一种高导热复合热界面材料的应用方法

1.本发明涉及电子封装材料的制备技术领域，尤其涉及一种高导热复合热界面材料的应用方法。


背景技术：

2.现代化电子元件的集成度不断提高，电子元器件的热流密度增加，而其散热性能成为决定电子设备使用寿命的关键因素。现在微电子工业面临的芯片发热问题十分严峻，部分高性能芯片的热流密度早已高达300w/cm2甚至更高。在散热片和芯片之间需要有良好的接触和高的热导率，才能有效地散热。当两个固体表面贴合时，这两个表面看似处于完全接触状态，但是即使两界面接触压力达到10mpa，实际接触面积也仅占名义接触面积的1％～2％，因为任何看起来光滑的表面都有微米级的沟壑和山谷。微间隙中充满了空气，空气是热的不良导体，其导热系数约为0.026w/m
·
k，大约比金属低四个数量级。因此阻碍了两个表面之间的传热。
3.现在市面上的热界面材料大多分为以下几类：导热垫片、相变材料、导热硅脂、热凝胶、导热胶带、焊料。其中传统的聚合物基热界面材料在所有产品中占比接近90％。聚合物基热界面材料的共同特点都是以高分子有机材料作为基底，以高导热系数的材料作为填料，用有机材料柔软、顺应性好结合填料的高导热性，保证填充了发热器件和散热片之间的空隙。
4.但是，聚合物的导热系数很低，即使使用高导热填料仍无法较大程度的提高导热系数。现在市面上商用的以有机物做基底的热界面材料的导热系数大多在2～8w/m
·
k。
5.cn114023654a公开了一种银/石墨烯复合导热界面材料及其制备方法，包括以下步骤：a、对铜基材进行表面前处理；b、在铜基材进行表面前处理的位置沉积石墨烯；c、将沉积有石墨烯的铜基材浸泡在银盐溶液中，进行置换反应，使铜基材的外层铜原子置换为银，得到银和石墨烯的复合初产物；d、对步骤c制得的银和石墨烯的复合初产物进行表面清洗。所述银/石墨烯复合导热界面材料的制备方法，制备过程简单，反应温和，制备得到的银/石墨烯复合导热界面材料的导热性能显著提升，解决了现有导热界面材料的导热性能差，在使用过程中不能及时散热的问题。但因碳纳米管成本昂贵，限制了它的使用。
6.cn109553908a公开了一种用于电子设备散热的导热界面材料，以石墨烯和常规填料配合使用作为导热填料，以丙烯酸树脂及其它助剂作为基体，制备出了石墨烯复合导热粘结剂材料，并将其作为导热界面材料。该导热界面材料中石墨烯和常规填料均匀分散，充分发挥了石墨烯自身高导热性和常规填料可实现大量填充的特点，制备的导热粘结剂具有显著优于传统导热粘结剂的性能,可显著提升电子器件的散热降温效果。此种石墨烯复合导热粘结剂制备工艺简单，可大规模工业化生产，可作为新型高效导热界面材料单独或配合基底应用于电子设备散热。
7.cn112745636a公开了一种聚合物基金属气凝胶复合热界面材料及其制备方法，所述聚合物基金属气凝胶复合热界面材料，其特征在于：其包括金属气凝胶形成的骨架，以及
填充并包覆所述骨架的复合高分子聚合物，所述复合高分子聚合物包括聚合物和导热填料；所述金属气凝胶的材料包括金属纳米线。所述聚合物基金属气凝胶复合热界面材料具有优秀的热导率，基于金属气凝胶构筑的骨架结构能够发挥优异的导热性能，降低热界面复合材料的界面热阻；由于纳米材料的尺寸效应在低温下可以与散热器、发热器件表面发生冶金互连，进一步提高了导热胶的热导率。
8.目前商用热界面材料无法满足器件高度集成导热及超薄柔软性能的要求。所以，开发一种高导热复合热界面材料的应用方法迫在眉睫。


