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一種金屬納米顆粒基熱界面材料及其制備方法一種金屬納米顆?；鶡峤缑娌牧霞捌渲苽浞椒?CN 102601362 A 摘要摘要 本發(fā)明公開了一種金屬納米顆?；鶡峤缑娌牧霞捌渲苽浞椒?該制備方法包括如下步驟 金屬 納米顆粒經(jīng)放電等離子體燒結(jié)即得所述熱界面材料 所述金屬納米顆粒為銀納米顆粒 銅納米 顆粒或銀錫合金納米顆粒 本發(fā)明實現(xiàn)了高導(dǎo)熱金屬在較低溫度下的融合 制備成的熱界面材 料具有高導(dǎo)熱 可靠性好 實驗重復(fù)性好等特點 能很好地應(yīng)用到電子封裝中的散熱 為下一 代高功率電子產(chǎn)品的散熱提供了很好的解決方案 權(quán)利要求權(quán)利要求 10 1 種金屬納米顆?；鶡峤缑娌牧系闹苽浞椒?包括如下步驟 金屬納米顆粒經(jīng)放電等離子體 燒結(jié)即得所述熱界面材料 所述金屬納米顆粒為銀納米顆粒 銅納米顆?；蜚y錫合金納米顆粒 2 根據(jù)權(quán)利要求 I 所述的方法 其特征在于 所述金屬納米顆粒的粒徑為 5nm IOOnm0 3 根據(jù)權(quán)利要求 I 或 2 所述的方法 其特征在于 所述放電等離子體燒結(jié)的溫度為 200 C 300 C 真空度為 6Pa 10Pa 升溫速率為 50 C min 80 C min 4 根據(jù)權(quán)利要求 1 3 中任一所述的方法 其特征在于 所述金屬納米顆粒按照包括如下步驟的 方法制備 以水作為溶剤 酸金屬鹽在還原劑和表面活性劑存在的條件下進行反應(yīng)即得產(chǎn) 品 所述 酸金屬鹽為 酸銀 酸銅或 酸錫 5 根據(jù)權(quán)利要求 4 所述的方法 其特征在于 所述還原劑為抗壞血酸或硼氫化鈉 所述表面活 性劑為聚丙烯酸鈉或聚 烯基吡咯烷酮 6 根據(jù)權(quán)利要求 4 或 5 所述的方法 其特征在于 所述反應(yīng)的溫度為 90 C 95 C 時間為 20min 30min 所述 酸金屬鹽 還原劑 表面活性劑和水的質(zhì)量份數(shù)比為 0 5 2 5 0 5 10 2 5 20 100 150 7 根據(jù)權(quán)利要求 1 3 中任一所述的方法 其特征在于 所述金屬納米顆粒按照包括如下步驟的 方法制備 以甲醇作為溶劑 所述金屬納米顆粒的前驅(qū)體在還原劑和表面活性劑存在的條件下 進行反應(yīng)即得產(chǎn)品 所述金屬納米顆粒的前驅(qū)體為硝酸銀 硝酸銅 辛酸亞錫 8 根據(jù)權(quán)利要求 7 所述的方法 其特征在于 所述還原劑為硼氫化鈉 所述表面活性劑為聚 稀基卩比略燒麗 9 根據(jù)權(quán)利要求 7 或 8 所述的方法 其特征在于 所述反應(yīng)的溫度為 0 C 20 C 時間為 20min 30min 所述金屬納米顆粒的前驅(qū)體 還原劑 表面活性劑和甲醇的質(zhì)量份數(shù)比為 I 5 3 0 0 6 I 6 1 0 3 5 100 150 10 權(quán)利要求 1 9 中任一所述方法制備的熱界面材料 說明說明 種金屬納米顆?；鶡峤缑娌牧霞捌渲苽浞椒?技術(shù)領(lǐng)域 0001 本發(fā)明涉及 種金屬納米顆?；鶡峤缑娌牧霞捌渲苽浞椒?微電子封裝材料及其制備技 術(shù)領(lǐng)域 背景技術(shù) 0002 當(dāng)今電子產(chǎn)品不斷向小型化 高密度化 大功率化方向發(fā)展 隨之而來 電子器件工作 過程中所產(chǎn)生的熱量的密度越來越高 尤其是高功率器件如高功率 極管激光器 高亮度發(fā)光 二極管和高功率傳感器等 由于工作溫度對于電子產(chǎn)品的壽命和可靠性有著非常重要的作用 因此 散熱已然成為新一代電子產(chǎn)品迫切需要解決的問題 解決電子器件的散熱問題 可以通 過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計的方法來減少電子系統(tǒng)熱量的產(chǎn)生 還可以利用強制冷卻技術(shù)降低電子器件工 作時的溫度 然而 最直接 簡單 有效的辦法則是利用具有優(yōu)異導(dǎo)熱能力的熱界面材料快速 地將熱量傳導(dǎo)到外界環(huán)境 0003 現(xiàn)有的熱界面材料主要有導(dǎo)熱膏 