一种定向孔洞石墨烯泡沫与低熔点合金的复合热界面材料制造技术

本发明专利技术提供一种定向孔洞石墨烯泡沫与低熔点合金的复合热界面材料，常温下低熔点合金以固态形式存在于石墨烯泡沫的孔洞中，工作温度下低熔点合金融化并填充传热界面的空隙，石墨烯泡沫可以防止低熔点合金溢出。其中，低熔点合金为铟铋锡镓合金，熔点介于40～70℃之间。石墨烯泡沫具有平行于传热方向的孔洞结构，填充低熔点合金后可以大大提高传热方向上的热导率。

Composite thermal interface material for oriented hole graphene foam and low melting point alloy

Composite thermal interface material of the invention provides a directional hole graphene foam with low melting point alloy, low melting point alloy at room temperature there are holes in the solid form in graphene foam in the voids of low melting point alloy melting temperature and filling the heat transfer interface, graphene foam can prevent the overflow of low melting point alloy. Among them, the low melting point alloy is an indium bismuth tin gallium alloy with a melting point of between 40~70 DEG C. The graphene foam has a hole structure parallel to the heat transfer direction, and the thermal conductivity in the direction of heat transfer can be greatly improved when the low melting point alloy is filled.

【技术实现步骤摘要】
一种定向孔洞石墨烯泡沫与低熔点合金的复合热界面材料
本专利技术涉及导热材料领域，具体涉及一种定向孔洞石墨烯泡沫与低熔点合金的复合热界面材料。
技术介绍
随着电子器件向微型化、小型化方向发展，以及电子芯片的集成度越来越高，电子器件的工作效率和可靠性越来越依赖于散热问题的解决，因此电子封装的散热变得越发的重要。散热问题对于那些高功耗器件的影响尤为突出，如高功率二极管激光器、高亮度发光二极管和高功率传感器等，这些传感器工作时会产生大量的热量，需要利用具有高热导率的热界面材料才能快速有效地经由散热片传输到外界环境。肉眼观察下非常平滑的固体表面在纳米尺度下实际上非常的不规整，呈现出波浪般的形貌，上面有着许许多多纳米尺度的“山峰”和“山谷”，电子芯片与散热器之间固体界面的实际机械接触面积非常小，固体表面的大部分区域是被空气隔开的。由于空气的热导率非常小，使得集成电路(芯片)工作时产生的大量热量不能经由芯片封装外壳有效地传导出去，反而逐渐地积累起来，最终引起温度的大幅上升。热界面材料可以填充传热界面之间的空隙，实现两个固体界面之间热量快速传导，从而解决这类问题。目前，市场上应用的热界面材料主要有导热硅脂、导热胶、相变材料、导热凝胶、颗粒填充的高分子基复合热界面材料和低熔点金属热界面材料等。金属通常具有较高的热导率，是一类非常值得关注的热界面材料。对于大多数金属来说，熔点都比较高，不能单独地应用于电子封装。通常情况下，降低金属的熔点主要有两条途径，一是与低熔点金属形成固溶体、共晶组织或者金属间化合物，另一条是实现金属纳米颗粒的尺寸超小化，这样才能更好地应用于热界面散热领域。低熔点金属热界面材料主要有铋、锡、铟、铅、镓等，而低熔点合金不仅具有较低的熔点，而且可以通过调整合金的组成以获得不同的熔点。一般情况下低熔点金属或合金的热导率比高分子或者硅油脂要高出两个数量级。低熔点合金自身的导热性能优异，而且低熔点合金在比较低的温度下就可以熔融为液体，润湿两个固体界面，填充接触界面的空隙，降低接触热阻。