[发明专利]一种导热相呈分形结构的高导热体系设计与制备方法

说明书

本发明涉及一种导热相呈分形结构的高导热体系设计与制备方法，属于高性能电子封装材料领域。该体系由高导热导热相和高导热基体构成，高导热导热相由具有分形结构的导热相单元组成。首先将一级导热相材料、二级导热相材料和高温粘结剂混合均匀，得到具有第一层分形结构的导热相；再将得到的分形结构物理气相沉积、化学气相沉积或原位生长三级导热相材料，得到具有第二层分形结构的导热相；加压致密化。该体系具有高导热、低膨胀的特点；多组具有分形结构的导热相在三维空间延伸，形成具有高通量、多维度的导热通道，实现高导热体系超高导热的特性。

技术领域

本发明涉及一种导热相呈分形结构的高导热体系设计与制备方法，属于高性能电子封装材料领域。

背景技术

随着电子信息技术的发展，电子器件呈现出高频、高速、小型化和高集成化的趋势，散热问题成为限制电子产品进一步发展的瓶颈问题，亟须开发满足高功率密度器件使用的高热导率、热膨胀系数与半导体材料相匹配的热管理材料。目前第四代热管理材料热导率可以达到600W/mK，距离超高导热材料(＞800W/mK)尚有一定的差距。

现有技术中，专利CN105112754A通过由一维线材编织成三维网络衬底，再沉积金刚石的方式构筑三维网络金刚石骨架，这种传热结构具有导热链长的优点，但所构筑的三维网络连通度低，热通量小，不具备超高导热特性，需进一步提高三维导热网络的维度。专利CN102605208A提出一种具有分级结构的高导热金属基高导热体系。通过纳米增强体与金属基体构筑成第一级高导热体系，再与微米导热相混合构成第二级高导热体系。由于引入了大量微米、纳米级的导热相，并弥散分布在基体中，导致界面热阻增大，限制了导热相高导热特性的发挥。因此，除了选用高导热组元，组元的结构和分布设计，对获得超高导热材料同样重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了一种具有分形结构的高导热体系设计与制备方法。本发明提出构筑一种具有分形结构的导热相，通过两层或多层分形结构在三维空间延伸，形成具有高通量、多维度的导热通道，从而实现高导热体系超高导热的特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种导热相呈分形结构的高导热体系，该高导热体系由高导热导热相和高导热基体构成，高导热导热相由具有分形结构的导热相单元组成。

优选的，所述的导热相单元具有2～4级分形结构，分形结构之间的尺寸比R为2～20。尺寸比R：球形为粒径比，棒状为长度比，片状为直径比。

分形结构的形状包括树枝状结构和雪花状结构等。导热相单元的形状包括但不限于树枝状结构、雪花状结构等，导热相结构均具有整体或局部的自相似性。多组具有分形结构的导热相单元在三维空间延伸，形成具有高通量、多维度的导热通道。

导热相单元中，每层分形结构的分形维数N为2～100，由所选用导热相材料的形状与尺寸所决定。

相邻两级分形结构(即相邻两级导热相材料)之间通过低热阻界面冶金结合，或同质材料的原位生长结合。

每级分形结构采用的导热相材料优选自：金刚石颗粒、碳化硅颗粒、氮化硼、氮化铝、石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石，及表面金属化的金刚石颗粒、表面金属化的碳化硅颗粒、表面金属化的氮化硼、表面金属化的氮化铝和表面金属化的纳米金刚石等。表面金属化中，金属可为镍或铜等。

所述的高导热基体为铜或铝等。

上述导热相呈分形结构的高导热体系中，高导热体系导热相占复合材料的体积为50vol％～90vol％，其余为高导热基体。相邻两级(主/次)分形结构的导热相材料重量比为1:1～9:1。

上述导热相呈分形结构的高导热体系的制备方法，包含以下制备步骤：

(1)首先将一级导热相材料、二级导热相材料和粘结剂混合均匀，得到具有第一层分形结构的导热相；