一种金属热界面材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种金属热界面材料及其制备方法，制备方法包括：按一定比例将第一熔点金属与第二熔点金属均匀混合一段时间；在混合的过程中，使第一熔点金属与第二熔点金属部分发生合金反应得到，并在充氩气或真空的环境中冷冻保存。本发明专利技术的金属热界面材料能够浸润固体界面，填充接触界面的空隙，降低接触热阻，避免流动溢出对电子元器件产生污染甚至造成短路。

Metal thermal interface material and preparation method thereof

The invention provides a metal thermal interface material and a preparation method. The preparation method includes: mixing the first melting point metal and the second melting point metal in a certain proportion for a period of time; during the mixing process, the first melting point metal reacts with the second melting point metal part to form an alloy, and is filled with argon or vacuum. Cryopreservation in the environment. The metal thermal interface material of the invention can infiltrate the solid interface, fill the gap of the contact interface, reduce the contact thermal resistance, avoid the pollution of the flow overflow to the electronic components and even cause short circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种金属热界面材料及其制备方法
本专利技术属于金属材料领域，特别涉及一种金属热界面材料及其制备方法。
技术介绍
高温将会对电子元器件的稳定性、可靠性和寿命产生有害的影响，譬如过高的温度会危及半导体的结点，损伤电路的连接界面，增加导体的阻值和造成机械应力损伤。因此确保发热电子元器件所产生的热量能够及时的排出，己经成为微电子产品系统组装的一个重要方面。在微电子材料表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙，如果将它们直接安装组合，它们的实际接触面积只有散热器底座面积的10％，其余均为空气间隙。因为空气热导率极低，是热的不良导体，将导致电子元件与散热器间的接触热阻非常大，严重阻碍了热量的传导，最终造成散热器的效能低下。使用具有高导热性的热界面材料填充这些间隙，在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道，可以大幅度降低接触热阻，使散热器的作用得到充分地发挥。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。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，而且可以在比较低的温度下熔融为液体，浸润两个固体界面，填充接触界面的空隙。但是低熔点合金熔融时易产生流动溢出现象，容易对电子元器件产生污染甚至造成短路。本专利技术提出一种金属热界面材料，此种金属热界面材料能够浸润固体界面，填充接触界面的空隙，降低接触热阻，避免流动溢出对电子元器件产生污染甚至造成短路。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一个目的是提出一种金属热界面材料，以弥补现有技术中热界面材料散热效果不理想、低熔点合金高温流动溢出的问题。在一些说明性实施例中，所述一种金属热界面材料的制备方法，包括：将第一熔点金属与第二熔点金属均匀混合；混合过程中，使部分所述第一熔点金属与部分所述第二熔点金属发生合金反应，生成新的合金反应物；混合结束后，得到同时具有所述第一熔点金属、所述第二熔点金属、以及所述合金反应物的金属混合物，作为金属热界面材料；将制得的所述金属热界面材料冷冻保存；所述金属热界面材料在室温下经第一物态自行转变为第二物态，所述第二物态的熔点高于所述第一物态的熔点。在一些可选地实施例中，通过如下方式使所述第一熔点金属与所述第二熔点金属发生合金反应：使所述第一熔点金与所述第二熔点金属的接触面达到一定的能量；其中，所述能量包括：热能，或热能及机械能。在一些可选地实施例中，通过如下方式使所述第一熔点金属与所述第二熔点金属的接触位置达到一定的能量：对所述第一熔点金属与所述第二熔点金属的混合物在大气环境下进行球磨处理或立式捏合处理。在一些可选地实施例中，所述球磨处理中球磨转速为500-800转/每分钟，球磨时间在60-120分钟，优选为60-90分钟；所述立式捏合处理中立式捏合转速为48-72转/每分钟，立式捏合时间为90-180分钟，加热温度为150-300摄氏度。在一些可选地实施例中，还包括如下步骤：球磨处理或立式捏合处理后立刻将制得的所述金属混合物置于-20℃或更低温度在大气氛围中冷冻保存。在一些可选地实施例中，所述第一熔点金属包括以下之一或任意组合：汞、镓、铟、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种；所述第二熔点金属为粉体，包括以下之一或任意组合：铁、铬、锰、铝、镁、钙、锶、钡、铜、钴、镍、锑、金、银、铂、钯、锇、铱、铍、钛、锆、铪、钒、钽、钨、钼、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、钍中的一种或几种。在一些可选地实施例中，所述第二熔点金属的粒径为10μm-75μm。在一些可选地实施例中，所述第二熔点金属的粒径为30μm-50μm。在一些可选地实施例中，所述第二熔点金属的质量分数为17％-30％。本专利技术的另一个目的是提出一种金属热界面材料，以解决现有技术中热界面材料散热效果不理想、低熔点合金高温流动溢出的问题。在一些说明性实施例中，所述金属热界面材料通过如上制备方法制成，其成分包括：熔点在300摄氏度以下的第一熔点金属、熔点在500摄氏度以上的第二熔点金属、以及熔点高于30摄氏度的所述第一熔点金属与所述第二熔点金属的合金反应物；所述金属热界面材料在室温下经第一物态自行转变为第二物态，所述第二物态的熔点高于所述第一物态的熔点。与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：(1)本专利技术的金属热界面材料对固体界面浸润性好，热导率高。(2)本专利技术的金属热界面材料可通过改变金属粉末含量、种类、尺寸及球磨工艺等来调整粘度、固化时间、强度等，适应不同应用场合。具体实施方式以下描述充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本专利技术的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“专利技术”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个专利技术或专利技术构思。本专利技术公开了一种金属热界面材料的制备方法，包括：将第一熔点金属与第二熔点金属均匀混合；混合过程中，使部分所述第一熔点金属与部分所述第二熔点金属发生合金反应，生成新的合金反应物；混合结束后，得到同时具有所述第一熔点金属、所述第二熔点金属、以及所述合金反应物的金属混合物，作为金属热界面材料；将制得的所述金属热界面材料冷冻保存；所述金属热界面材料在室温下经第一物态自行转变为第二物态，所述第二物态的熔点高于所述第一物态的熔点。从合金反应机理上看，该金属热界面材料作为一种混合物，由于同时含有第一熔点金属、第二熔点金属和合金反应物，其中的合金反应物在室温下能够诱发剩余的第一熔点金属与剩余的第二熔点金属自发的逐步发生合金反应，直至第一熔点金属与第二熔点金属相继充分反应或反应到一定程度，此时合金反应物在该金属热界面材料中占比加大，该金属热界面材料由第一物态自发进行转化到第二物态，由于第一熔点金属与第二熔点金属配比和选用材料的不同，第一物态和第二物态均有可能都为液态或都为固态，或者第一物态为液态，第二物态为固态。由于该金属热界面材料具有很好的浸润性，可以方便填充于电子元件的表面或孔隙，另外由于保持了低熔点合金的高热导率，能够很好的实现热传导，达到快速降温的效果。本专利技术中利用第一熔点金属与第二熔点金属之间的部分合金反应，使金属混合物中存在这种合金反应物，该合金反应物可在自然条件下自行驱使剩余的第一熔点金属与第二熔点金属发生合金反应，部分合金化后的自发反应效果，并且这种自发反应是不可逆的，在电子元器的散热温度范围内，该金属热界面材料不会因温度过高而重新融化成液态。相比现有技术中的热界面材料而言，本专利技术中金属热界面材料而的同时具有制备简单、使用安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属热界面材料的制备方法，其特征在于，包括：将第一熔点金属与第二熔点金属均匀混合；混合过程中，使部分所述第一熔点金属与部分所述第二熔点金属发生合金反应，生成新的合金反应物；混合结束后，得到同时具有所述第一熔点金属、所述第二熔点金属、以及所述合金反应物的金属混合物，作为金属热界面材料；将制得的所述金属热界面材料冷冻保存；所述金属热界面材料在室温下经第一物态自行转变为第二物态，所述第二物态的熔点高于所述第一物态的熔点。

