一种导热液态金属垫片及其制备方法与流程

本发明涉及导热垫片领域，分类号为h05k7/20，更具体地，本发明涉及一种导热液态金属垫片及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，由于电子产业对于散热方面需求的迅速提高，液态金属导热材料以其较低的热阻和导热能力获得了越来越多的关注。导热垫片是一种传统的热界面材料，其主要填充在电子芯片和散热元件的缝隙以排除产热原件和散热原件中的空气进而提高整体的导热性能。但目前导热垫片还存在以下几个问题：(1)导热系数较低，导热效果较差。(2)力学性能，比如拉伸强度、回弹率较差。(3)制备工艺复杂，难以用于大批量生产。

2、专利cn202111418401.5的专利公开了一种石墨烯-液态金属导热垫片及其制备方法，通过液态金属和石墨烯复合得到的导热垫片提升了导热系数和力学性能，但其制备工艺较为复杂。

3、专利202210597791.5的专利公开了一种复合型导热夹层垫片，自上至下依次包括第一铟片层、夹心层，第二铟片层，提高了传热效率，降低了接触热阻，但并没解决力学性能的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供了一种导热液态金属垫片，包括海绵和液态金属。

2、优选的，所述海绵为聚氨酯海绵和/或聚氨酯弹性海绵。

3、进一步优选的，所述海绵为聚氨酯海绵。

4、优选的，所述海绵的孔径为100-300μm。

5、进一步优选的，所述海绵的孔径为200μm。聚氨酯海绵的孔径过小，比表面积小，其负载的液态金属量较少，影响垫片的导热性能，孔径过大，液态金属的填充量增加，不仅提高了生产成本，还会使得液态金属与海绵之间的连接性降低，影响垫片的力学性能，与此同时，海绵内部空隙的空气无法完全排出，增加了因空气存在而带来的热阻，使得垫片的导热性能降低。本技术人发现，当聚氨酯海绵的孔径为100-300μm时，海绵内部孔隙的空气完全排出，减小了热阻，进而提高了垫片的导热性能，使得液态金属与海绵形成交联网络，进而改善了垫片的弹性。

6、优选的，所述液态金属为镓基液态金属。

7、优选的，所述镓基液态金属为镓铟合金和/或镓铟锡合金。

8、进一步优选的，所述镓基液态金属为镓铟锡合金。

9、优选的，所述液态金属为镓铟锡合金。

10、进一步优选的，所述镓铟锡合金中，镓铟锡三者元素的质量比为68.5：21.5：10。

11、本发明第二方面提供了一种导热液态金属垫片的制备方法，包括如下步骤：

12、(1)海绵预处理；

13、将聚氨酯海绵浸没于强碱溶液里，超声震荡后置于等离子体清洗机内进行氧离子清洗，从而制成预处理后的海绵。

14、(2)导热液态金属垫片的制备。

15、将上述预处理后的海绵用重物按压，使其浸没于液态金属中，超声震动后得到导热液态金属垫片。

16、进一步优选的，所述步骤(1)中的强碱溶液为1mol/l的氢氧化钠(naoh)溶液，体积为10ml；所述步骤(2)中的液态金属的体积为5ml。

17、优选的，所述步骤(1)中的海绵厚度为0.2-0.4mm。

18、进一步优选的，所述步骤(1)中的海绵厚度为0.3mm。

19、优选的，所述步骤(1)中超声震荡时间为20-30min，氧离子清洗时间为4-5min。采用等离子体处理聚氨酯海绵，使其表面具有羟基亲水基团，镓铟锡合金液态金属易于氧化，其表面具有羟基，在海绵与液态金属之间相互作用下，形成了导热路径，极大的增强了液态金属和海绵的连接性，进而改善了垫片的力学性能和导热性能。本技术人发现，当步骤(1)中超声震荡时间为20-30min，氧离子清洗时间为4-5min时，不仅增强了液态金属在海绵上的润湿性，还减少了液态金属和海绵界面之间的孔隙，促进了导热路径的形成，提高了垫片的导热系数，同时，增强了液态金属和海绵的连接性，提升了垫片的力学性能。

20、进一步优选的，所述步骤(1)中超声震荡时间为30min，氧离子清洗时间为5min。

21、优选的，所述步骤(2)中的超声震动时间为4-5h。液态金属的填充量越多，垫片的导热系数逐渐增加，但过多会造成复合材料粘度过大，加工性能差和成本过高等问题，填充量过少，难以形成完整的导热路径，进而影响垫片整体的导热性能。本技术人发现，当超声震动时间为4-5h时，此时的垫片导热系数达到最佳，同时形成了完整的导热路径，进而极大了提升了垫片整体的导热性能，减少了成本。

