TWI748311B - 提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法及該方法製造之複合材 - Google Patents

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一種提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，包含：於一基材及一銦鉍合金之間有存在含羧酸之一高分子界面層；使該銦鉍合金升溫至熔點以上，液態之該銦鉍合金與該基材結合；以及該銦鉍合金降溫至熔點以下，固態之該銦鉍合金與該基材間維持結合。以及一種使用該提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法製造之複合材。藉由含羧酸之該高分子界面層增加液態之該銦鉍合金對該基材的潤濕及結合能力，液態之該銦鉍合金不會從該基材溢出。

Description

提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法及該方法製造之複合材
本發明係關於一種提高液相物質潤濕基材能力的方法及該方法製造之複合材，特別是指一種提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法及該方法製造之複合材。
一般在不易潤濕的基材上結合相變化金屬時，以銦鉍合金為例，由於基材表面潤濕性較低，當銦鉍合金變化為液態時，在基材表面容易凝聚成球狀，請搭配第四圖，此時液態之銦鉍合金的接觸角為150.422度。當基材移動或傾斜時，如此大的接觸角使銦鉍合金與基材間的結合能力較差，銦鉍合金可能會溢出至基材之外。當基材為電子產品的部分元件時，可導電的銦鉍合金若溢出，甚至可能造成基材的短路，使整個電子產品損壞。
目前，仍無增加銦鉍合金與基材表面結合能力的方法，傳統使用黏著劑幫助結合，但黏著劑只適用於固態的銦鉍合金，然而，液態的銦鉍合金本身有流動性，無法良好附著於基材，流動不易控制其方向，即使使用黏著劑也有可能流動而溢出。
爰此，本發明人提出一種提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，包含：於一基材及一銦鉍合金之間有存在含羧酸之一高分子界面層；使該銦鉍合 金升溫至熔點以上，液態之該銦鉍合金與該基材結合；以及該銦鉍合金降溫至熔點以下，固態之該銦鉍合金與該基材間維持結合。
其中，含羧酸之該高分子界面層藉由預塗覆或預噴塗的方式結合於該基材及/或該銦鉍合金。
其中，含羧酸之該高分子界面層包含甲酸基、乙酸基、乙二酸基、丙酸基、丙二酸基、丁酸基、甲基丙酸基、丁二酸基、丁酮酸基、丁烯二酸基、羥基丁二酸基、酒石酸基、戊酸基、己酸基、庚酸基、庚二酸基、苯甲酸基、乳酸基、檸檬酸基及硬脂酸基之一或其組合。
其中，該基材為金屬、塑膠或陶瓷材質。
其中，含羧酸之該高分子界面層包含甲基丙烯酸官能基。
其中，含羧酸之該高分子界面層為壓克力、乳酸或檸檬酸。
其中，液態之該銦鉍合金與該基材之接觸角小於50度。
進一步，該銦鉍合金含有低於40wt%的錫。
其中，固態之該銦鉍合金的基地相為BiIn2相或BiIn相。
本發明人進一步提供一種使用前述提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法製造的複合材。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.高分子界面層增加液態之銦鉍合金對基材的潤濕性，進而提高液態之銦鉍合金與基材的結合能力，液態之銦鉍合金不會從基材溢出。
2.於一般使用狀態下，高分子界面層無強烈氣味，不會造成使用者的反感。
3.高分子界面層藉由預塗覆或預噴塗的方式結合於基材及銦鉍合金，無論是塗覆或噴塗，都容易實施且均勻塗覆。
4.液態之銦鉍合金降溫至熔點以下而成為固態之銦鉍合金後，固態之銦鉍合金會維持結合在高分子界面層及/或基材上，可以避免導入空氣而降低基材的散熱效果。
1:基材
2:銦鉍合金
3:塗料
[第一圖]係本發明實施例之流程圖。
[第二圖]係本發明實施例之立體組合圖。
[第三圖]係本發明實施例於實施狀態下之照片，示意塗佈塗料後，銦鉍合金對基材有良好潤濕性。
[第四圖]係先前技術於實施狀態下之照片，示意未塗佈塗料時，銦鉍合金與基材潤濕性不佳。
綜合上述技術特徵，本發明提高銦鉍合金結合能力的方法的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