【技术特征摘要】
1.一种金属热界面材料的制备方法，其特征在于，包括：将第一熔点金属与第二熔点金属均匀混合；混合过程中，使部分所述第一熔点金属与部分所述第二熔点金属发生合金反应，生成新的合金反应物；混合结束后，得到同时具有所述第一熔点金属、所述第二熔点金属、以及所述合金反应物的金属混合物，作为金属热界面材料；将制得的所述金属热界面材料冷冻保存；所述金属热界面材料在室温下经第一物态自行转变为第二物态，所述第二物态的熔点高于所述第一物态的熔点。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过如下方式使所述第一熔点金属与所述第二熔点金属发生合金反应：使所述第一熔点金与所述第二熔点金属的接触面达到一定的能量；其中，所述能量包括：热能，或热能及机械能。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，通过如下方式使所述第一熔点金属与所述第二熔点金属的接触位置达到一定的能量：对所述第一熔点金属与所述第二熔点金属的混合物在大气环境下进行球磨处理或立式捏合处理。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述球磨处理中球磨转速为500–800转/每分钟，球磨时间在60-120分钟，优选为60-90分钟；所述立式捏合处理中立式捏合转速为48-72转/每分钟，立式捏合时间为90-180分钟，加热温度为150-300摄氏度。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：球磨处理或立式捏合处理后立刻将制得的所述金属混合物置于-20℃或...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宇，郑翰，朱唐，于洋，
申请(专利权)人：北京梦之墨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11