[发明专利]一种纳米多孔铜液态金属复合热界面材料及其制备方法

说明书

本发明的一种纳米多孔铜液态金属复合热界面材料及其制备方法，属于微电子封装材料及其制备技术领域。复合热界面材料由纳米结构多孔铜和液态金属制成，液态金属热界面材料的合金质量分数为In：20～40％，Sn：9～12％，Zn：8～12％，Cu：0.5～3％，Ag：0.1～2％，Bi：20～25％，剩余为Ga。制备时，熔炼特定成分的基底铜铸锭并熔化成薄带后，酸侵蚀获得纳米结构多孔铜基底材料，配制相应成分的液态金属合金，多孔铜基底材料上渗铸，获得复合材料，100～150℃下热处理5～10h，冷轧制得纳米多孔铜液态金属复合热界面材料。该复合材料热界面材料不仅散热性能好，热导率为150～250W/mK，硬度达到145～185HV，而且安全无侧漏，具有良好的综合性能。

技术领域：

本发明属于微电子封装材料及其制备技术领域，具体涉及一种纳米多孔铜液态金属复合热界面材料及其制备方法。

背景技术：

电子技术的高功率、高频率、微型化、集成化发展，使元器件的功率密度急剧增大，随之产生的热量剧增，若不能将热量及时散除，将对其正常工作效率和使用寿命构成巨大威胁。然而，传统的W-Cu、Mo-Cu金属及Al₂O₃、AlN、BeO陶瓷等热管理材料，已不能满足当前电子封装对结构功能一体化、高效散热及绿色环保的发展要求，成为电子技术快速发展的瓶颈之一。具有良好的导热性和适应性的热界面材料通常用于两个界面之间，以减少接触热阻，提高散热效率，是热管理材料中一个重要研究分支。目前，市面应用的热界面材料有导热膏、导热胶黏剂、导热相变材料、导热垫片四种类型。然而高性能导热硅脂的导热系数在10W/mk左右；导热胶黏剂的导热系数仅为2W/mk左右；碳纳米管热导率虽高，但因其成本昂贵限制了它的使用，并且目前商用热界面材料无法满足功率器件复杂和高度集成导热，超薄柔软等性能的要求。一种基于液态金属的热界面材料应运而生，中国发明专利CN200510112867.7发明了一种用于芯片冷却的采用液态金属热界面的方法和装置，中国发明专利CN201010176988.9提出一种芯片封装与散热用热界面材料及其制法，但目前液态金属热界面材料在应用过程中存在成本昂贵、润湿性差、容易溢出等关键问题，限制了其大规模生产与应用。中国发明专利CN201710155366.X公开了一种由液态金属热界面材料和泡沫铜制成的泡沫铜复合的液态金属热界面材料；中国发明专利CN201611142513.1提供一种由金属网格和低熔点合金构成的复合热界面材料，常温下低熔点合金以固态形式存在于金属网格的网孔中，工作温度下低熔点合金融化并填充传热界面的空隙，金属网格可以防止低熔点合金溢出；中国发明专利CN201210074632.3公开了一种金属纳米颗粒基热界面材料及其制备方法。即采用复合材料设计思想，开发低成本，具有优异润湿性，实现对“热障”问题有应对之策的液态金属复合热界面材料具有重要的理论价值和广阔的应用前景。纳米多孔铜其本身具备连续稳定的导热通路，具有优良的导热性能，在提高导热系数的同时又可以通过与液态金属润湿来固定液态金属，降低其流动性。

综上所述，本领域仍在探寻一种方法以获得低成本、高效散热、不易溢出的热界面材料，同时已有文献并没有涉及利用原位生成纳米多孔合金复合液态金属热界面材料的技术报道。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的液态金属热界面材料成本高、使用过程中容易溢出、散热效率低等技术的不足，提供一种原位生成的纳米结构纳米多孔铜液态金属复合热界面材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米多孔铜液态金属复合热界面材料，由纳米结构多孔铜和液态金属制成，所述的液态金属热界面材料的合金质量分数为In：20～40％，Sn：9～12％，Zn：8～12％，Cu：0.5～3％，Ag：0.1～2％，Bi：20～25％，剩余为Ga。

上述多孔铜复合的液态金属热界面材料的制备方法，包括下述工艺步骤：