請參閱第一圖及第二圖，係揭示本發明實施例提高銦鉍合金結合能力的方法，包含以下步驟：於一基材(1)及/或固態之一銦鉍合金(2)上塗佈包含羧酸之一高分子界面層。該高分子界面層包含甲酸基、乙酸基、乙二酸基、丙酸基、丙二酸基、丁酸基、甲基丙酸基、甲基丙烯酸基、丁二酸基、丁酮酸基、丁烯二酸基、羥基丁二酸基、酒石酸基、戊酸基、己酸基、庚酸基、庚二酸基、苯甲酸基、乳酸基、檸檬酸基及硬脂酸基之一或其組合，並藉由預塗覆或預噴塗的方 式結合於該基材(1)及該銦鉍合金(2)，容易實施而且可以均勻塗覆。該銦鉍合金(2)結合於該基材(1)，且該高分子界面層位於該基材(1)及該銦鉍合金(2)之間。加熱該銦鉍合金(2)及該高分子界面層至該銦鉍合金(2)的熔點以上，藉由該高分子界面層中的羧酸，使液態之該銦鉍合金(2)、該高分子界面層及該基材(1)間的結合能力提高。
該基材(1)可以是例如金屬、塑膠、陶瓷、玻璃、氧化鋁或氧化鋯等該銦鉍合金(2)不易潤濕的材質。前述不易潤濕的材質是指，由液態之該銦鉍合金(2)直接接觸該基材(1)時，該銦鉍合金(2)的接觸角大於90度。
該銦鉍合金(2)是以67wt%的銦及33wt%的鉍混合加熱至攝氏500度而共晶形成的，使該銦鉍合金(2)的熔點為介於攝氏60度至80度之間，且固態之該銦鉍合金的基地相為BiIn2相或BiIn相。
該高分子界面層可以以一塗料(3)的形式塗覆在該基材(1)表面，例如：俗稱壓克力的聚甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate,PMMA)、乳酸或檸檬酸等等。在本發明之實施方式中，以壓克力做為該塗料(3)，在一般的使用狀態下不會產生強烈的氣味，可以避免有使用者感到反感。
請參閱第一圖及第三圖，本發明以銅片作為基材(1)進行實驗。將該銦鉍合金(2)透過該塗料(3)結合於該基材(1)後，藉由烘箱等加溫設備將該銦鉍合金(2)及該塗料(3)加熱到攝氏60度至250度的範圍，較佳的是攝氏100度。該銦鉍合金(2)及該塗料(3)被加熱到高於該銦鉍合金(2)的熔點後，該銦鉍合金(2)受熱熔融為液態。液態之該銦鉍合金(2)流動後接觸空氣，表面會與空氣中的氧氣作用而形成一氧化層，該氧化層並隨著液態之該銦鉍合金(2)的流動而接觸到該塗料(3)或該基材(1)。
由於該塗料(3)包含PMMA，PMMA中的甲基丙烯酸官能基會附著於該銦鉍合金(2)的該氧化層，使液態之該銦鉍合金(2)對該基材(1)的結合能力提高。更明確的說，該銦鉍合金(2)裸露於空氣中，表面會自然形成一氧化層，尤其是液態之該銦鉍合金(2)，更容易形成該氧化層，而該塗料(3)中的羧酸，也就是甲基丙烯官能基，帶有極性，容易吸附在該氧化層，即使該基材(1)為塑膠，也能因為該塗料(3)的高分子基而增進液態之該銦鉍合金(2)與該基材(1)的黏結，增加液態之該銦鉍合金(2)對該塗料(3)之附著力，即使該塗料(3)中不含有甲基丙烯基，而是含有其他羧酸的該高分子界面層，也同樣可以藉由羧酸的極性，提高液態之該銦鉍合金(2)對該塗料(3)之附著力。當液態之該銦鉍合金(2)與該塗料(3)之間的附著力，大於液態之該銦鉍合金(2)分子間之內聚力時，液態之該銦鉍合金(2)的表面張力會減少，進而在該塗料(3)上平展開，液態之該銦鉍合金(2)與該基材(1)的接觸角可以小至48.683度。液態之該銦鉍合金(2)附著於該塗料(3)的部分，不易繼續流動，因此，在該基材(1)上使用適量的該銦鉍合金(2)，即使該銦鉍合金(2)熔融為液態，也無需擔心該銦鉍合金(2)溢出至該基材(1)之外。藉由該塗料(3)，即使液態之該銦鉍合金(2)降溫至熔點以下而凝固，固態之該銦鉍合金(2)仍然可以與該基材(1)間維持結合。
為了更直觀的表示本發明之功效，以潤濕性做為結合能力的判斷，又潤濕性越大，接觸角會越小，因此，從接觸角的大小即可判斷結合能力。本發明之實施方式中，液態之該銦鉍合金(2)與該基材(1)的接觸角小於50度[第三圖]，對比先前技術的接觸角大於150度[第四圖]，能更清楚地對比出本發明之功效，本發明確實提高該銦鉍合金(2)潤濕該基材(1)的能力。
當液態之該銦鉍合金(2)降溫至熔點以下而成為固態之該銦鉍合金(2)後，固態之該銦鉍合金(2)會維持結合在該塗料(3)及/或該基材(1)上，可以避免導入空氣而降低該基材(1)的散熱效果。若固態之該銦鉍合金(2)未維持結合在該塗料(3)及/或該基材(1)上，而與該塗料(3)分離，會將導熱率僅有0.024W/mK的空氣導入至固態之該銦鉍合金(2)與該基材(1)之間。下一次該基材(1)發熱時，這些低導熱率的空氣將會阻絕熱能從該基材(1)傳導至固態之該銦鉍合金(2)，即使固態之該銦鉍合金(2)重新熔融為液態之該銦鉍合金(2)，這些空氣仍有可能停留在液態之該銦鉍合金(2)中而成為大量氣泡，降低該基材(1)的散熱效果，並使液態之該銦鉍合金(2)更不容易與該塗料(3)結合，進而導入更多空氣，如此惡性循環，將導致該基材(1)因無法良好散熱而過熱毀損。
該銦鉍合金(2)也可以進一步含有錫的成分，例如：以51wt%的銦、32.5wt%的鉍及16.5wt%的錫共晶形成該銦鉍合金(2)，或是以25wt%的銦、57wt%的鉍及18wt%的錫共晶形成該銦鉍合金(2)，同樣都可以達到提高該銦鉍合金(2)潤濕該基材(1)能力的效果。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
1:基材
2:銦鉍合金
3:塗料

