[发明专利]一种金属纳米颗粒基热界面材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属纳米颗粒基热界面材料及其制备方法，微电子封装材料及其制备技术领域。

背景技术

当今电子产品不断向小型化、高密度化、大功率化方向发展，随之而来，电子器件工作过程中所产生的热量的密度越来越高，尤其是高功率器件如高功率二极管激光器、高亮度发光二极管和高功率传感器等。由于工作温度对于电子产品的寿命和可靠性有着非常重要的作用，因此，散热已然成为新一代电子产品迫切需要解决的问题。解决电子器件的散热问题，可以通过优化系统设计的方法来减少电子系统热量的产生，还可以利用强制冷却技术降低电子器件工作时的温度。然而，最直接、简单、有效的办法则是利用具有优异导热能力的热界面材料快速地将热量传导到外界环境。

现有的热界面材料主要有导热膏、导热凝胶、相变热界面材料、高分子基复合热界面材料和金属热界面材料等几类。其中金属热界面材料的研发主要集中在低熔点金属(铟、锡等)，而对于在热传导方面极具优势的铜、银等金属材料因为其较高的熔点而被忽视。

近年来，普通的热界面材料(如导热膏、导热凝胶、高分子基复合热界面材料等)已然不能满足电子技术中集成度和功率密度进一步提高对散热提出的要求，利用新的理念和技术将具有高导热能力的金属开发成热界面材料以满足电子技术进一步发展对散热的需求，已成为当今热界面材料发展的一个非常重要的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属纳米颗粒基热界面材料及其制备方法。

本发明所提供的一种金属纳米颗粒基热界面材料的制备方法，包括如下步骤：

金属纳米颗粒经放电等离子体烧结即得所述热界面材料；所述金属纳米颗粒为银纳米颗粒、铜纳米颗粒或银锡纳米颗粒。

上述的制备方法中，所述金属纳米颗粒的粒径可为5nm～100nm，具体可为7nm、20nm或30nm。

上述的制备方法中，所述放电等离子体烧结的温度可为150℃～300℃，具体可为200℃或250℃，真空度可为6Pa～10Pa，具体可为6Pa或10Pa，升温速率可为50℃/min～80℃/min，具体可为50℃/min。

上述的制备方法中，所述金属纳米颗粒可按照包括如下步骤的方法制备：以水作为溶剂，乙酸金属盐在还原剂和表面活性剂存在的条件下进行反应即得产品；所述乙酸金属盐可为乙酸银、乙酸铜或乙酸锡。

上述的制备方法中，所述还原剂可为抗坏血酸或硼氢化钠；所述表面活性剂可为聚丙烯酸钠或聚乙烯基吡咯烷酮。

上述的制备方法中，所述反应的温度可为90℃～95℃，具体可为95℃，时间可为20min～30min，具体可为30min；所述乙酸金属盐、还原剂、表面活性剂和水的质量份数比可为(0.5～2.5)∶(0.5～10)∶(2.5～20)∶(100～150)，具体可为2.5∶5.3∶16.7∶100。

上述的制备方法中，所述金属纳米颗粒还可按照包括如下步骤的方法制备：以甲醇作为溶剂，所述金属纳米颗粒的前驱体在还原剂和表面活性剂存在的条件下进行反应即得产品；所述金属纳米颗粒的前驱体可为硝酸银、硝酸铜或辛酸亚锡。

上述的制备方法中，所述还原剂可为硼氢化钠；所述表面活性剂可为聚乙烯基吡咯烷酮。

上述的制备方法中，所述反应的温度可为0℃～20℃，具体可为0℃，时间可为20min～30min，具体可为30min；所述金属纳米颗粒的前驱体、还原剂、表面活性剂和甲醇的质量份数比可为(1.5～3.0)∶(0.6～1.6)∶(1.0～3.5)∶(100～150)，具体可为2.9∶1.5∶2.5∶142。

本发明进一步提供了由上述方法制备的热界面材料。

本发明具有以下有益效果：本发明实现了高导热金属在较低温度下的融合，制备成的热界面材料具有高导热、可靠性好、实验重复性好等特点，能很好地应用到电子封装中的散热，为下一代高功率电子产品的散热提供了很好的解决方案。

附图说明

图1为热界面材料的典型应用模式。

图2为本发明实施例1和2中热界面材料使用的示意图，其中铜片模拟典型应用模式中的电子工作模块和散热片。

图3为实施例1中获得的20nm的银纳米颗粒的扫描电镜照片。

图4为实施例1中制备的银纳米颗粒基热界面材料模拟使用时的三层结构的扫描电镜照片。

图5为实施例1中不同温度下利用放电等离子体烧结技术制备的银纳米颗粒基热界面材料的热导率。

具体实施方式