[發明專利]一種納米多孔銅液態金屬復合熱界面材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110465028.2
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113201660B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 左小偉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C23F1/44;C23F1/16;C22C30/02;C22C30/04;C22C30/06;C22C16/00;B22D11/06;B22D23/04;C22F1/02;C22F1/08;B21B3/00;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明的一種納米多孔銅液態金屬復合熱界面材料及其制備方法，屬于微電子封裝材料及其制備技術領域。復合熱界面材料由納米結構多孔銅和液態金屬制成，液態金屬熱界面材料的合金質量分數為In：20～40％，Sn：9～12％，Zn：8～12％，Cu：0.5～3％，Ag：0.1～2％，Bi：20～25％，剩余為Ga。制備時，熔煉特定成分的基底銅鑄錠并熔化成薄帶后，酸侵蝕獲得納米結構多孔銅基底材料，配制相應成分的液態金屬合金，多孔銅基底材料上滲鑄，獲得復合材料，100～150℃下熱處理5～10h，冷軋制得納米多孔銅液態金屬復合熱界面材料。該復合材料熱界面材料不僅散熱性能好，熱導率為150～250W/mK，硬度達到145～185HV，而且安全無側漏，具有良好的綜合性能。

技術領域：

本發明屬于微電子封裝材料及其制備技術領域，具體涉及一種納米多孔銅液態金屬復合熱界面材料及其制備方法。

背景技術：

電子技術的高功率、高頻率、微型化、集成化發展，使元器件的功率密度急劇增大，隨之產生的熱量劇增，若不能將熱量及時散除，將對其正常工作效率和使用壽命構成巨大威脅。然而，傳統的W-Cu、Mo-Cu金屬及Al₂O₃、AlN、BeO陶瓷等熱管理材料，已不能滿足當前電子封裝對結構功能一體化、高效散熱及綠色環保的發展要求，成為電子技術快速發展的瓶頸之一。具有良好的導熱性和適應性的熱界面材料通常用于兩個界面之間，以減少接觸熱阻，提高散熱效率，是熱管理材料中一個重要研究分支。目前，市面應用的熱界面材料有導熱膏、導熱膠黏劑、導熱相變材料、導熱墊片四種類型。然而高性能導熱硅脂的導熱系數在10W/mk左右；導熱膠黏劑的導熱系數僅為2W/mk左右；碳納米管熱導率雖高，但因其成本昂貴限制了它的使用，并且目前商用熱界面材料無法滿足功率器件復雜和高度集成導熱，超薄柔軟等性能的要求。一種基于液態金屬的熱界面材料應運而生，中國發明專利CN200510112867.7發明了一種用于芯片冷卻的采用液態金屬熱界面的方法和裝置，中國發明專利CN201010176988.9提出一種芯片封裝與散熱用熱界面材料及其制法，但目前液態金屬熱界面材料在應用過程中存在成本昂貴、潤濕性差、容易溢出等關鍵問題，限制了其大規模生產與應用。中國發明專利CN201710155366.X公開了一種由液態金屬熱界面材料和泡沫銅制成的泡沫銅復合的液態金屬熱界面材料；中國發明專利CN201611142513.1提供一種由金屬網格和低熔點合金構成的復合熱界面材料，常溫下低熔點合金以固態形式存在于金屬網格的網孔中，工作溫度下低熔點合金融化并填充傳熱界面的空隙，金屬網格可以防止低熔點合金溢出；中國發明專利CN201210074632.3公開了一種金屬納米顆粒基熱界面材料及其制備方法。即采用復合材料設計思想，開發低成本，具有優異潤濕性，實現對“熱障”問題有應對之策的液態金屬復合熱界面材料具有重要的理論價值和廣闊的應用前景。納米多孔銅其本身具備連續穩定的導熱通路，具有優良的導熱性能，在提高導熱系數的同時又可以通過與液態金屬潤濕來固定液態金屬，降低其流動性。

綜上所述，本領域仍在探尋一種方法以獲得低成本、高效散熱、不易溢出的熱界面材料，同時已有文獻并沒有涉及利用原位生成納米多孔合金復合液態金屬熱界面材料的技術報道。

發明內容：

本發明的目的是克服上述現有技術存在的液態金屬熱界面材料成本高、使用過程中容易溢出、散熱效率低等技術的不足，提供一種原位生成的納米結構納米多孔銅液態金屬復合熱界面材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種納米多孔銅液態金屬復合熱界面材料，由納米結構多孔銅和液態金屬制成，所述的液態金屬熱界面材料的合金質量分數為In：20～40％，Sn：9～12％，Zn：8～12％，Cu：0.5～3％，Ag：0.1～2％，Bi：20～25％，剩余為Ga。

上述多孔銅復合的液態金屬熱界面材料的制備方法，包括下述工藝步驟：