[发明专利]一种液态金属固液耦合式多层热界面材料及其制备方法

说明书

本公开提供一种液态金属固液耦合式多层热界面材料及其制备方法，该多层热界面材料包括：液体材料层及固体材料层，固体材料层位于中间，其上、下表面为网格状结构，并接触设置液体材料层；液体材料层包括由镓基N元合金与微纳米填充颗粒混合所形成的复合材料，其中，镓基N元合金包括镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金中的至少一种，微纳米填充颗粒包括银粉、铜粉、锌粉、铋粉、银包铜、氮化铝、氮化硼、石墨烯、碳纳米管、金刚石中的至少一种，N为大于等于2的整数；固体材料层包括铜、银、铟、镓、锡、铋、锌中的至少一种。该固液耦合式多层热界面材料的热导率高且接触热阻小，散热效果远高于普通的导热硅脂，能够满足大功率电子设备超高的散热需求。

技术领域

本公开涉及高功率密度电子设备散热领域，尤其涉及一种液态金属固液耦合式多层热界面材料及其制备方法。

背景技术

国防军工、航空航天等领域的先进激光武器、导弹雷达、空间卫星、航空发动机等大功率设备运行过程中会释放大量热量，远大于民用电子设备如台式机、笔记本电脑、手机等产品，而大功率设备的散热状况直接影响设备的运行情况。相关技术中，采用普通的导热硅脂、导热垫片、导热凝胶等产品远远无法满足大功率设备的散热需求，设备的高效散热面临巨大挑战。而决定发热器与散热器之间散热效果的两大关键因素分别为热界面材料的热导率及热界面材料与发热器和散热器之间的接触热阻。通常，液体复合材料的热导率相对较低，目前最常用的热界面材料为导热硅脂，市售产品的热导率最高可达6-8W/m·K，无法满足高功率密度电子设备的散热需求；而固体金属材料热导率较高，可达50-400W/m·K，但将其作为热界面材料会引入较高的接触热阻，亦无法满足大功率设备的散热需求。因此固液耦合式多层材料散热技术作为一种正在引起广泛关注的超高热流密度散热手段，突破了仅采用液体材料或固体材料的散热缺陷，不仅具有更高的热导率，同时能够有效减小接触热阻，在信息通讯、先进能源、航天热控及国防军工等领域均具有广泛的应用价值。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本公开提出一种液态金属固液耦合式多层热界面材料及其制备方法，用于至少部分解决上述技术问题之一。

(二)技术方案

本公开第一方面提供一种液态金属固液耦合式多层热界面材料，包括：液体材料层与固体材料层，固体材料层的上、下表面采取网格结构设计并接触设置液体材料层；液体材料层包括由镓基N元合金与微纳米填充颗粒混合所形成的复合材料，其中，镓基N元合金包括镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金中的至少一种，微纳米填充颗粒包括银粉、铜粉、锌粉、铋粉、银包铜、氮化铝、氮化硼、石墨烯、碳纳米管、金刚石中的至少一种，N为大于等于2的整数；固体材料层包括铜、银、铟、镓、锡、铋、锌中的至少一种。

可选地，液体材料层的熔点小于30℃，热导率大于15W/m·K。

可选地，固体材料层的熔点高于50℃，热导率大于50W/m·K。

可选地，微纳米填充颗粒填充的体积分数为1-50％。

可选地，微纳米填充颗粒的直径范围为10nm-100um。

可选地，液体材料层的厚度为10-200um，固体材料层的厚度为50-1000um。

可选地，固体材料层表面网格结构单个网格为正方形，边长为50-1000um，网格深度为1-10um。

可选地，液体材料的选择需包含固体材料中的至少一种元素。

可选地，微纳米填充颗粒的直径需小于固体材料表面网格结构中单个网格的边长。