導(dǎo)熱凝膠 相變熱界面材料 高分子基復(fù)合熱界面材 料和金屬熱界面材料等幾類 其中金屬熱界面材料的研發(fā)主要集中在低熔點金屬 銦 錫等 而對于在熱傳導(dǎo)方面極具優(yōu)勢的銅 銀等金屬材料因為其較高的熔點而被忽視 0004 近年來 普通的熱界面材料 如導(dǎo)熱膏 導(dǎo)熱凝膠 高分子基復(fù)合熱界面材料等 已 然不能滿足電子技術(shù)中集成度和功率密度進 步提高對散熱提出的要求 利用新的理念和技術(shù) 將具有高導(dǎo)熱能力的金屬開發(fā)成熱界面材料以滿足電子技術(shù)進 步發(fā)展對散熱的需求 已成為 當(dāng)今熱界面材料發(fā)展的 個非常重要的方向 發(fā)明內(nèi)容 0005 本發(fā)明的目的是提供 種金屬納米顆?；鶡峤缑娌牧霞捌渲苽浞椒?0006 本發(fā)明所提供的 種金屬納米顆?；鶡峤缑娌牧系闹苽浞椒?包括如下步驟 0007 金屬納米顆粒經(jīng)放電等離子體燒結(jié)即得所述熱界面材料 所述金屬納米顆粒為銀納米顆 粒 銅納米顆粒或銀錫納米顆粒 0008 上述的制備方法中 所述金屬納米顆粒的粒徑可為 5nm IOOnm 具體可為 7nm 20nm 或 30nm 0009 上述的制備方法中 所述放電等離子體燒結(jié)的溫度可為 150 C 300 C 具體可為 200 C 或 250 C 真空度可為 6Pa 10Pa 具體可為 6Pa 或 10Pa 升溫速率可為 50 C min 80 C min 具體可為 50 C min 0010 上述的制備方法中 所述金屬納米顆?？砂凑瞻ㄈ缦虏襟E的方法制備 以水作為溶剤 酸金屬鹽在還原劑和表面活性劑存在的條件下進行反應(yīng)即得產(chǎn)品 所述 酸金屬鹽可為 酸 銀 酸銅或 酸錫 0011 上述的制備方法中 所述還原劑可為抗壞血酸或硼氫化鈉 所述表面活性劑可為聚丙烯 酸鈉或聚 烯基吡咯烷酮 0012 上述的制備方法中 所述反應(yīng)的溫度可為 9 TC 95 C 具體可為 95 C 時間可為 20min 30min 具體可為 30min 所述 酸金屬鹽 還原劑 表面 活性劑和水的質(zhì)量份數(shù)比可為 0 5 2 5 0 5 10 2 5 20 100 150 具體 可為 2 5 5 3 16 7 100 0013 上述的制備方法中 所述金屬納米顆粒還可按照包括如下步驟的方法制備 以甲醇作為 溶劑 所述金屬納米顆粒的前驅(qū)體在還原劑和表面活性劑存在的條件下進行反應(yīng)即得產(chǎn)品 所 述金屬納米顆粒的前驅(qū)體可為硝酸銀 硝酸銅或辛酸亞錫 0014 上述的制備方法中 所述還原劑可為硼氫化鈉 所述表面活性劑可為聚 烯基吡咯烷酮 0015 上述的制備方法中 所述反應(yīng)的溫度可為 0 C 20 C 具體可為 0 C 時間可為 20min 30min 具體可為 30min 所述金屬納米顆粒的前驅(qū)體 還原劑 表面活性劑和甲醇的質(zhì) 量份數(shù)比可為 I 5 3 0 0 6 I 6 1 0 3 5 100 150 具體可為 2 9 I 5 2 5 142 0016 本發(fā)明進 步提供了由上述方法制備的熱界面材料 0017 本發(fā)明具有以下有益效果 本發(fā)明實現(xiàn)了高導(dǎo)熱金屬在較低溫度下的融合 制備成的熱 界面材料具有高導(dǎo)熱 可靠性好 實驗重復(fù)性好等特點 能很好地應(yīng)用到電子封裝中的散熱 為下一代高功率電子產(chǎn)品的散熱提供了很好的解決方案 附圖說明 0018 圖 I 為熱界面材料的典型應(yīng)用模式 0019 圖 2 為本發(fā)明實施例 I 和 2 中熱界面材料使用的示意圖 其中銅片模擬典型應(yīng)用模式中 的電子工作模塊和散熱片 0020 圖 3 為實施例 I 中獲得的 20nm 的銀納米顆粒的掃描電鏡照片 0021 圖 4 為實施例 I 中制備的銀納米顆?；鶡峤缑娌牧夏M使用時的三層結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照 片 0022 圖 5 為實施例 I 中不同溫度下利用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備的銀納米顆?；鶡峤缑娌?