本發(fā)明涉及導(dǎo)熱材料領(lǐng)域，具體涉及一種定向孔洞石墨烯泡沫與低熔點(diǎn)合金的復(fù)合熱界面材料。

背景技術(shù)：

隨著電子器件向微型化、小型化方向發(fā)展，以及電子芯片的集成度越來越高，電子器件的工作效率和可靠性越來越依賴于散熱問題的解決，因此電子封裝的散熱變得越發(fā)的重要。散熱問題對(duì)于那些高功耗器件的影響尤為突出，如高功率二極管激光器、高亮度發(fā)光二極管和高功率傳感器等，這些傳感器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，需要利用具有高熱導(dǎo)率的熱界面材料才能快速有效地經(jīng)由散熱片傳輸?shù)酵饨绛h(huán)境。肉眼觀察下非常平滑的固體表面在納米尺度下實(shí)際上非常的不規(guī)整，呈現(xiàn)出波浪般的形貌，上面有著許許多多納米尺度的“山峰”和“山谷”，電子芯片與散熱器之間固體界面的實(shí)際機(jī)械接觸面積非常小，固體表面的大部分區(qū)域是被空氣隔開的。由于空氣的熱導(dǎo)率非常小，使得集成電路(芯片)工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量不能經(jīng)由芯片封裝外殼有效地傳導(dǎo)出去，反而逐漸地積累起來，最終引起溫度的大幅上升。熱界面材料可以填充傳熱界面之間的空隙，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)固體界面之間熱量快速傳導(dǎo)，從而解決這類問題。目前，市場(chǎng)上應(yīng)用的熱界面材料主要有導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱膠、相變材料、導(dǎo)熱凝膠、顆粒填充的高分子基復(fù)合熱界面材料和低熔點(diǎn)金屬熱界面材料等。

金屬通常具有較高的熱導(dǎo)率，是一類非常值得關(guān)注的熱界面材料。對(duì)于大多數(shù)金屬來說，熔點(diǎn)都比較高，不能單獨(dú)地應(yīng)用于電子封裝。通常情況下，降低金屬的熔點(diǎn)主要有兩條途徑，一是與低熔點(diǎn)金屬形成固溶體、共晶組織或者金屬間化合物，另一條是實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒的尺寸超小化，這樣才能更好地應(yīng)用于熱界面散熱領(lǐng)域。低熔點(diǎn)金屬熱界面材料主要有鉍、錫、銦、鉛、鎵等，而低熔點(diǎn)合金不僅具有較低的熔點(diǎn)，而且可以通過調(diào)整合金的組成以獲得不同的熔點(diǎn)。一般情況下低熔點(diǎn)金屬或合金的熱導(dǎo)率比高分子或者硅油脂要高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

低熔點(diǎn)合金自身的導(dǎo)熱性能優(yōu)異，而且低熔點(diǎn)合金在比較低的溫度下就可以熔融為液體，潤濕兩個(gè)固體界面，填充接觸界面的空隙，降低接觸熱阻。但是低熔點(diǎn)合金熔融時(shí)易產(chǎn)生溢出現(xiàn)象，容易對(duì)電子元器件產(chǎn)生污染甚至造成短路故障。如果能夠?qū)⒌腿埸c(diǎn)合金與多孔材料結(jié)合起來構(gòu)成復(fù)合熱界面材料，就可以避免液態(tài)低熔點(diǎn)合金的溢出問題。此外，普通的多孔材料熱阻較大，并且內(nèi)部孔洞隨機(jī)分布，導(dǎo)熱路徑長，也不利于熱導(dǎo)率的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)熱的具有定向孔洞的石墨烯和低熔點(diǎn)合金的復(fù)合熱界面材料。

