基于液态金属桥接铝粉的热界面材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及热界面材料技术领域，尤其涉及一种基于液态金属桥接铝粉的热界面材料及其制备方法。本发明专利技术的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，包括以下原料组分：按重量份，8.54份乙烯基硅油，1.44份含氢硅油，0.003份催化剂，0.01份抑制剂，60～90份球形铝粉，0.01～30份镓铟合金。本发明专利技术通过向聚二甲基硅氧烷/铝体系中引入镓基液态金属，以“液桥”的形式在球形铝与球形铝之间架起利于声子传热的通道，从而降低界面热阻，提高热界面材料的导热性能；同时，液态金属作为连接剂使得材料具有一定压缩变形能力，提高热界面材料的柔顺性。提高热界面材料的柔顺性。提高热界面材料的柔顺性。

【技术实现步骤摘要】
基于液态金属桥接铝粉的热界面材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热界面材料
，具体而言，涉及一种基于液态金属桥接铝粉的热界面材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着晶体管尺寸的不断减小和封装密度的不断增加，热管理成为下一代电子器件发展的瓶颈。热管理的重要组成部分是热界面材料(TIMs)。热界面材料将两个不均匀的固体表面连接在一起，取代这两个表面上原先的不良热导体——空气，帮助热从一种介质转移到另一种介质。目前柔性聚合物因加工低廉、易于加工、力学性能优异等特定在热界面材料领域中受到了广泛的使用。但柔性聚合物存在导热性能差的不足，无法满足电子部件的散热，于是科研人员往聚合物中掺入高导热填料，填料在聚合物基体中相互接触，形成有效的导热通路，从而实现热界面材料导热性能的提高。科学家们在追求高导热的时候，会在聚合物中实现高填充量，如魏宇等提出的硅氧烷基质中填充不同粒径的填料，在填料含量相同的情况下，利用小尺寸颗粒去填充大尺寸颗粒之间的空隙，使填料之间堆积得更加紧密，填料之间的热阻得到降低，热界面材料的导热性能获得提升。但填料的高填充量会导致热界面材料的柔顺性有所牺牲，同时加工性也会变差，所以往往高导热与良好的柔顺性是不能同时兼备的，因此要在导热性能与柔顺性之间找到一个平衡点，以达到当今电子设备的需要。
[0003]热界面材料是集成电路封装的关键材料之一，用于降低电子器件与散热器之间接触热阻，直接影响电子器件的性能和使用寿命。随着电子器件功率密度和封装尺寸的持续增加，热界面材料不仅要求高的导热系数，还要求优异柔顺性(高断裂伸长率和低弹性模量)，以降低接触热阻和缓解应力导致的翘曲失效。然而，导热系数和柔顺在热界面材料中往往相互制约。
[0004]为了提升热界面材料柔顺性，马强等(MAQ,WANG Z,LIANG T,et al.Unveiling the role of filler surface energy in enhancing thermal conductivity and mechanical properties of thermal interface materials[J].Composites Part A:Applied Science and Manufacturing,2022,157:106904.)通过在铝粉表面接枝不同长度的硅烷偶联剂以降低铝的表面能，从而提高铝填料在聚二甲基硅氧烷中的分散性，改善断裂伸长率，导热系数等性能。胡清华等(HU Q,BAI X,ZHANG C,et al.Oriented BN/Silicone Rubber Composite Thermal Interface Materials with High Out
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of
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Plane Thermal Conductivity and Flexibility[J].Composites Part AApplied Science and Manufacturing,2021,152(7428):106681.)通过结合剪切取向和逐层堆叠方法制备了具有高面外热导率和柔软的硅橡胶基热界面材料，通过利用硅橡胶的高温固化特性，将未固化的高度水平取向的BN/硅橡胶薄膜逐层堆叠，在固化过程中薄膜之间形成紧密的化学键，从而整体提高柔顺性。以上工作虽在柔顺性方面得到提升，但未能得到很大的突破。
[0005]因此，在热界面材料中，如何在提高导热的同时将柔顺性提高仍是一个重大的挑
战。

