具有自封装功能的液态金属热界面材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有自封装功能的液态金属热界面材料及其制备方法，属于热界面材料技术领域。该热界面材料中，液态金属占70～99vol％；高导热填料占1～30vol％。液态金属为两种或两种以上具有不同熔点的液态金属混合而成。其制备方法是将原料进行清洗，混合之后置于超声波处理器中并加入去离子水，超声处理后过滤烘干；热压成片状，之后精轧成片状热界面材料。本发明专利技术的液态金属热界面材料在使用温度下，高熔点部分呈固态，低熔点部分呈液态，固相部分限制液相的流动，起到自封装的作用，表现出具有软化石蜡的状态，具有较高柔性的同时又无流动性。另外，该液态金属热界面材料具有高热导率(>60W/mK)和良好的可加工性。

【技术实现步骤摘要】
具有自封装功能的液态金属热界面材料及其制备方法
本专利技术属于热界面材料
，具体涉及一种具有自封装功能的液态金属热界面材料及其制备方法。
技术介绍
随着信息电子技术的发展，电子器件呈现出小型化、轻薄化、高集成化的发展趋势，其功率密度与发热量也不断的提高，这对热管理材料及技术提出了更高的要求。散热问题已经成为微电子技术发展的瓶颈问题，而电子器件中各组件之间的接触热阻是制约热量向外快速传输的障碍，因此，具有高热导率和一定柔性的热界面材料是降低组件间界面接触热阻的有效方式。目前市场常见的热界面材料为导热硅脂，其热导率在3-5W/mK，已不满足高功率密度电子器件的散热需求。现有改进技术为在导热硅脂中添加导热强化颗粒来提高其热导率，如专利CN106280468A中添加多孔碳微球，以及其它专利中添加二氧化硅、碳化硅、铜粉、银粉等，但对热导率的提升效果有限(<10W/mK)，不能从本质上提高热导率。近几年出现的液态金属，具有较高的热导率(>20W/mK)，较低温度也能呈现液相，保持一定的流动性，成为热界面材料的首选。专利CN103722804A提出一种多层结构的双熔点液态金属热界面材料，以及专利CN108329830A提出的将液态金属与硅脂复合的热界面材料，都是为了解决液态金属熔化后流动性高，易造成电路短路等问题。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高导热、自封装的液态金属热界面材料及其制备方法。该自封装液态金属热界面材料具备热导率高、性能稳定、具有一定柔性并且无流动性的特点。一种具有自封装功能的液态金属热界面材料，按照体积百分比计，其组成为：液态金属部分为70～99vol％；高导热填料部分为1～30vol％。其中，液态金属部分优选为75～99vol％，更优选为80～99vol％，再优选为90～99vol％；高导热填料部分优选为1～25vol％，更优选为1～20vol％，再优选为1～10vol％。优选的，所述的液态金属部分由一种或两种以上高熔点液态金属和一种或两种以上低熔点液态金属组成，所述的高熔点液态金属的熔点为120～200℃，所述的低熔点液态金属的熔点为40～80℃；高熔点液态金属与低熔点液态金属体积比为1/2～4/1，优选为3/4～4/1，更优选为1/1～3/1。优选的，所述的高熔点液态金属包含并不限于55.5Bi-44.5Pb、40Sn-4Zn-56Bi、86Sn-9Zn-5Bi、60Sn-40Bi、Sn-58Bi、86Sn-9Zn-5Bi、Sn-9Zn等液态金属；所述的低熔点液态金属包含并不限于49Bi-21In-18Pb-12Sn、27Sn-44.9In-28.1Bi、47.5Bi-25.4Pb-12.6Sn-9.5Cd-5In、51In-32.5Bi-16.5Sn、41Bi-28Pb-25Sn-6Cd、44.7Bi-22.6Pb-19.1In-8.3Sn-5.3Cd、66.3In-33.7Bi、57Bi-26In-17Sn等液态金属。所述的高导热填料部分包括石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石、碳化硅微粉和氮化铝微粉等其中的一种或多种。所述的高导热填料的粒径为20～2000nm，其中石墨烯、碳纳米管或纳米金刚石的粒径为20～500nm，碳化硅微粉或氮化铝微粉的粒径为500～2000nm。本专利技术所述的具有自封装功能的液态金属热界面材料的制备方法，是将称量好的高熔点液态金属粉末、低熔点液态金属粉末、高导热填料清洗，除去表面杂质；粉末混合之后置于超声波处理器中并加入去离子水，超声处理后过滤烘干，获得混合均匀的粉末；混合后的粉末在50～120℃热压成片状，之后在多辊轧机中低速精轧成50～800μm的片状热界面材料。所述的具有自封装功能的液态金属热界面材料的制备方法，包含以下工艺步骤：(1)原料的前处理：将高熔点液态金属粉末、低熔点液态金属粉末、高导热填料分别在乙醇中超声清洗，之后在去离子水中超声清洗，然后过滤烘干，按所需配比称重；(2)将配好的混合粉末置于超声震荡器中，加入去离子水，进行超声震荡，使高熔点液态金属粉末、低熔点液态金属粉末、高导热填料颗粒混合均匀，之后过滤烘干；(3)将所得的混合粉末置于热压模具中，将粉末压制成3～5mm厚的片状；(4)最后将热压所得的材料在多辊轧机中低速精轧成50～800μm厚的片状热界面材料。步骤(1)中，高熔点液态金属粉末、低熔点液态金属粉末或高导热填料在乙醇中超声清洗的时间为20～40min，在去离子水中超声清洗的时间为20～40min。步骤(2)中，加入的去离子水与混合粉末的体积比为1：1，超声震荡的时间为30～60min。步骤(3)中，所述热压的温度为50～120℃，热压模具的温度为50～120℃。本专利技术的优点：不同于现有的液态金属热界面材料，本专利技术采用两种或两种以上不同熔点的液态金属材料，高熔点相在工作温度下仍保持固相，低熔点相在工作温度下呈现液相，高熔点相将低熔点相包裹，具有自封装的特性。本专利技术的热界面材料具有较好的柔性，常温下可任意变形，同时又不具有流动性，不易发生泄漏现象，保证热界面材料使用的安全性。液态金属材料本身具有较高的热导率，通过添加高导热填料，进一步提高热界面材料的热导率，降低组件之间的接触热阻。本专利技术的液态金属热界面材料在使用温度下，高熔点部分呈固态，低熔点部分呈液态，固相部分限制液相的流动，起到自封装的作用，表现出具有软化石蜡的状态，具有较高柔性的同时又无流动性。另外，该液态金属热界面材料具有高热导率(>60W/mK)和良好的可加工性。具体实施方式本专利技术具有自封装功能的液态金属热界面材料，包含以下体积百分比的组分：液态金属部分70～99vol％；高导热填料部分1～30vol％。液态金属部分为两种或两种以上具有不同熔点的液态金属混合而成，高熔点液态金属与低熔点液态金属体积比为1/4～4/1。高熔点液态金属的熔点为120～200℃，包含并不限于55.5Bi-44.5Pb、40Sn-4Zn-56Bi、86Sn-9Zn-5Bi、60Sn-40Bi、86Sn-9Zn-5Bi、Sn-9Zn等液态金属；低熔点液态金属的熔点为40～80℃，包含并不限于49Bi-21In-18Pb-12Sn、27Sn-44.9In-28.1Bi、47.5Bi-25.4Pb-12.6Sn-9.5Cd-5In、51In-32.5Bi-16.5Sn、41Bi-28Pb-25Sn-6Cd、66.3In-33.7Bi、57Bi-26In-17Sn等液态金属。所述的高导热填料部分包括石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石、碳化硅微粉、氮化铝微粉等其中的一种或多种，高导热填料的粒径为20～2000nm。本专利技术具有自封装功能的液态金属热界面材料的制备方法，包含以下工艺步骤：(1)所用原料的前处理：将高熔点液态金属粉末、低熔点液态金属粉末、高导热填料分别在乙醇中超声清洗20～40min，之后在去离子水中超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自封装功能的液态金属热界面材料，其特征在于：按照体积百分比计，液态金属占70～99vol％；高导热填料占1～30vol％。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有自封装功能的液态金属热界面材料，其特征在于：按照体积百分比计，液态金属占70～99vol％；高导热填料占1～30vol％。


