[發(fā)明專利]一種泡沫銅復(fù)合的液態(tài)金屬熱界面材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710155366.X
• 申請(qǐng)日: 2017-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107052308B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉亞軍;曹賀全;曹帥;郭強(qiáng);吳智鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波新瑞清科金屬材料有限公司
• 主分類號(hào): B22D23/04
• 分類號(hào): B22D23/04;C09K5/10;C22C28/00;H01L23/373;H01L23/473
• 代理公司: 廣州市深研專利事務(wù)所 44229
• 代理人: 姜若天

本發(fā)明公開(kāi)了一種泡沫銅復(fù)合的液態(tài)金屬熱界面材料，由液態(tài)金屬熱界面材料和泡沫銅制成，所述液態(tài)金屬熱界面材料由如下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成：Zn：2.0?8.0%,Sb:1.0?4.0%,Sn:5.0?12.0%,Ag:0.3?0.8%,Ce:0.1?0.2%,Ru:0.02?0.04%,余量為In。由于泡沫銅的多孔狀結(jié)構(gòu)使得液態(tài)金屬側(cè)漏現(xiàn)象得到了有效的控制。通過(guò)進(jìn)一步結(jié)合液態(tài)金屬熔點(diǎn)和泡沫銅的孔洞大小，可以完全徹底的杜絕液態(tài)金屬側(cè)漏的現(xiàn)象。為液態(tài)金屬熱界面材料大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用提供用了一種有效的解決方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液態(tài)金屬，具體地說(shuō)，涉及一種泡沫銅復(fù)合的液態(tài)金屬熱界面材料。

背景技術(shù)

眾所周知，IGBT器件以其輸入阻值高、開(kāi)關(guān)速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今功率半導(dǎo)體器件發(fā)展的主流器件，廣泛應(yīng) 用到各種交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域功率電子電路中。當(dāng)IGBT器件工作時(shí)，產(chǎn)生的熱量會(huì)使芯片溫度迅速上升超過(guò)最大允許IGBT結(jié)溫。因此，IGBT的性能將大大降低，而不能穩(wěn)定工作，導(dǎo)致性能下降或失效。近年來(lái)由于IGBT技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，相關(guān)的極端環(huán)境下的高效散熱技術(shù)已經(jīng)成為熱管理工程師和科學(xué)家都渴望解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

完整的IGBT模塊包括 IGBT器件、散熱器、熱風(fēng)扇以及導(dǎo)熱介質(zhì)四部分組成，其中IGBT器件本身和導(dǎo)熱介質(zhì)對(duì)散熱性能起決定性作用。發(fā)熱體和散熱體之間的接觸面有微觀上的孔洞，中間充滿了空氣。因?yàn)榭諝馐遣涣紵釋?dǎo)體，發(fā)熱體和散熱器之間的熱界面電阻非常大，嚴(yán)重阻礙了熱傳導(dǎo)，最終導(dǎo)致低散熱效率。具有高導(dǎo)熱系數(shù)的熱界面材料可以填充這些微觀上的空隙，有助于建立有效的熱傳導(dǎo)通道，從而大大降低熱界面電阻。因而可以預(yù)計(jì)具有高傳熱性能的熱界面材料會(huì)廣泛應(yīng)用于IGBT產(chǎn)業(yè)。

理想的熱界面材料應(yīng)具備如下的物理和化學(xué)特性：（1）高導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)保證有效散熱；（2）良好的流動(dòng)性來(lái)有效填補(bǔ)熱發(fā)生體和散熱體之間的微小間隙；（3）在低壓力安裝獨(dú)特的靈活性。硅脂是傳統(tǒng)上用于電子器件的熱傳導(dǎo)的熱界面材料，但是傳熱系數(shù)很低(~1-2W/m.k)。而且，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的服役后，由于有機(jī)成分的蒸發(fā)和氧化，硅脂會(huì)變脆和老化。相比而言，近年來(lái)出現(xiàn)的液態(tài)金屬除了具有極高的導(dǎo)熱性能外，還由于極低的蒸汽壓和抗氧化性，在散熱領(lǐng)域處于金字塔的頂端，特別適用于高密度大功率電子元器件。

液態(tài)金屬是一種低熔點(diǎn)合金，在其熔點(diǎn)附近具有高的熱導(dǎo)率（~20-85W／m.K）。基于使用條件下所處的物態(tài)，液態(tài)金屬可分為三類：（1）純液狀液態(tài)金屬，熔點(diǎn)可以降低到約2℃左右。這類液態(tài)金屬可以在電磁泵驅(qū)動(dòng)下用作散熱管中的冷卻介質(zhì)來(lái)提高散熱效率。（2）膏狀液態(tài)金屬，由于熔點(diǎn)高達(dá)50℃可以在很寬的溫度范圍內(nèi)保持固-液狀態(tài)。這種類型的液態(tài)金屬可作為硅膠替代熱界面材料。（3）箔狀液態(tài)金屬，用作熱界面材料時(shí)熔點(diǎn)可在60-180°C。這三種液態(tài)金屬是無(wú)毒的，具有穩(wěn)定的物理/化學(xué)性質(zhì)，適合在極端條件下的長(zhǎng)期應(yīng)用。特別是，箔狀液態(tài)金屬由于其靈活的安裝特性可以預(yù)計(jì)在生產(chǎn)線上得到最大規(guī)模的應(yīng)用。

液態(tài)金屬用于熱界面材料時(shí)，主要存在著兩個(gè)問(wèn)題：

（1）液態(tài)金屬的側(cè)漏問(wèn)題：

隨著溫度的升高液相的含量急劇增加。這個(gè)特征使得液態(tài)金屬作為熱界面材料的流動(dòng)性隨著溫度的增加增幅很大，會(huì)在液態(tài)金屬作為熱界面材料使用時(shí)發(fā)生側(cè)漏的現(xiàn)象，進(jìn)而由于液態(tài)金屬的導(dǎo)電性導(dǎo)致電路板的短路。解決液態(tài)金屬熱界面材料側(cè)漏的辦法，通常可以通過(guò)材料成分的設(shè)計(jì)來(lái)減小液態(tài)金屬熱界面材料隨著溫度的升高粘度下降的難題。

（2）傳熱性能可以進(jìn)一步提高：

目前的液態(tài)金屬熱界面材料，其傳熱系數(shù)主要維持在20-85W／m.K。在散熱環(huán)境日益苛刻的微電子技術(shù)迅速發(fā)展的今天，進(jìn)一步提高液態(tài)金屬熱界面材料的傳熱系數(shù)是液態(tài)金屬領(lǐng)域一個(gè)重要發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供用于泡沫銅的液態(tài)金屬熱界面材料。