技术实现要素：

9.鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种铜铟高导热复合热界面材料的应用方法，将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，利用瞬间直流电流通过基片，将基片两侧的铟层加热到一定温度，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
10.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
11.本发明提供一种高导热复合热界面材料的应用方法，将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，将高导热复合热界面材料中的基片接通直流电源，使基片两侧的铟层在0.2秒内加热到130～160℃之间，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
12.本发明限定直流电源通电的时间在0.2秒内，例如可以是0.2秒、0.19秒、0.1秒或0.01秒等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13.本发明所述的高导热复合热界面材料的应用方法采用瞬间直流电流通过基片，利用基片自身良好的导电性能和导热性能将基片两侧的低熔点金属铟层加热到软化或熔化；两侧软化或熔化的铟层填充到产热元件与基片以及基片与散热片之间的空隙，并快速固化，实现产热元件和散热片牢固连接和高效散热，高导热复合热界面材料的热导率可达80w/m
·
k以上。本发明限定直流电源通电的时间小于0.2秒，其原因在于当直流电源通电的时间过长，热传导会引起总热量增加，从而导致产热元件(例如芯片)的温度过高，影响其寿命和性能。本发明中对直流电源的电流大小不进行严格限定，只要能够实现铟层在预定时间内达到预定的温度即可。
14.本发明中加热到130～160℃，例如可以是130℃、132℃、135℃、138℃、140℃、150℃、155℃或160℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
15.优选地，将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，将高导热复合热界面材料中的基片接通直流电源，使基片两侧的铟层在0.1秒内加热到140～156℃之间，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
16.本发明限定直流电源通电的时间在0.1秒内，例如可以是0.1秒、0.09秒、或者0.01秒等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17.本发明中加热到140～156℃，例如可以是140℃、142℃、145℃、150℃、155℃或156℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18.优选地，所述高导热复合热界面材料包括基片和设置于基片上下表面的铟层，所
述基片包括铜基片或银基片。
19.本发明优选所述高导热复合热界面材料包括基片和设置于基片上下表面的铟层，首先，铟的熔点和硬度低，在作为接触材料时顺应性较好可以降低接触面的空隙；其次，铟的热导率在80w/m
·
k以上，铜或银的热导率在300w/m
·
k以上；所述的高导热复合热界面材料结合了铟、铜、银的优良特性，可以实现80w/m
·
k以上的热导率，并具备很低的界面热阻(小于10k
·
mm2/w)。相较于市面上使用的以液态金属为基底的材料而言，本发明所述的高导热复合热界面材料不会发生液态金属侧漏进而导致电路板的短路的问题。
20.优选地，所述基片包括箔、网或泡沫片中的任意一种。
21.本发明优选所述基片包括箔、网或泡沫片中的任意一种，通过调整基片的种类可以有效的调节高导热复合热界面材料的热导率，提高散热效率。
22.优选地，所述网的目数为100～500目，例如可以是100目、120目、150目、200目、300目、400目、450目或500目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.优选地，所述泡沫片的孔隙率为50～95％，例如可以是50％、55％、60％、65％、70％、80％、90％或95％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.优选地，所述基片的厚度为50～200μm，例如可以是50μm、60μm、80μm、100μm、150μm、170μm、190μm或200μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.优选地，所述铟层的厚度为5～100μm，例如可以是5μm、10μm、20μm、30μm、50μm、70μm、80μm、90μm或100μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.本发明优选所述高导热复合热界面材料由于表面附着铟层，材料表面柔软，与产热元件的贴合程度更高，具有依从性的优势。而纯金属导热材料的硬度大，会使材料与产热元件表面贴合程度不高，影响导热材料的传热效果和传热效率。
27.优选地，所述高导热复合热界面材料的基片的纯度和铟层的纯度均不低于99.99％，例如可以是99.99％、99.991％、99.992％、99.994％、99.995％、99.999％、或99.9999％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
28.优选地，所述高导热复合热界面材料的基片的纯度和铟层的纯度均不低于99.9999％，例如可以是99.9999％、99.99991％、99.99992％、99.99994％、99.99995％、99.99997％、或99.99999％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用
29.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
30.(1)本发明提供的高导热复合热界面材料的应用方法操作简单，实现了产热元件和散热片牢固的连接，使产热元件能够进行有效地散热，适合大规模生产和应用；
31.(2)本发明提供的高导热复合热界面材料的应用方法所用高导热复合热界面材料从源头上解决了液态金属泄漏的问题，而且结合铟、铜、银的优良特性，将高导热复合热界面材料的热导率提高到80w/m
·
k以上。
附图说明
32.图1是本发明实施例1提供的一种高导热复合热界面材料的示意图。
33.图中：1-基片；2-铟层。
具体实施方式
34.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
35.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
36.实施例1
37.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，其示意图如图1所示。
38.所述高导热复合热界面材料包括铜基片1和设置于铜基片1上下表面的铟层2。所述铜基片1为片状铜箔，厚度为200μm。所述铟层2的厚度为100μm。
39.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
40.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界面材料中的铜基片接通直流电源，通电0.01秒使铜基片两侧的铟层达到130℃，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
41.实施例2
42.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括铜基片和设置于铜基片上下表面的铟层。所述铜基片为泡沫片铜，孔隙率为50％，厚度为200μm。所述铟层的厚度为100μm。
43.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