22、进一步优选的，所述步骤(2)中的超声震动时间为5h。

23、有益效果：

24、1.本发明通过设置一定的超声时间，不仅极大的提升了导热液态金属垫片整体的导热性能，还减少了成本。

25、2.本发明设置一定的超声震荡时间以及氧离子清洗时间，提高了垫片的导热系数，改善了整体垫片的力学性能。

26、3.本发明中的聚二甲氧基硅氧烷海绵的孔径为100-300μm，减小了海绵内部的空气热阻，进而提高了垫片的导热性能，保证了垫片的弹性。

27、4.本发明的导热液态金属垫片，不仅具有极佳的导热系数，还具备一定的回弹率和力学性能，制备工艺简单，成本低，可用于大批量生产。

28、实施例

29、实施例1

30、一种导热液态金属垫片，包括海绵和液态金属。

31、所述海绵为聚氨酯海绵，孔径为200μm，购自南京永盛海绵厂。

32、所述液态金属为镓铟锡合金，镓铟锡三者元素的质量比为68.5：21.5：10，购自湖南稀能新材料有限公司，型号为snyt-100。

33、本发明还提供了一种导热液态金属垫片的制备方法，包括如下步骤：

34、(1)海绵预处理；

35、将0.3mm的聚氨酯海绵浸没于10ml 1mol/l的naoh溶液里，超声震荡30min后置于等离子体清洗机内，进行氧离子清洗5min，从而制成预处理后的海绵。

36、(2)导热液态金属垫片的制备。

37、将上述预处理后的海绵用重物按压，使其浸没于5ml液态金属中，超声震动5h后得到导热液态金属垫片。

38、实施例2

39、一种导热液态金属垫片，包括海绵和液态金属。

40、所述海绵为聚氨酯海绵，孔径为100μm，购自南京永盛海绵厂。

41、所述液态金属为镓铟锡合金，镓铟锡三者元素的质量比为68.5：21.5：10。

42、本发明还提供了一种导热液态金属垫片的制备方法，包括如下步骤：

43、(1)海绵预处理；

44、将0.4mm的聚氨酯海绵浸没于10ml 1mol/l的naoh溶液里，超声震荡20min后置于等离子体清洗机内，进行氧离子清洗4min，从而制成预处理后的海绵。

45、(2)导热液态金属垫片的制备。

46、将上述预处理后的海绵用重物按压，使其浸没于5ml液态金属中，超声震动5h后得到导热液态金属垫片。

47、实施例3

48、一种导热液态金属垫片，包括海绵和液态金属。

49、所述海绵为聚氨酯海绵，孔径为200μm，购自南京永盛海绵厂。

50、所述液态金属为镓铟锡合金，镓铟锡三者元素的质量比为68.5：21.5：10。

51、本发明还提供了一种导热液态金属垫片的制备方法，包括如下步骤：

52、(1)海绵预处理；

53、将0.3mm的聚氨酯海绵浸没于10ml 1mol/l的naoh溶液里，超声震荡30min后置于等离子体清洗机内，进行氧离子清洗5min，从而制成预处理后的海绵。

54、(2)导热液态金属垫片的制备。

55、将上述预处理后的海绵用重物按压，使其浸没于5ml液态金属中，超声震动4h后得到导热液态金属垫片。

56、实施例4

57、一种导热液态金属垫片，包括海绵和液态金属。

58、所述海绵为聚氨酯海绵，孔径为300μm，购自南京永盛海绵厂。

59、所述液态金属为镓铟锡合金，镓铟锡三者元素的质量比为68.5：21.5：10。

60、本发明还提供了一种导热液态金属垫片的制备方法，包括如下步骤：

61、(1)海绵预处理；

62、将0.2mm的聚氨酯海绵浸没于10ml 1mol/l的naoh溶液里，超声震荡30min后置于等离子体清洗机内，进行氧离子清洗5min，从而制成预处理后的海绵。

63、(2)导热液态金属垫片的制备。

64、将上述预处理后的海绵用重物按压，使其浸没于5ml液态金属中，超声震动5h后得到导热液态金属垫片。

65、对比例1

66、将海绵孔径改为50μm，购自苏州五周泡棉有限公司，步骤(1)中的超声震荡时间改为10min，其余同实施例1。

67、对比例2

68、将海绵的孔径改为400μm，厚度改为0.5mm，购自苏州五周泡棉有限公司，其余同实施例1。

69、对比例3

70、将步骤(1)中的超声震荡时间改为10min，氧离子清洗时间为2min，其余同实施例1。

71、对比例4

72、将步骤(2)中的超声震荡时间改为6h，海绵的厚度改为0.5mm，其余同实施例1。

73、性能评价

74、(1)等效导热系数的测定：对实施例1-4和对比例1-4进行等效导热系数的测定，测试标准为astm c518，测试数据如下表1。

75、(2)拉伸强度测试：对实施例1-4和对比例1-4进行拉伸强度测试，测试标准为astmd 412-2006，测试数据如下表1。

76、(3)压缩回弹率：对实施例1-4和对比例1-4进行压缩回弹率测试，测试标准为astmd 575，测试数据如下表1。

77、(4)热阻测试：对实施例1-4和对比例1-4进行热阻测试，测试标准为gb/t 8446.2-2004，测试数据如下表1。(在30psi的压力下进行测试)表1

78、