铜基复合导热材料及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及导热材料及其制造方法，尤其是一种铜基复合导热材料及其制造方法。该材料包括铜质基材，所述的铜质基材上一侧或两侧表面上设有混合金属材料，所述的混合金属材料为6～12％的银、8～3%的镓、80～91％的锡形成的共晶混合金属材料；该方法包括将6～12％的银、8～3%的镓、80～91％的锡加热混合形成混合金属液体；将混合金属液体镀于片状铜质基材表面；将表面镀有混合金属液体的铜基板材加热共晶结合后冷却。本发明铜基复合导热材料避免了普通复合材料使用中因频繁热胀冷缩导致电子器件出现装配间隙、热阻增大、降低界面接触热阻的现象；缩短了金属材料导热过程中电子流传递路径，加强了传热速率，不易液化或变形、能保证热量传递的稳定性能。
【专利说明】铜基复合导热材料及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及导热材料及其制造方法，尤其是一种铜基复合导热材料及其制造方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]当两个固体表面相互接触时，由于微观表面粗糙度的存在，其实际接触仅发生在接触面的一些离散的微突体上，实际接触面积只占名义接触面积非常小的一部分。这就使界面发生了不完全接触，最终导致了热流的收缩，使两个相互接触的固体间的温度产生一个阶跃变化，产生的热阻即为接触热阻。接触热阻是电子器件设计中的一个重要参数，如微电子封装中纳米结构的IC设计、表面镀膜材料、热电器件、超导薄膜、半导体薄膜，LED封装设计、光学数据存取器、超短脉冲激光器、低温超导绝缘、高功率芯片设计等。
[0004]随着电子器件功率密度的提升，减小接触热阻、降低电子器件温度是产品设计中的一项重要任务。为解决这一问题，市场逐渐出现通过填充两接触面间隙来降低接触热阻的导热膏、导热硅胶片、紫铜、复合金属材料、导热硅脂等产品，一般导热系数为1.5w/mk?4w/mk，其中导热硅脂的效果较好，但由于掺杂了贵金属成分而价格不菲；导热膏等产品随着使用时间增加易出现材料老化，当反复加热，材料多次膨胀、多次冷缩后易发生失效现象。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明提供一种重量轻、导热系数高和低热膨胀系数的铜基复合导热材料，该材料包括:包括一铜质基材，所述的铜质基材表面上设有混合金属材料层，所述的混合金属材料层为6?12%的银、8?3%的镓、80?91%的锡形成的共晶混合金属材料。
[0007]优选地，所述的银为无铅银。
[0008]优选地，所述的铜质基材为片状。
[0009]优选地，所述的混合金属材料层设于片状铜质基材的一侧或两侧表面上。
[0010]
本发明还提供一种制造上述铜基复合导热材料的方法，该方法包括步骤:
a、将6?12%的银、8?3%的镓、80?91%的锡加热至熔融状态进行均匀混合，形成混合金属液体；
b、将混合金属液体镀于片状铜质基材的一侧或两侧表面上；
C、将表面镀有混合金属液体的铜基板材加热，使混合金属液体中的各金属完成共晶结合后取出。
[0011]优选地，所述的步骤b中采用热镀法将混合金属液体镀于片状铜质基材的一侧或两侧表面上； 优选地，所述的步骤C中将表面镀有混合金属液体的铜基板材放置于烤箱或马弗炉中加热。
[0012]
由于采用了上述结构，本发明铜基复合导热材料避免了普通复合材料使用中因频繁热胀冷缩导致电子器件出现装配间隙、热阻增大、降低界面接触热阻的现象；而且两侧共晶结合的Sn、Ag、Ga材料属质软金属，在一定结合压力下可有效填充界面空隙，降低界面接触热阻；缩短了金属材料导热过程中电子流传递路径，加强了传热速率；在电子器件封装中作为降低接触热阻的中间材料不易液化或变形、能保证热量传递的稳定性能。
[0013]
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明第一实施例的铜基复合导热材料的截面结构示意图；
图2是本发明第二实施例的工序流程图。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本发明的第一实施例提供了一种铜基复合导热材料，该材料包括片状铜质基材1，所述的片状铜质基材上一侧或两侧表面上设有混合金属材料层2，所述的混合金属材料层2为6?12%的银、8?3%的镓、80?91 %的锡形成的共晶混合金属材料；并且上述共晶混合金属材料层中所述的银为无铅银。
[0017]本实施例的铜基复合导热材料在使用时一般设置于热源面与散热器之间，所以本实施例中的铜质基材为片状，其厚度在0.1mm左右，在铜质基材的两侧均设有共晶混合金属材料层，本实施例中，每一侧的共晶混合金属材料层约在0.05_左右，通知基材和混合金属材料层的厚度不宜过厚，否则影响导热效果。
[0018]使用时，由于共晶混合金属材料层中的镓元素具有热缩冷胀的特性，与锡、银等其他金属元素热胀冷缩特性形成互补，使得整个材料随温度变化的胀缩特性不明显，而且共晶混合金属材料为一质软材料，置于热源面和散热器之间的时候，因两面受挤压，可以有效的填补热源面和散热器之间的空隙，另外，上述三种材料形成的共晶混合金属材料的共晶温度高于180°C，在电子器件封装中作为降低接触热阻的中间材料不宜液化、变形、能保证产品的稳定性能。
[0019]如图2所示，本发明的第二实施例提供一种制造上述铜基复合导热材料的方法，该方法包括步骤:
a、将6?12%的银、8?3%的镓、80?91%的锡加热至熔融状态进行均匀混合，形成混合金属液体；
b、将混合金属液体镀于片状铜质基材的一侧或两侧表面上；
C、将表面镀有混合金属液体的铜基板材加热，使混合金属液体中的各金属完成共晶结合后取出。
[0020]本实施例中，所述的步骤b中采用热镀法将混合金属液体镀于片状铜质基材的一侧或两侧表面上；所述的步骤c中将表面镀有混合金属液体的铜基板材放置于烤箱或马弗炉中在170°C左右环境下加热15-30分钟。
[0021]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.铜基复合导热材料，其特征在于:包括一铜质基材，所述的铜质基材表面上设有混合金属材料层，所述的混合金属材料层为6?12%的银、8?3%的镓、80?91%的锡形成的共晶混合金属材料。
2.如权利要求1所述的铜基复合导热材料，其特征在于:所述的银为无铅银。
3.如权利要求1或2所述的铜基复合导热材料，其特征在于:所述的铜质基材为片状。
4.如权利要求3所述的铜基复合导热材料，其特征在于:所述的混合金属材料设于片状铜质基材的一侧或两侧表面上。
5.一种制造铜基复合导热材料的方法，其特征在于:包括步骤: a、将6?12%的银、8?3%的镓、80?91%的锡加热至熔融状态进行均匀混合，形成混合金属液体； b、将混合金属液体镀于铜质基材的表面上； C、将表面镀有混合金属液体的铜基板材加热，使混合金属液体中的各金属完成共晶结合后冷却。
6.如权利要求5所述的制造铜基复合导热材料的方法，其特征在于:所述的步骤b中采用热镀法将混合金属液体镀于铜质基材的表面上。
7.如权利要求5或6所述的制造铜基复合导热材料的方法，其特征在于:所述的步骤c中将表面镀有混合金属液体的铜质基材放置于烤箱或马弗炉中加热。
【文档编号】H01L23/373GK103855108SQ201210505673
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月3日 优先权日:2012年12月3日
【发明者】祝荣程 申请人:深圳珈伟光伏照明股份有限公司