44.将热界面材料与热沉和发产热元件组装固定压紧，将高导热复合热界面材料中的铜基片接通直流电源，通电0.2秒使铜基片两侧的铟层达到155℃，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
45.实施例3
46.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括铜基片和设置于铜基片上下表面的铟层。所述铜基片为片状铜网，目数为500目，厚度为200μm。所述铟层的厚度为100μm。
47.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
48.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界面材料中的铜基片接通直流电源，通电0.1秒使铜基片两侧的铟层达到156℃(熔化)，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
49.实施例4
50.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括铜基片和设置于铜基片上下表面的铟层。所述铜基片为片状铜箔，厚度为50μm。所述铟层的厚度为50μm。
51.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
52.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界面材料中的铜基片接通直流电源，通电0.05秒使铜基片两侧的铟层达到140℃，实现产热元
件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
53.实施例5
54.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括铜基片和设置于铜基片上下表面的铟层。所述铜基片为片状铜网，目数为100目，厚度为80μm。所述铟层的厚度为10μm。
55.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
56.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界面材料中的铜基片接通直流电源，通电0.01秒使铜基片两侧的铟层达到159℃(熔化)，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
57.实施例6
58.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括铜基片和设置于铜基片上下表面的铟层。所述铜基片为泡沫片铜，孔隙率为95％，厚度为50μm。所述铟层的厚度为100μm。
59.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
60.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界面材料中的铜基片接通直流电源，通电0.05秒使铜基片两侧的铟层达到150℃，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
61.实施例7
62.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括银基片和设置于银基片上下表面的铟层。所述银基片为泡沫片银，孔隙率为60％，厚度为50μm。所述铟层的厚度为30μm。
63.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
64.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界面材料中的银基片接通直流电源，通电0.15秒使银基片两侧的铟层达到160℃(熔化)，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
65.实施例8
66.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括银基片和设置于银基片上下表面的铟层。所述银基片为片状银箔，厚度为200μm。所述铟层2的厚度为100μm。
67.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
68.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界面材料中的银基片接通直流电源，通电0.2秒使银基片两侧的铟层达到160℃(熔化)，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
69.实施例9
70.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括银基片和设置于银基片上下表面的铟层。所述银基片为片状银网，目数为300目，厚度为50μm。所述铟层的厚度为5μm。
71.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
72.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界
面材料中的银基片接通直流电源，通电0.18秒使银基片两侧的铟层达到135℃，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
73.实施例10
74.本实施例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料包括银基片和设置于银基片上下表面的铟层。所述银基片为泡沫片银，孔隙率为50％，厚度为50μm。所述铟层的厚度为30μm。
75.本实施例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法包括：
76.将高导热复合热界面材料设置在产热元件与散热片之间并压紧，高导热复合热界面材料中的银基片接通直流电源，通电0.18秒使铟层达到140℃，实现产热元件和散热片之间的牢固连接和高效散热。
77.对比例1
78.本对比例提供一种高导热复合热界面材料，所述高导热复合热界面材料与实施例1相同。
79.本对比例还提供上述高导热复合热界面材料的应用方法，所述应用方法除了将直流电源通电的时间0.001秒替换为1秒外，其余均与实施例1相同。
80.采用稳态法或闪光法测试上述实施例和对比例中高导热复合热界面材料的热导率，结果如表1所示。
81.表1
[0082] 热导率(w/m
·
k)实施例1230实施例2130实施例3170实施例4180实施例5120实施例680实施例7160实施例8250实施例9190实施例10140对比例1230
[0083]
从表1可以看出：
[0084]
(1)综合实施例1～10可以看出，本发明提供的应用方法中高导热复合热界面材料的热导率可达80w/m
·
k以上；所述应用方法操作简单，实现了产热元件和散热片牢固连接，产热元件可以有效地散热；
[0085]
(2)综合实施例1与对比例1可以看出，实施例1中直流电源通电的时间为0.01秒，相较于对比例1中直流电源通电的时间为1秒，10秒后，利用计算机模拟，得到高导热复合热界面材料和产热元件的温度如表2所示：
[0086]
表2
[0087][0088][0089]
从表2可以看出，实施例1中直流电源通电的时间较短，10秒后高导热复合热界面材料和产热元件的温度均比对比例1低很多；由此表明，本发明通过限定直流电源通电的时间在0.2秒内，实现了产热元件和散热片之间的高效散热。
[0090]
综上所述，本发明提供的高导热复合热界面材料的应用方法操作简单，实现了产热元件和散热片牢固连接的同时，使产热元件有效地散热，适合工业化大规模生产和使用；本发明提供的高导热复合热界面材料从源头上解决了液态金属泄露的问题，而且结合铟、铜、银的优良特性，将高导热复合热界面材料的热导率提高到80w/m
·
k以上。
[0091]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。