Claims (9)

  1. 一種提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，包含：於一基材及一銦鉍合金之間有存在含羧酸之一高分子界面層；使該銦鉍合金升溫至熔點以上，液態之該銦鉍合金表面的一氧化層受該高分子界面層的羧酸吸附，液態之該銦鉍合金進而與該基材結合；以及該銦鉍合金降溫至熔點以下，固態之該銦鉍合金與該基材間維持結合，且固態之該銦鉍合金的基地相為BiIn2相或BiIn相。
  2. 如請求項1所述之提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，其中，含羧酸之該高分子界面層藉由預塗覆或預噴塗的方式結合於該基材及/或該銦鉍合金。
  3. 如請求項1所述之提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，其中，含羧酸之該高分子界面層包含甲酸基、乙酸基、乙二酸基、丙酸基、丙二酸基、丁酸基、甲基丙酸基、丁二酸基、丁酮酸基、丁烯二酸基、羥基丁二酸基、酒石酸基、戊酸基、己酸基、庚酸基、庚二酸基、苯甲酸基、乳酸基、檸檬酸基及硬脂酸基之一或其組合。
  4. 如請求項1所述之提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，其中，該基材為金屬、塑膠或陶瓷材質。
  5. 如請求項1所述之提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，其中，含羧酸之該高分子界面層包含甲基丙烯酸官能基。
  6. 如請求項1所述之提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，其中，含羧酸之該高分子界面層為壓克力、乳酸或檸檬酸。
  7. 如請求項1所述之提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，其中，液態之該銦鉍合金與該基材接觸角小於50度。
  8. 如請求項1所述之提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法，進一步，該銦鉍合金含有低於40wt%的錫。
  9. 一種使用如請求項1至8任一項所述之提高銦鉍合金潤濕基材能力的方法製造的複合材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TW201226579A (en) * 2010-12-22 2012-07-01 Ind Tech Res Inst Metal thermal interface material and heat dissipation device

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