铋基合金的使用温度范围影响不大。

在若干实施例中，外层导热材料3选自导热硅脂或导热硅胶，不导电，并且完全包裹在低熔点合金表面，以防止低熔点合金在使用过程中发生氧化及合金熔化后的泄露问题，另外通过导热硅胶或导热硅脂消除低熔点合金与热源之间的界面效应，增加散热效率。

在若干实施例中，导热粉体2为微米级的铜粉、银粉、铝粉或石墨烯粉末，需均匀添加于低熔点合金1中。在一优选实施例中，导热粉体2的粒径范围为1-20μm，且含量不超过低熔点合金1的5wt％。相比于纳米级粉末，微米级粉末价格较实惠，且导热效果不会降低太多，而毫米级粉末混入后容易产生混合不匀的情况，影响整体的热导率。

在一实施例中，低熔点合金厚度D1范围为0.05-0.5mm，外层导热材料的厚度D2范围为0.02-0.2mm。

复合导热材料的加工方法为：根据需要将低熔点合金1加热至熔化，加入少量的导热粉体2材料，搅拌均匀后取出，压延成所需厚度的合金薄片，在合金薄片表面均匀涂上外层导热材料2(导热硅脂或导热硅胶)以防止氧化，外层导热材料2的厚度按需求决定，加工得到一种低熔点合金复合导热材料。

本实用新型根据电子元件散热所需的相变温度需求，分别调整低熔点合金1种类、合金层厚度、添加的导热粉体2含量和粒径、外层导热材料3及厚度，进行4组具体实施例实验，测量每组复合导热材料的导热率，具体数据见表1。

表1不同复合导热材料的性能参数

工作原理：本实用新型根据各电子元器件或处理器的温度，选择适当的合金相变温度，将该低熔点合金1外部包裹住导热硅脂或导热硅胶后，导热硅脂或导热硅胶可以很好地贴合在相变合金表面，并且可以根据内部低熔点合金1的熔点选择相应的型号，从而达到内部低熔点合金1和外部导热材料熔点3的匹配，复合导热材料整体能紧密贴合在需散热的电子元器件、处理器上，散热片与热源器件之间无热界面效应，热量可直接由电子元器件或处理器通过复合导热材料传导，低熔点合金1吸收热量后熔化，在外层导热材料3的包裹下，低熔点合金1内部产生对流，可显著提高复合导热材料的热导率，降低工作元器件温度，提高整体的工作效率。

Claims (7)

1.一种低熔点合金复合导热材料，其特征在于，所述复合导热材料包括低熔点合金和包裹低熔点合金表面的外层导热材料，所述复合导热材料无缝隙的贴合在电子发热器件和散热材料之间。

2.根据权利要求1所述的低熔点合金复合导热材料，其特征在于，所述低熔点合金厚度D₁范围为0.05-0.5mm，外层导热材料的厚度D₂范围为0.02-0.2mm。

3.根据权利要求1或2所述的低熔点合金复合导热材料，其特征在于，所述外层导热材料为导热硅脂或导热硅胶。

4.根据权利要求1或2所述的低熔点合金复合导热材料，其特征在于，所述低熔点合金为铋基合金。

5.根据权利要求4所述的低熔点合金复合导热材料，其特征在于，所述低熔点合金为铋铟合金、铋锡合金或铋铟锡合金。

6.根据权利要求1或5所述的低熔点合金复合导热材料，其特征在于，所述低熔点合金中还含有导热粉体，所述导热粉体的粒径范围为1-20μm。

7.根据权利要求1所述的低熔点合金复合导热材料，其特征在于，所述复合导热材料的导热率为8～15W/(m·K)。