[發(fā)明專利]銅基復合導熱材料及其制造方法

無效

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• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN103855108A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 祝榮程
• 申請（專利權）人: 深圳珈偉光伏照明股份有限公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;H01L21/48;C22C13/00;C23C2/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及導熱材料及其制造方法，尤其是一種銅基復合導熱材料及其制造方法。

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背景技術

當兩個固體表面相互接觸時，由于微觀表面粗糙度的存在，其實際接觸僅發(fā)生在接觸面的一些離散的微突體上，實際接觸面積只占名義接觸面積非常小的一部分。這就使界面發(fā)生了不完全接觸，最終導致了熱流的收縮，使兩個相互接觸的固體間的溫度產生一個階躍變化，產生的熱阻即為接觸熱阻。接觸熱阻是電子器件設計中的一個重要參數(shù)，如微電子封裝中納米結構的IC設計、表面鍍膜材料、熱電器件、超導薄膜、半導體薄膜，LED封裝設計、光學數(shù)據(jù)存取器、超短脈沖激光器、低溫超導絕緣、高功率芯片設計等。

隨著電子器件功率密度的提升，減小接觸熱阻、降低電子器件溫度是產品設計中的一項重要任務。為解決這一問題，市場逐漸出現(xiàn)通過填充兩接觸面間隙來降低接觸熱阻的導熱膏、導熱硅膠片、紫銅、復合金屬材料、導熱硅脂等產品，一般導熱系數(shù)為1.5w/mk～4w/mk，其中導熱硅脂的效果較好，但由于摻雜了貴金屬成分而價格不菲；導熱膏等產品隨著使用時間增加易出現(xiàn)材料老化，當反復加熱，材料多次膨脹、多次冷縮后易發(fā)生失效現(xiàn)象。

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發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種重量輕、導熱系數(shù)高和低熱膨脹系數(shù)的銅基復合導熱材料，該材料包括：包括一銅質基材，所述的銅質基材表面上設有混合金屬材料層，所述的混合金屬材料層為6～12％的銀、8～3%的鎵、80～91％的錫形成的共晶混合金屬材料。

優(yōu)選地，所述的銀為無鉛銀。

優(yōu)選地，所述的銅質基材為片狀。

優(yōu)選地，所述的混合金屬材料層設于片狀銅質基材的一側或兩側表面上。

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本發(fā)明還提供一種制造上述銅基復合導熱材料的方法，該方法包括步驟：

a、將6～12％的銀、8～3%的鎵、80～91％的錫加熱至熔融狀態(tài)進行均勻混合，形成混合金屬液體；

b、將混合金屬液體鍍于片狀銅質基材的一側或兩側表面上；

c、將表面鍍有混合金屬液體的銅基板材加熱，使混合金屬液體中的各金屬完成共晶結合后取出。

優(yōu)選地，所述的步驟b中采用熱鍍法將混合金屬液體鍍于片狀銅質基材的一側或兩側表面上；

優(yōu)選地，所述的步驟c中將表面鍍有混合金屬液體的銅基板材放置于烤箱或馬弗爐中加熱。

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由于采用了上述結構，本發(fā)明銅基復合導熱材料避免了普通復合材料使用中因頻繁熱脹冷縮導致電子器件出現(xiàn)裝配間隙、熱阻增大、降低界面接觸熱阻的現(xiàn)象；而且兩側共晶結合的Sn、Ag、Ga材料屬質軟金屬，在一定結合壓力下可有效填充界面空隙，降低界面接觸熱阻；縮短了金屬材料導熱過程中電子流傳遞路徑，加強了傳熱速率；在電子器件封裝中作為降低接觸熱阻的中間材料不易液化或變形、能保證熱量傳遞的穩(wěn)定性能。

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附圖說明

圖1是本發(fā)明第一實施例的銅基復合導熱材料的截面結構示意圖；

圖2是本發(fā)明第二實施例的工序流程圖。

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具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的第一實施例提供了一種銅基復合導熱材料，該材料包括片狀銅質基材1，所述的片狀銅質基材上一側或兩側表面上設有混合金屬材料層2，所述的混合金屬材料層2為6～12％的銀、8～3%的鎵、80～91％的錫形成的共晶混合金屬材料；并且上述共晶混合金屬材料層中所述的銀為無鉛銀。

本實施例的銅基復合導熱材料在使用時一般設置于熱源面與散熱器之間，所以本實施例中的銅質基材為片狀,其厚度在0.1mm左右，在銅質基材的兩側均設有共晶混合金屬材料層，本實施例中，每一側的共晶混合金屬材料層約在0.05mm左右，通知基材和混合金屬材料層的厚度不宜過厚，否則影響導熱效果。

使用時，由于共晶混合金屬材料層中的鎵元素具有熱縮冷脹的特性，與錫、銀等其他金屬元素熱脹冷縮特性形成互補，使得整個材料隨溫度變化的脹縮特性不明顯，而且共晶混合金屬材料為一質軟材料，置于熱源面和散熱器之間的時候，因兩面受擠壓，可以有效的填補熱源面和散熱器之間的空隙，另外，上述三種材料形成的共晶混合金屬材料的共晶溫度高于180℃，在電子器件封裝中作為降低接觸熱阻的中間材料不宜液化、變形、能保證產品的穩(wěn)定性能。

如圖2所示，本發(fā)明的第二實施例提供一種制造上述銅基復合導熱材料的方法，該方法包括步驟：

a、將6～12％的銀、8～3%的鎵、80～91％的錫加熱至熔融狀態(tài)進行均勻混合，形成混合金屬液體；