但是低熔点合金熔融时易产生溢出现象，容易对电子元器件产生污染甚至造成短路故障。如果能够将低熔点合金与多孔材料结合起来构成复合热界面材料，就可以避免液态低熔点合金的溢出问题。此外，普通的多孔材料热阻较大，并且内部孔洞随机分布，导热路径长，也不利于热导率的提高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种高导热的具有定向孔洞的石墨烯和低熔点合金的复合热界面材料。石墨烯本身具有极高的热导率，石墨烯泡沫在复合热界面材料中起到骨架的作用，同时对液态低熔点合金起到收纳的作用，能够避免液态低熔点合金溢出。石墨烯泡沫中的孔洞是定向排列的并且与传热方向平行的通孔，低熔点合金填充在孔洞中。低熔点合金由铟、铋、锡、镓组成，质量比通式为In100BixSnyGaz，其中x＜100，y＜50，z＜2.5。上述低熔点合金的熔点在40～70℃之间。常温下低熔点合金以固态形式存在于石墨烯泡沫的孔洞中。当工作温度超过低熔点合金的熔点时，低熔点合金熔化形成的液态合金润湿传热接触面，填充界面上的空隙，从而降低界面接触热阻。同时，由于石墨烯泡沫中定向排列的孔道平行于传热方向，因此液态金熔点合金具有最短的传热路径。上述因素综合起来使得所述复合热界面材料具有优异的传热性能。附图说明图1为本专利技术所述复合热界面材料的结构示意图，其中1为具有平行于传热方向的定向孔洞的石墨烯泡沫，2为低熔点合金。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术作进一步说明。实例1本实施例提供的复合热界面材料，由具有定向孔洞的石墨烯泡沫和低熔点合金组成，低熔点合金均匀地填充于石墨烯泡沫的孔洞中。石墨烯泡沫的定向孔洞平行于传热方向，孔径为1300微米。低熔点合金为铟铋锡镓合金，质量比为In100Bi66Sn33Ga1.2，熔点为63℃。在LongwinTIMLW-9389稳态热流法导热测试仪(台湾瑞领科技股份有限公司)测试上述复合热界面材料的热导率，测试温度为30℃时，热导率为8W/(m·k)；测试温度为70℃时，热导率为36W/(m·k)。实例2本实施例提供的复合热界面材料，由具有定向孔洞的石墨烯泡沫和低熔点合金组成，低熔点合金均匀地填充于石墨烯泡沫的孔洞中。石墨烯泡沫的定向孔洞平行于传热方向，孔径为1300微米。低熔点合金为铟铋锡镓合金，质量比为In100Bi62Sn31Ga16，熔点为47℃。在LongwinTIMLW-9389稳态热流法导热测试仪(台湾瑞领科技股份有限公司)测试上述复合热界面材料的热导率，测试温度为30℃时，热导率为13W/(m·k)；测试温度为60℃时，热导率为42W/(m·k)。实例3本实施例提供的复合热界面材料，由具有定向孔洞的石墨烯泡沫和低熔点合金组成，低熔点合金均匀地填充于石墨烯泡沫的孔洞中。石墨烯泡沫的定向孔洞平行于传热方向，孔径为700微米。低熔点合金为铟铋锡镓合金，质量比为In100Bi66Sn33Ga1.2，熔点为63℃。在LongwinTIMLW-9389稳态热流法导热测试仪(台湾瑞领科技股份有限公司)测试上述复合热界面材料的热导率，测试温度为30℃时，热导率为5W/(m·k)；测试温度为70℃时，热导率为32W/(m·k)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向孔洞石墨烯泡沫与低熔点合金的复合热界面材料，其特征在于，常温下低熔点合金以固态形式存在于石墨烯泡沫的孔洞中，工作温度下低熔点合金融化并填充传热界面的空隙，石墨烯泡沫可以防止低熔点合金溢出。

【技术特征摘要】
1.一种定向孔洞石墨烯泡沫与低熔点合金的复合热界面材料，其特征在于，常温下低熔点合金以固态形式存在于石墨烯泡沫的孔洞中，工作温度下低熔点合金融化并填充传热界面的空隙，石墨烯泡沫可以防止低熔点合金溢出。2.如权利要求1所述的复合热界面材料，其特征在于，所述的石墨烯泡沫具有平行于传热方向的孔洞结构，孔洞直径为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：查鲲鹏，朱海涛，王梦婕，周建辉，王航，吴大雄，雷清泉，
申请(专利权)人：中电普瑞电力工程有限公司，青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11