2.根据权利要求1所述的具有自封装功能的液态金属热界面材料，其特征在于：所述的液态金属由一种或两种以上高熔点液态金属和一种或两种以上低熔点液态金属组成，所述的高熔点液态金属的熔点为120～200℃，所述的低熔点液态金属的熔点为40～80℃。


3.根据权利要求2所述的具有自封装功能的液态金属热界面材料，其特征在于：所述的高熔点液态金属与低熔点液态金属体积比为1/2～4/1。


4.根据权利要求3所述的具有自封装功能的液态金属热界面材料，其特征在于：所述的高熔点液态金属包括55.5Bi-44.5Pb、40Sn-4Zn-56Bi、86Sn-9Zn-5Bi、60Sn-40Bi、Sn-58Bi、86Sn-9Zn-5Bi和Sn-9Zn；所述的低熔点液态金属包括49Bi-21In-18Pb-12Sn、27Sn-44.9In-28.1Bi、47.5Bi-25.4Pb-12.6Sn-9.5Cd-5In、51In-32.5Bi-16.5Sn、41Bi-28Pb-25Sn-6Cd、44.7Bi-22.6Pb-19.1In-8.3Sn-5.3Cd、66.3In-33.7Bi和57Bi-26In-17Sn。


5.根据权利要求1所述的具有自封装功能的液态金属热界面材料，其特征在于：所述的高导热填料包括石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石、碳化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏，谢忠南，张习敏，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11