[發明專利]彈性復合金屬熱界面材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110302385.3
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102504769A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 尚金堂;劉靖東;王亭亭;羅新虎
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14;C22C1/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓然

技術領域

本發明涉及一種熱界面材料和技術，尤其涉及一種彈性復合金屬熱界面材料及其制備方法。

背景技術

現代微電子的快速發展，使得集成電路芯片功能密度、集成度和設計功耗不斷增加，但是體積卻在不斷的減小，芯片中的熱功率密度在不斷增加。熱功率密度不斷增加容易導致溫度不斷的升高，使得集成電路芯片的性能及可靠性下降。因此，散熱問題已經成為現代微電子高密度封裝過程中的一大難題。現有技術通常采用散熱器對高功率部件等熱源，譬如芯片，進行熱管理。因此散熱器與熱源之間的接觸界面成為熱源的散熱通道。但是，由于熱源與散熱器件的各自表面具有較大的粗糙度，因此它們的實際微觀接觸的面積很小，其余的為空氣。而空氣的散熱系數比導熱較好的散熱器或者芯片材料低得多。因此，由于界面中空氣存在，使界面的熱阻較大，難以有效將芯片的熱量散去。目前用于散熱界面的熱界面材料有導熱硅膠、相變材料、金屬等。導熱硅膠在使用時，容易從界面中溢出，容易污染器件；相變材料的安裝及使用有較大的難度。

純銦是一種高導熱的金屬，材料柔軟，因此能夠制成200微米左右厚度的薄片用于微電子封裝。但是，由于銦是一種戰略資源，因此，其使用的成本也非常高。因此，如何降低銦作為熱界面材料的成本，并能夠保持良好的性能，已成為難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本、銦使用量較少、導熱性好的彈性復合金屬熱界面材料及其制備方法。

本發明采用如下技術方案：。

一種彈性復合金屬熱界面材料，由銦和通孔多孔金屬片復合而成，銦完全或部分填充于通孔多孔金屬內部，并覆蓋通孔多孔金屬片的上、下表面。

通孔多孔金屬片為片狀多孔銅、多孔銀、多孔鋅、多孔鈦、多孔鎂、多孔鋁、多孔金中的一種。通孔多孔金屬片的厚度為60-200微米。通孔多孔金屬的孔隙率為30%-95%，孔徑為100納米至30微米。在通孔多孔金屬片的表面設有抗氧化層。抗氧化層為鈀。

一種所述彈性復合金屬熱界面材料的制備方法，第一步，制備通孔多孔金屬片，第二步，加入適量的銦，加熱使得銦熔化完全或者部分填入通孔多孔金屬片，并使得通孔多孔金屬片的上下表面都覆蓋銦，冷卻，獲得彈性復合金屬熱界面材料。所述通孔多孔金屬片兩面為通孔多孔金屬，中間核心為金屬實體。采用脫合金化方法制備通孔多孔金屬片，具體步驟為：首先取特定厚度的金屬箔，在金屬箔的上下表面制備另外一種犧牲材料，然后通過熱處理，使這兩種金屬合金化，在采用腐蝕的方法去除犧牲材料，得到通孔多孔金屬片。通孔多孔金屬片材質為銅，犧牲材料為錫，腐蝕劑為稀鹽酸，熱處理條件為300攝氏度下反應24小時。通孔多孔金屬片的表面設有抗氧化層。抗氧化層為鈀。

本發明獲得如下技術效果：

1．?本發明通過采用通孔多孔金屬片與金屬銦的復合替代了單獨的金屬銦，發揮了復合材料的特點，綜合了兩種材料的優點。多孔銅與銦的復合體具有屈服強度高、模量低、彈性好的特點：由于柔性金屬銦填充滿多孔銅的孔隙(不僅僅包括表面的孔隙，還包括內部的孔隙)，因此在安裝壓力下，多孔金屬骨架有效地限制了金屬銦在橫向的膨脹，而使其僅僅在垂直于安裝表面方向具有膨脹，從而使得在安裝壓力下，銦金屬能夠更好的填充界面的間隙，使界面具有較低的熱阻。通孔多孔金屬片具有易壓縮，柔性好，并具有良好的彈性，將其與柔軟的銦復合作為熱界面材料，能夠使熱界面材料保持柔性，從而充分吸收界面(Si與Cu)熱失配帶來的應力；多孔金屬還具有裂紋阻隔功能，即局部產生裂紋后，裂紋擴展時能夠釋放在多孔金屬內部不連續的界面上，而不會沿整個基體延伸，因此，該復合材料能夠承受更多的熱循環，從而具有更高的可靠性。

2．?熱界面材料中的一個重要挑戰是界面的不平整度，它容易使得界面材料與芯片或者熱沉脫離；尤其是在使用中，一些不可避免的熱沉搖動，容易導致熱界面材料發生松動，從而可能導致界面分離，如果單純用銦，這種問題非常突出，使得銦作為熱界面材料的可靠性大大降低。通孔多孔金屬片與銦的復合材料在垂直于安裝面的方向具有較高的彈性和柔性，因此能夠快速填充到由于熱沉以及硅表面不平整的較大的間隙，從而使得不平整的界面能被金屬熱界面材料全部填充，保持界面熱阻較低。