一种热界面材料及其制备方法和应用

本发明涉及导热材料，尤其是涉及一种热界面材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前人工智能大模型服务器和各种智能设备的芯片散热大部分场景都必须使用导热界面材料。热界面材料（thermal interface materials, tim）是填充发热原件和散热器件之间界面不平整性和空气微间隙，通过降低热阻来提高散热效能。通常为具备一定导热能力的液体或软胶体类材料。评价各类tim的关键制表是总热阻(rtotal)，它包括本征热阻（rtim）和接触热阻(rcontact)两部分，其中rtim等于热界面材料封装后的厚度和本征热导率的比值（blt/ktim），rcontact与热界面材料的填充能力和接触状态有关，rcontact约占据芯片散热通路整体热阻的50%, 是芯片散热的瓶颈所在。

2、传统的热界面材料比如：导热硅脂，导热凝胶，相变材料，导热垫片，导热贴合剂，导热胶带，导热焊接等存在导热系数低、界面热阻大、力学性能差，长期使用易老化失效等问题,如表1所示。已经不能满高端芯片的散热需求了。因此目前制备本征热导率更高，阻界面热阻更低，可靠性高的热界面材料是成为解决高端芯片散热的关键。

3、近年来，基于电子器件中热界面材料（tims）的传热机理，以及石墨优异的高面内导热特性，科研人员提出了多种具有垂直取向石墨填料结构的热界面材料制备方法。这类方法通过调控聚合物基复合材料中导热填料的微观结构，旨在实现材料面外导热系数的提升。然而，此类复合材料仍存在相对较高的热阻，这一问题主要归因于三方面因素：其一为聚合物基体本征导热系数偏低，其二是复合材料的硬度特性不利于界面贴合，其三是石墨烯片层边缘在热界面材料表面呈离散分布状态。上述因素的协同作用，阻碍了热源–热界面材料–散热器之间的高效热传递路径。因此，在实际应用中，提升材料的面外导热系数并优化热界面材料与贴合表面的接触性能，是实现电子器件高效散热的关键前提。近年来，液态金属（lms）亦凭借其高导热系数与低接触热阻的特性，被用作热界面材料（tims）。液态金属还可作为垂直取向石墨烯导热垫片的表面改性剂，以降低其接触热阻。然而，液态金属在石墨烯表面的润湿性较差，且易出现渗漏等问题——其中渗漏问题危害最为显著，不仅会引发电路短路，最终还会导致器件直接失效。

4、综上所述，近年来，受人工智能芯片的强劲需求驱动，科研人员尝试了多种新型热界面材料解决方案。然而，这些方案均因各自存在的局限性，未能完全满足实际应用需求。因此，开发一种兼具高导热系数、优良的界面填充性及较低的界面热阻的热界面材料具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种热界面材料的制备方法，该方法制备的热界面材料具有高导热系数、良好的界面填充能力、低界面热阻的特点，能够满足高端电子器件的散热需求。

2、本发明第二方面还提供一种热界面材料。

3、本发明第三方面还提供一种热界面材料的应用。

4、根据本发明的第一方面实施方式提供的一种热界面材料的制备方法，包括如下步骤：

5、s1、将铟片和石墨片进行交替堆叠得到铟-石墨交替叠层预制体；

6、s2、将所述铟-石墨交替叠层预制体进行热压成型，得到铟/石墨块体复合材料；

7、s3、沿垂直于叠层的方向将所述铟/石墨块体复合材料进行切割，即得热界面材料；

8、在步骤s1中，所述石墨片主体设有多条缝隙；多条所述缝隙将所述石墨片主体分割为交替分布的石墨实体部和空隙部。

9、根据本发明的一种优选的实施方式，所述交替堆叠至铟-石墨交替叠层预制体的厚度为40~50mm。

10、根据本发明的一种优选的实施方式，所述石墨实体部的宽度为0.4~0.6 mm。

11、根据本发明的一种优选的实施方式，所述空隙部的宽度为0.4~0.6 mm。

12、根据本发明的一种优选的实施方式，步骤s2中，所述热压成型的压力为30~70mpa。

13、根据本发明的一种优选的实施方式，步骤s2中，所述热压成型的烧结温度为100℃~150℃。

14、根据本发明的一种优选的实施方式，以所述热界面材料的总体积计算，所述石墨片的体积分数为10~15 vol %。

15、根据本发明的一种优选的实施方式，步骤s1中，所述铟片的厚度为0.04~0.06 mm。

16、根据本发明的一种优选的实施方式，步骤s1中，所述石墨片的厚度为0.017~0.02mm。

17、根据本发明的一种优选的实施方式，步骤s3中，所述切割的线速度为15~25 m/s。

18、根据本发明的一种优选的实施方式，步骤s3中，所述切割的进给速度为0.4~0.5mm/min。

19、根据本发明的一种优选的实施方式，在步骤s3之后，本发明的制备方法还包括将所述的热界面材料表面覆盖液态金属涂层。

20、根据本发明的一种优选的实施方式，所述液态金属涂层的厚度为30~50μm。

21、根据本发明的一种优选的实施方式，将所述的热界面材料表面覆盖液态金属涂层的制备步骤如下：

22、将熔融的液态金属喷涂于所述热界面材料的表面，冷却即得。

23、根据本发明的一种优选的实施方式，所述液态金属包括铟铋锡液态金属。

24、根据本发明实施方式的制备方法，至少具有如下有益效果：

25、本发明以铟片为基体，石墨片为填料通过交替堆叠、热压成型切割得到的热界面材料具有高导热系数、优良的界面填充性和较低的界面热阻的特点。

26、进一步地，本发明以石墨片主体设有多条缝隙；多条缝隙将石墨片主体分割为交替分布的石墨实体部和空隙部，这样形成条纹状的石墨片与铟片进行交替堆叠时，通过石墨条纹之间的间隙，使两侧的铟片在热压成型过程中相互结合，从而将每一条石墨条纹牢固地固定在铟片内部，形成一个稳定的复合材料结构。不仅提高了复合材料的粘结力和稳定性，而且还提高了热界面材料的导热系数。

27、根据本发明的第二方面提供一种热界面材料，由本发明第一方面所述的制备方法制备得到。

28、由此，本发明的热界面材料具有高导热系数、优良的界面填充性和较低的界面热阻的特点。

29、本发明第三方面提供一种本发明第二方面所述的热界面在制备电子器件散热中的应用。

30、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

1.一种热界面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交替堆叠至铟-石墨交替叠层预制体的厚度为40~50mm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述热压成型的压力为30~70mpa；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述热界面材料的总体积计算，所述石墨片的体积分数为10~15 vol %。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述铟片的厚度为0.04~0.06 mm；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述切割的线速度为15~25m/s；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s3之后，本发明的制备方法还包括将所述的热界面材料表面覆盖液态金属涂层。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述液态金属涂层的厚度为30~50μm。

9.一种热界面材料，其特征在于，由权利要求1~8任一项所述的制备方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的热界面材料在制备电子器件散热材料中的应用。