石墨烯本身具有極高的熱導(dǎo)率，石墨烯泡沫在復(fù)合熱界面材料中起到骨架的作用，同時(shí)對(duì)液態(tài)低熔點(diǎn)合金起到收納的作用，能夠避免液態(tài)低熔點(diǎn)合金溢出。石墨烯泡沫中的孔洞是定向排列的并且與傳熱方向平行的通孔，低熔點(diǎn)合金填充在孔洞中。低熔點(diǎn)合金由銦、鉍、錫、鎵組成，質(zhì)量比通式為In100BixSnyGaz，其中x＜100，y＜50，z＜2.5。上述低熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)在40～70℃之間。常溫下低熔點(diǎn)合金以固態(tài)形式存在于石墨烯泡沫的孔洞中。當(dāng)工作溫度超過低熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)時(shí)，低熔點(diǎn)合金熔化形成的液態(tài)合金潤濕傳熱接觸面，填充界面上的空隙，從而降低界面接觸熱阻。同時(shí)，由于石墨烯泡沫中定向排列的孔道平行于傳熱方向，因此液態(tài)金熔點(diǎn)合金具有最短的傳熱路徑。上述因素綜合起來使得所述復(fù)合熱界面材料具有優(yōu)異的傳熱性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述復(fù)合熱界面材料的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為具有平行于傳熱方向的定向孔洞的石墨烯泡沫，2為低熔點(diǎn)合金。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)例1

本實(shí)施例提供的復(fù)合熱界面材料，由具有定向孔洞的石墨烯泡沫和低熔點(diǎn)合金組成，低熔點(diǎn)合金均勻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傳熱方向，孔徑為1300微米。低熔點(diǎn)合金為銦鉍錫鎵合金，質(zhì)量比為In100Bi66Sn33Ga1.2，熔點(diǎn)為63℃。在Longwin TIM LW-9389穩(wěn)態(tài)熱流法導(dǎo)熱測(cè)試儀(臺(tái)灣瑞領(lǐng)科技股份有限公司)測(cè)試上述復(fù)合熱界面材料的熱導(dǎo)率，測(cè)試溫度為30℃時(shí)，熱導(dǎo)率為8W/(m·k)；測(cè)試溫度為70℃時(shí)，熱導(dǎo)率為36W/(m·k)。

實(shí)例2

本實(shí)施例提供的復(fù)合熱界面材料，由具有定向孔洞的石墨烯泡沫和低熔點(diǎn)合金組成，低熔點(diǎn)合金均勻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傳熱方向，孔徑為1300微米。低熔點(diǎn)合金為銦鉍錫鎵合金，質(zhì)量比為In100Bi62Sn31Ga16，熔點(diǎn)為47℃。在Longwin TIM LW-9389穩(wěn)態(tài)熱流法導(dǎo)熱測(cè)試儀(臺(tái)灣瑞領(lǐng)科技股份有限公司)測(cè)試上述復(fù)合熱界面材料的熱導(dǎo)率，測(cè)試溫度為30℃時(shí)，熱導(dǎo)率為13W/(m·k)；測(cè)試溫度為60℃時(shí)，熱導(dǎo)率為42W/(m·k)。

實(shí)例3

本實(shí)施例提供的復(fù)合熱界面材料，由具有定向孔洞的石墨烯泡沫和低熔點(diǎn)合金組成，低熔點(diǎn)合金均勻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傳熱方向，孔徑為700微米。低熔點(diǎn)合金為銦鉍錫鎵合金，質(zhì)量比為In100Bi66Sn33Ga1.2，熔點(diǎn)為63℃。在Longwin TIM LW-9389穩(wěn)態(tài)熱流法導(dǎo)熱測(cè)試儀(臺(tái)灣瑞領(lǐng)科技股份有限公司)測(cè)試上述復(fù)合熱界面材料的熱導(dǎo)率，測(cè)試溫度為30℃時(shí)，熱導(dǎo)率為5W/(m·k)；測(cè)試溫度為70℃時(shí)，熱導(dǎo)率為32W/(m·k)。