CN110349926A - 一种降低液态金属导热片热阻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导热材料领域，具体涉及一种降低液态金属导热片热阻的方法。本发明公开了一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括将预处理的液态金属合金涂抹在玻璃纤维网格布上的步骤。本发明通过对液态金属合金进行改进，使液态金属合金导热片完全浸润填充导热面空隙，达到低热阻、高导热的效果。
Description
技术领域
本发明涉及导热材料领域，具体涉及一种降低液态金属导热片热阻的方法。
背景技术
目前，微电子技术迅速发展使得电子芯片总功率密度大幅增大，热流密度也随之增加。散热好坏会严重影响到***稳定性以及硬件寿命。芯片技术对高性能散热方法提出了前所未有的迫切需求，使得超高热流密度芯片散热一直是国际上异常活跃的研究领域。
芯片的散热都需要使用导热界面材料与散热器或散热面进行接触，这种界面材料的作用是填充两个界面之间的微空隙。传统的导热界面材料是导热硅脂或导热硅胶，基本原理是在硅油中填充高导热的填料颗粒。但因为硅油或硅胶基材导热率极低，因此总体的导热率很低，一般低于5W/mK，热阻大于0.3cm2K/W。这对于高速发展的电子芯片散热是非常不利的，例如，5G通信芯片的热流密度大于20W/mK，导热硅脂或硅胶材料将在界面处产生高达6度的温升。为解决这个问题，近年来液态金属合金导热材料逐渐进入人们的视野。例如GaInBi系列液态金属合金材料，熔点为58-60度，当芯片温度超过该熔点时，液态金属合金片熔化并起到填充界面空隙的作用。因为金属特有的高导热率，导热率高至20W/(mK)。
尽管液态金属导热片具有较高的导热能力，但实际应用的过程中仍存在不少问题。一个不足是其熔化后虽然可以填充界面空隙，但由于装配后热界面的压力并不均匀，导致有的地方覆盖/浸润的比较好，而有的地方较差，这在较大的散热面上尤为突出。其结果将导致不同的导热片的效果不同，忽高忽低，严重影响其运用效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括将预处理的液态金属合金涂抹在玻璃纤维网格布上的步骤。
作为一种优选的技术方案，所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
作为一种优选的技术方案，所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 19～23％；
镓 58～63％；
锡 余下量。
作为一种优选的技术方案，所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 20～22％；
镓 59～61％；
锡 余下量。
作为一种优选的技术方案，所述玻璃纤维网格布的厚度为0.01-0.2毫米。
作为一种优选的技术方案，所述玻璃纤维网格布的克重为40-200g/平方米。
作为一种优选的技术方案，所述玻璃纤维网格布的克重为110-200g/平方米。
作为一种优选的技术方案，所述液态金属合金的预处理过程为：将液态金属合金在室温下搅拌一定时间。
作为一种优选的技术方案，所述搅拌速度为10-100rpm，搅拌时间为0.5-2小时。
作为一种优选的技术方案，所述搅拌速度为10-100rpm，搅拌时间为1小时。
有益效果：本发明通过对液态金属合金进行改进，使液态金属合金导热片完全浸润填充导热面空隙，达到低热阻、高导热的效果。
附图说明
图1为测试时本发明实施例1的热阻随压力变化图。
具体实施方式
为了解决上述问题，本发明提供了一种降低液态金属合金导热片热阻的方法，包括将预处理的液态金属合金涂抹在玻璃纤维网格布上的步骤。
液态金属合金
作为一种优选的实施方式，所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓为淡蓝色金属，熔点为29.76摄氏度，受热至熔点时变为液体，再冷却至0℃而不固化，由液体转变为固体时，其体积约增大3.2％。所述镓的热导率为29.4W/(m·℃)，镓在干燥空气中较稳定并生成氧化物薄膜阻止继续氧化，在潮湿空气中失去光泽。
所述铟为银白色并略带淡蓝色的金属，熔点为156.61摄氏度。所述铟的热导率为81.6W/(m·℃)；从常温到熔点之间，铟与空气中的氧作用缓慢，表面形成极薄的氧化膜，温度更高时，与活泼非金属作用。大块金属铟不与沸水和碱溶液反应，但粉末状的铟可与水缓慢的作用，生成氢氧化铟。
所述锡为一种有银白色光泽的的低熔点的金属元素，熔点为231.89摄氏度。所述锡的热导率为15.08W/(m·℃)；在空气中锡的表面生成二氧化锡保护膜而稳定，加热下氧化反应加快。锡在常温下富有展性，特别是在100℃时，它的展性非常好，可以展成极薄的锡箔。
作为一种优选的实施方式，所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 19～23％；
镓 58～63％；
锡 余下量。
作为一种优选的实施方式，所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 20～22％；
镓 59～61％；
锡 余下量。
优选地，所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21.5％；
镓 62.5％；
锡 余下量。
优选地，所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至250-300℃，保温2-8小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
作为一种优选的实施方式，所述液态金属合金的预处理过程为：将液态金属合金在室温下搅拌一定时间。
作为一种优选的实施方式，所述搅拌速度为10-100rpm，搅拌时间为0.5-2小时。
所述搅拌时间例如可以为：0.5小时、0.6小时、0.7小时、0.8小时、0.9小时、1小时、1.2小时、1.3小时、1.4小时、1.5小时、1.6小时、1.7小时、1.8小时、1.9小时、2小时。
作为一种优选的实施方式，所述搅拌速度为10-100rpm，搅拌时间为1小时。
本申请人发现，通过对液态金属合金进行预处理，增强了其与网格布之间的浸润性。
玻璃纤维网格布
所述玻璃纤维网格布是以玻璃纤维机织物为基材，经高分子抗乳液浸泡涂层而得。玻璃纤维网格布以耐碱玻纤网布为主，它采用中无碱玻纤纱经特殊的组织结构-纱罗组织绞织而成，后经抗碱液、增强剂等高温热定型处理。
作为一种优选的实施方式，所述玻璃纤维网格布的厚度为0.01-0.2毫米。
作为一种优选的实施方式，所述玻璃纤维网格布的克重为40-200g/平方米。
优选的实施方式，所述玻璃纤维网格布的克重为110-200g/平方米。
作为一种优选的实施方式，所述降低液态金属合金导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌0.5～2小时，搅拌速度为10-100rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
其中，步骤(3)中涂抹时使用棉签多次擦涂玻璃纤维网格布表面，使液态金属合金充分与网格布接触紧密。
本申请人意外发现，通过将液态金属合金进行预处理后涂抹在克重为110-200g/平方米，厚度为0.01-0.2毫米的玻璃纤维网格布上，能够很好的降低液态金属合金导热片的热阻，猜测是因为当液态金属合金导热片与导热面接触时，具有亚毫米级周期性起伏的液态金属合金导热片会在导热面扩散开来，这些起伏结构细小且十分柔软而且特定尺寸及间距的周期性结构与预处理的液态金属相互协同，在压力作用下迅速形变并对导热面进行初步填充，致使导热面的每个地方都是“压紧”的。同时，导热面上小凹槽内的空气受到压缩，此时在外界压力、毛细力和小凹槽内空气压力的共同作用下，导热面与液体金属导热片达到一种最佳状态。随后当温度升高过熔点时，液态金属合金熔化，所有导热面空隙将会完全浸润填充，达到低热阻、高导热的效果。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例
