[发明专利]一种将镓基热界面材料应用于铝基底增强界面传热的方法

说明书

本发明公开了一种将镓基热界面材料应用于铝基底增强界面传热的方法，包括以下步骤：(一)铝片预处理：将铝片依次浸没在丙酮溶液、乙醇、水中，超声处理10‑25分钟；(二)氧化铝薄膜制备：将预处理后的铝片进行碱洗、抛光、脱氧、铬酸阳极氧化制备氧化铝薄膜；(三)三层结构试样制备：将镓基液态金属涂覆于铝片的氧化铝薄膜表面，按照铝基底、氧化铝薄膜、镓基液态金属、氧化铝薄膜、铝基底的顺序叠放在一起，并在4‑11MPa的压力下制备。本发明首次实现了在铝基底表面上应用镓基液态金属热界面材料增强界面间传热，填补了这一领域的空白，解决了将液态金属热界面材料应用于金属固体界面时存在的导电问题。

技术领域

本发明涉及领域，具体涉及一种将镓基热界面材料应用于铝基底增强界面传热的方法。

背景技术

随着集成电路和电子封装技术的迅速发展，电子器件和逻辑电路的体积迅速缩小，运算速率急剧增加，电子元器件的热流密度也随之急剧上升。电子器件的散热状况是影响设备可靠性的重要因素之一,也决定了电子系统的整体性能。为保证电子器件的正常工作并延长使用寿命，优化电子器件内的散热过程尤为重要。在电子元器件中,芯片与热沉之间的热阻是影响散热的主要因素之一，目前填充热界面材料是填补发热电子元器件(如CPU、LED)与散热装置界面的微小空隙的主要方法，它可以降低因界面间接触不良而产生的高热阻值，从而减少热积聚，提高界面热传导，将电子元件的温度保持在适宜范围内。

传统热界面材料主要包括导热硅脂、相变材料和导热硅胶片。这几种热界面材料都是以聚合物材料为基体，通过添加导热颗粒来提高其导热性能，但是这些传统热界面材料的导热性能较差，无法满足高性能电子元器件的需求。另外，新型热界面材料碳纳米管和石墨烯虽然具有超高的导热性能，但碳纳米管的价格高昂，并且用其作为热界面材料时的制备工艺复杂。

液态金属的流动性强且导热导电能力高，目前正逐渐发展成为较成熟的热界面材料。常见的液态金属有汞、金属镓及含有镓、铟、锡和铋其中两种或多种的合金。相比于汞金属，镓基液态金属及其合金不仅具有类似于汞金属的熔点低、流动性好和导热系数高的优点，更重要的是还具有安全无毒、物化性能稳定且不挥发的优势，在能量管理、存储和转化等方面的应用日益广泛。纯度为99.99％的金属镓作为热界面材料时其导热系数可高达29.4W/(m·K)，即使氧化后其导热系数仍可达到13.07W/(m·K)。但目前镓基液态金属热界面材料仅限于应用在铜基底、硅基底和碳基底间来降低接触热阻。尽管铝材质由于其导热系数高且价格低廉，在工业上具有广泛的应用，但尚无人在铝基底热沉上应用镓基液态金属进行相关传热强化实验和研究。这是由于很多实例表明，液态金属与多晶体结构相接触时，会在晶界与固液界面之间腐蚀出很深的液态沟槽，这种现象也被称之为液态金属的脆化效应。而液态金属导致产品零部件失效是实际工程生产过程中经常发生的问题，甚至会引发灾难性事故。尤其是镓铟锡液态合金的熔点低于30℃，所以这种失效在室温下也会发生。即铝材质与镓基液态金属间存在剧烈的化学反应，这种金属间的反应制约了镓基液态金属在铝材质热沉上的应用。这也决定了高性能镓基液态金属不能与铝基底直接接触来实现强化换热的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种快速高效地将镓基液态金属热界面材料应用于铝基上实现强化换热的方法，达到制作过程简单、制作成本低、可靠性高、部件使用寿命长、界面传热效果优异等目的。

一种将镓基热界面材料应用于铝基底增强界面传热的方法主要是采用铬酸阳极氧化电化学处理办法在铝基底表面上生成氧化铝薄膜的手段实现上述目的。该方法在保证铝基底较高导热能力的同时,既能够隔绝镓基液态金属与铝基之间的化学反应,也能够有效解决液态金属引入的导电性问题。该方法具体是通过以下制作过程实现的：

(一).铝片预处理：将铝片依次分别浸没在丙酮溶液、乙醇、水中超声处理10-25分钟，去除铝片表面油污并进行清洗，保证铝片表面清洁无污染。

优选地，所述丙酮溶液的浓度为85vol％-98vol％。