料的熱導(dǎo)率 具體實施方式 0023 下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明 均為常規(guī)方法 0024 下述實施例中所用的材料 試劑等 如無特殊說明 均可從商業(yè)途徑得到 0025 實施例 I 熱界面材料的制備 0026 I 首先 將 0 53g 的抗壞血酸溶解在 4 76g 的三重蒸餾水中 配成摩爾濃度為 0 65mol L 的水溶液 待用 然后 將 2 49g 的 酸銀溶解在 IOOml 的三重蒸餾水中 并將溶 液加熱到 95 C 接著 在加熱保持溶液溫度的情況下 加入 16 69g 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 45wt 的 聚丙烯酸鈉溶液 并充分?jǐn)嚢?15 分鐘使聚丙烯酸鈉和 酸銀均勻地溶解分散在溶液中 再接 著 以 I 滴 秒的速度將配置好的 0 65mol L 的抗壞血酸溶液全部逐滴加入反應(yīng)溶液中 該體系 中 酸銀 抗壞血酸 聚丙烯酸鈉和三重蒸餾水的質(zhì)量份數(shù)比為 2 5 5 3 16 7 100 并恒溫攪拌 30 分鐘 最后 以 15000rpm 的轉(zhuǎn)速離心 10 分鐘將銀納米顆粒分離出來 并用三重蒸餾水清洗 如此重復(fù)離心 清洗 6 次 0027 2 首先 將分離得到的銀納米顆粒均勻地涂覆在兩層經(jīng)過打磨的銅片 粗糙度為 120nm 之間 并將其并將其置于石墨模具中 然后 利用放電等離子體燒結(jié) SPS 技木 在 真空 6Pa 的環(huán)境下以 50 C min 的升溫速率從室溫加熱到 250 C 并保溫 30 分鐘 同時在 加熱的過程中一直施加 30MPa 的壓力 最終兩層銅片經(jīng)過融合后的銀納米顆粒熱界面材料牢 固地粘結(jié)起來 0028 本實施例得到的銀納米顆粒的掃描電鏡照片如圖 3 所示 可知其粒徑為 20nm 本實施 例制備的熱界面材料模擬使用時的三層結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片如圖 4 所示 可知 利用放電等離 子體燒結(jié) SPS 技術(shù)制備的經(jīng)過銀納米顆粒融合制備得到熱界面材料 其厚度為 5 20 y m 另外 銀納米顆粒熱界面材料與銅片之間的粘結(jié)非常緊密 0029 本實施例制備的熱界面材料的傳熱性能如圖 5 所示 其中將放電等離子體燒結(jié)的溫度變 化為 150 C 和 200 C 其余條件與本實施例相同 制備得到的熱界面材料的傳熱性能如圖 5 所示 其中將粒徑為 30nm 和 IOOnm 的銀納米顆粒用與本實施例相同的方法制備得到的熱 界面材料的傳熱性能如圖 5 所示 由圖 5 可知 在 200 C 以下的溫度下將 20nm 的銀納米顆 粒制備成熱界面材料 應(yīng)用到三層結(jié)構(gòu)的模擬體系時 熱導(dǎo)率不到 150W mK 將 250 溫度 下將 20nm 和 30nm 的銀納米顆粒制備的熱界面材料應(yīng)用到三層結(jié)構(gòu)的模擬體系 熱導(dǎo)率均超 過了銅片的熱導(dǎo)率 352 IW mK 甚至最高值達到 372 4W mK 這說明本發(fā)明制備的銀 納米顆?；鶡峤缑娌牧系臒醾鲗?dǎo)性能非常優(yōu)異 應(yīng)用到新一代高功率電子產(chǎn)品中將能很好的解 決散熱問題 0030 實施例 2 熱界面材料的制備 0031 I 首先 將 2 5g 的聚 烯基吡咯烷酮 PVP 溶解在 180ml 的甲醇中 并將溶液置于冰 浴中 接著 先后向甲醇溶液中加入 2 4g 的硝酸銀和 0 4ml 的辛酸亞錫 并充分?jǐn)嚢?15 分 鐘使聚 烯基吡咯烷酮 硝酸銀和辛酸亞錫均勻地分散在甲醇溶液中 再接著 向甲醇溶液中 加入 I 5g 的硼氫化鈉 該體系中 硝酸銀和辛酸亞錫 硼氫化鈉 聚 烯基吡咯烷酮和甲醇的 質(zhì)量份數(shù)比為 2 9 1 5 2 5 142 冰浴反應(yīng)并攪拌 30 分鐘 最后 以 12000rpm 的轉(zhuǎn)速離心 10 分鐘將銀錫合金納米顆粒分離出來 并用甲醇清洗 如此重復(fù)離心 清洗 6 次 0032 2 首先 將分離得到的銀錫納米顆粒均勻地涂覆在兩層經(jīng)過打磨的銅片 粗糙度為 120nm 之間 并將其并將其置于石墨模具中 然后 利用放電