技术实现思路

[0006]为了克服上述的技术问题，本专利技术提供了一种基于液态金属桥接铝粉的热界面材料及其制备方法，通过向聚二甲基硅氧烷/铝体系中引入镓基液态金属，以“液桥”的形式在球形铝与球形铝之间架起利于声子传热的通道，从而降低界面热阻，提高热界面材料的导热性能；同时，液态金属作为连接剂使得材料具有一定压缩变形能力，提高热界面材料的柔顺性。
[0007]本专利技术提供一种基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，包括以下原料组分：按重量份，8.54份乙烯基硅油，1.44份含氢硅油，0.003份催化剂，0.01份抑制剂，60～90份球形铝粉，0.01～30份镓铟合金；
[0008]所述球形铝粉分散于聚二甲基硅氧烷聚合物基体中，所述镓铟合金在球形铝粉与球形铝粉之间形成金属液桥连接。
[0009]优选地，所述乙烯基硅油的质均分子量为180000～20000，氢基含量为0.1～0.12mmol/g。
[0010]优选地，所述含氢硅油质的均分子量为8000～10000、乙烯基含量为0.20～24mmol/g。
[0011]优选地，所述乙烯基硅油的质均分子量为4000～5000、乙烯基含量为0.32～0.34mmol/g。
[0012]优选地，所述球形铝粉的平均粒径为11～13μm。
[0013]优选地，所述镓铟合金中Ga和In的质量比为3:1。
[0014]本专利技术还提供一种如上所述的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将所述乙烯基硅油、含氢硅油和抑制剂混合后置于超声波清洗机中分散，得到硅油混合物；
[0016]将所述硅油混合物和镓铟合金置于高速混料机中进行真空搅拌，得到镓铟合金与硅油的分散液；
[0017]向所述分散液中加入所述球形铝粉，并在高速混料机中进行真空搅拌，得到均匀的流动性膏体A；
[0018]向所述流动性膏体A中滴加所述催化剂，并在高速混料机中进行真空搅拌，得到均匀的流动性膏体B；
[0019]将所述流动性膏体B压延后固化，得到导热凝胶即为所述基于液态金属桥接铝粉的热界面材料。
[0020]优选地，超声波清洗机分散中，分散时间为30min。
[0021]优选地，高速混料机中真空搅拌的条件均为：真空度为30bar及以下，温度为25℃，转速为1500r/min；
[0022]制备所述镓铟合金与硅油的分散液中，搅拌时间为5min；
[0023]制备所述流动性膏体A和B中，搅拌时间均为2min。
[0024]优选地，将所述流动性膏体B压延后固化中，固化条件为：150℃下固化2h。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0026]本专利技术的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，通过向聚二甲基硅氧烷/铝体系中引入镓基液态金属，作为辅助填料，以“液桥”的形式在球形铝与球形铝之间架起利于声子传热的通道，从而降低界面热阻，提高热界面材料的导热性能；同时，液态金属作为连接剂使得材料具有一定压缩变形能力，提高热界面材料的柔顺性。本专利技术的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，导热系数可高达4.25W m
‑1K
‑1，断裂伸长率高达164.9％，杨氏模量仅为174kPa，具有优异的柔顺性，与生物软体组织的力学性能类似，可作为高功率和大尺寸芯片(如CoWoS晶圆级封装)用热界面材料。
[0027]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，其特征在于，包括以下原料组分：按重量份，8.54份乙烯基硅油，1.44份含氢硅油，0.003份催化剂，0.01份抑制剂，60～90份球形铝粉，0.01～30份镓铟合金；所述球形铝粉分散于聚二甲基硅氧烷聚合物基体中，所述镓铟合金在球形铝粉与球形铝粉之间形成金属液桥连接。2.根据权利要求1所述的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，其特征在于，所述乙烯基硅油的质均分子量为180000～20000，氢基含量为0.1～0.12mmol/g。3.根据权利要求1所述的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，其特征在于，所述含氢硅油质的均分子量为8000～10000、乙烯基含量为0.20～24mmol/g。4.根据权利要求1所述的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，其特征在于，所述乙烯基硅油的质均分子量为4000～5000、乙烯基含量为0.32～0.34mmol/g。5.根据权利要求1所述的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，其特征在于，所述球形铝粉的平均粒径为11～13μm。6.根据权利要求1所述的基于液态金属桥接铝粉的热界面材料，其特征在于，所述镓铟合金中Ga和In的质量比为3:1。7.一种权利要求1
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6任...

【专利技术属性】
技术研发人员：任琳琳，李俊鸿，高汕，庞云嵩，曾小亮，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进电子材料国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：