实施例1
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌1小时，搅拌速度为80rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为160g/平方米，厚度为0.16毫米，型号为EW160，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
实施例2
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌2小时，搅拌速度为80rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为160g/平方米，厚度为0.16毫米，型号为EW160，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
实施例3
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌0.5小时，搅拌速度为80rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为160g/平方米，厚度为0.16毫米，型号为EW160，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
实施例4
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌4小时，搅拌速度为80rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为160g/平方米，厚度为0.16毫米，型号为EW160，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
实施例5
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(2)将液态金属合金涂抹在步骤(1)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为160g/平方米，厚度为0.16毫米，型号为EW160，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
实施例6
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌1小时，搅拌速度为80rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为200g/平方米，厚度为0.2毫米，型号为EW200，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
实施例7
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌1小时，搅拌速度为80rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为110g/平方米，厚度为0.1毫米，型号为EW110，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
实施例8
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌1小时，搅拌速度为80rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21％；
镓 60％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为24g/平方米，厚度为0.035毫米，型号为792，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
实施例9
一种降低液态金属导热片热阻的方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属合金在室温下搅拌1小时，搅拌速度为80rpm.；
(2)同时依次用丙酮、乙醇对玻璃纤维网格布进行清洗；
(3)将步骤(1)预处理的液态金属合金涂抹在步骤(2)清洗过的玻璃纤维网格布上，即得。
所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 21.5％；
镓 62.5％；
锡 余下量。
所述液态金属合金的制备方法，包括以下步骤：按照组分配方称取液态金属合金的原料单质，混合均匀后加入至坩埚中；升温至280℃，保温5小时，然后冷却至室温，将得到的液态金属合金置于惰性气氛保护的容器中备用。
所述玻璃纤维网格布的克重为160g/平方米，厚度为0.16毫米，型号为EW160，购买于常州市新高绝缘材料有限公司。
性能测试
热阻测试：利用湘仪DRL导热硅胶/热阻仪对液态金属导热片进行热阻测试(测量压力为100Psi)，结果见表1，热阻单位cm2K/W。
表1.热阻测试结果
| 实施例 | 热阻 |
| 实施例1 | 0.04 |
| 实施例2 | 0.08 |
| 实施例3 | 0.06 |
| 实施例4 | 0.45 |
| 实施例5 | 0.37 |
| 实施例6 | 0.07 |
| 实施例7 | 0.05 |
| 实施例8 | 0.41 |
| 实施例9 | 0.07 |
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种降低液态金属导热片热阻的方法，其特征在于，包括将预处理的液态金属合金涂抹在玻璃纤维网格布上的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态金属合金由镓、铟、锡组成。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 19～23％；
镓 58～63％；
锡 余下量。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述镓、铟、锡的质量百分比为：
铟 20～22％；
镓 59～61％；
锡 余下量。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃纤维网格布的厚度为0.01-0.2毫米。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃纤维网格布的克重为40-200g/平方米。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述玻璃纤维网格布的克重为110-200g/平方米。
8.如权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述液态金属合金的预处理过程为：将液态金属合金在室温下搅拌一定时间。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述搅拌速度为10-100rpm，搅拌时间为0.5-2小时。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述搅拌速度为10-100rpm，搅拌时间为1小时。
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