[發(fā)明專利]一種液態(tài)金屬與硅脂結(jié)合的散熱方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710684287.8
• 申請(qǐng)日: 2017-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN107343378A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文斌;劉子超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明品啟科技有限公司
• 主分類號(hào): H05K7/20
• 分類號(hào): H05K7/20
• 代理公司: 昆明今威專利商標(biāo)代理有限公司53115
• 代理人: 賽曉剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力、電子、新能源等行業(yè)發(fā)熱器件的散熱問題，特別是涉及一種液態(tài)金屬與硅脂結(jié)合的散熱方法

技術(shù)背景

目前在電力、電子、新能源等行業(yè)都是用硅脂來填充發(fā)熱器件表面與散熱裝置的接觸間隙，從而改善散熱效果。隨著對(duì)高性能散熱能力的要求，硅脂不能很好的滿足其需求。對(duì)于處理器、功率器件的散熱問題依舊是制約其性能提升的重要因素之一。由發(fā)熱器件與散熱裝置的熱阻決定了單位時(shí)間內(nèi)熱量傳遞的多少，由此選用導(dǎo)熱率高、接觸面結(jié)合性好的材料對(duì)于提升散熱性能十分必要，目前較好的硅脂為是含銀硅脂，但由于銀的成本高，不可能大量的使用。而且銀的含量相對(duì)較少，不能形成良好的導(dǎo)熱通路。而且不具備液態(tài)金屬的流動(dòng)性和導(dǎo)熱率。并且硅脂長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)發(fā)生干結(jié)現(xiàn)象，影響散熱性能，需要經(jīng)常更換。而液態(tài)金屬可以滿足上述需求，是優(yōu)異的導(dǎo)熱介質(zhì)。液態(tài)金屬是指常溫下為固態(tài)，高溫下為液態(tài)，熔點(diǎn)低于60℃的柔性金屬。或常溫下為液態(tài)的金屬，具有無毒、揮發(fā)性低、導(dǎo)熱系數(shù)高的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了有效解決處理器、功率器件的散熱問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：采用常溫為固態(tài)，熔點(diǎn)為59℃，經(jīng)過氧化處理的鎵合金薄金屬片。將液態(tài)金屬片進(jìn)行裁剪，使其大小略小于發(fā)熱器件的表面積，之后在液態(tài)金屬片的上下表面均勻涂抹一層薄的硅脂，再將其放置在發(fā)熱器件表面的中心位置，在液態(tài)金屬片無法覆蓋的發(fā)熱器件的表面處，即液態(tài)金屬片四周，均勻涂抹硅脂，使硅脂圍住液態(tài)金屬片。最后將散熱裝置安裝在液態(tài)金屬片上表面，并固定。

一種液態(tài)金屬與硅脂結(jié)合的散熱方法，如圖1所示，整個(gè)方法的效果如圖2所示。1、裁剪液態(tài)金屬片使其略小于發(fā)熱器件的表面積：

液態(tài)金屬片采用常溫為固態(tài)，熔點(diǎn)為59℃、導(dǎo)熱率大于80W/mk、揮發(fā)率低于<0.001％，經(jīng)過氧化處理的鎵合金薄金屬片，厚度為0.2mm。經(jīng)過氧化處理可以避免液態(tài)金屬片腐蝕鋁制散熱裝置。

液態(tài)金屬片屬于柔性金屬，極易裁剪。裁剪成長(zhǎng)度、寬度比發(fā)熱器件散熱面小4.0mm的大小。使液態(tài)金屬片放置在發(fā)熱器件表面的中心位置時(shí)，液態(tài)金屬片相對(duì)于發(fā)熱器件的散熱面，四周留有2.0mm寬度的空間。而且發(fā)熱器件的熱量主要集中在發(fā)熱器件中心處。

2、在液態(tài)金屬片的上、下表面涂抹硅脂：

液態(tài)金屬片的上表面與散熱裝置接觸，下表面與發(fā)熱器件接觸，在其上、下表面均勻涂抹硅脂，涂抹厚度小于0.2mm。有利于增加液態(tài)金屬片與散熱裝置、發(fā)熱器件的粘接性,減小熱阻，改善液態(tài)金屬片在59℃以下的散熱性能。

發(fā)熱器件的熱量主要通過硅脂、液態(tài)金屬片、硅脂、散熱裝置的熱傳導(dǎo)方向進(jìn)行散熱。當(dāng)發(fā)熱器件溫度低于59℃時(shí)，液態(tài)金屬片無法液化，主要通過硅脂進(jìn)行散熱。當(dāng)發(fā)熱器件溫度超過59℃時(shí)，液態(tài)金屬片吸熱液化，充分填充發(fā)熱器件和散熱裝置的接觸面，利用金屬材料本身高導(dǎo)熱率進(jìn)行快速散熱。這種隨著溫度變化的物理特性，可以實(shí)現(xiàn)高溫和低溫的有效散熱。

3、在液態(tài)金屬片的四周涂抹硅脂：

將上下表面涂抹硅脂的液態(tài)金屬片放置在發(fā)熱器件表面的中心位置，在液態(tài)金屬片四周的2.0mm寬度內(nèi)，均勻涂抹硅脂，厚度為0.4mm左右，使硅脂包圍住液態(tài)金屬片。

液態(tài)金屬屬于導(dǎo)體，并具備流動(dòng)性，作為散熱填充介質(zhì)，在高溫和擠壓下易液化溢出，造成電子設(shè)備短路。同時(shí)液態(tài)金屬流失，使間隙填充不充分，增加熱阻。通過其四周的硅脂可以防止液化的金屬溢出。

4、安裝散熱裝置：

散熱裝置安裝在涂有硅脂的液態(tài)金屬片的上表面，固定。

上述步驟，不僅可以實(shí)現(xiàn)高溫和低溫的有效散熱，還可以防止液態(tài)金屬片在高溫、擠壓下溢出泄露。使用過程中液態(tài)金屬片發(fā)生固態(tài)和液態(tài)的相變，不會(huì)出現(xiàn)干結(jié)現(xiàn)象，可長(zhǎng)時(shí)間使用，基本不用更換。

按上述步驟，不僅可以防止液態(tài)金屬片高溫、擠壓下液化，溢出泄露。還可以提高導(dǎo)熱性能，上下表面覆蓋的硅脂可以提高發(fā)熱器件與散熱裝置以及液態(tài)金屬片之間的粘接性,進(jìn)一步減小熱阻。

發(fā)熱器件的熱量主要通過硅脂、液態(tài)金屬片、硅脂、散熱裝置的熱傳導(dǎo)方向進(jìn)行散熱。當(dāng)發(fā)熱器件溫度低于59℃時(shí)，液態(tài)金屬片無法液化，主要通過硅脂進(jìn)行散熱。當(dāng)發(fā)熱器件溫度超過59℃時(shí)，液態(tài)金屬片吸熱液化，充分填充發(fā)熱器件和散熱裝置的接觸面，利用金屬材料本身高導(dǎo)熱率進(jìn)行快速散熱。這種隨著溫度變化的物理特性，可以實(shí)現(xiàn)高溫和低溫的有效散熱。液態(tài)金屬片略小于發(fā)熱器件的表面積,并在其周邊填充硅脂，能夠防止液態(tài)金屬溢出。

本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)還在于：