一种以液态金属作为传热介质的热互连结构及其制备方法
本发明属于电子器件热管理，涉及一种以液态金属作为传热介质的热互连结构及其制备方法。
背景技术：
1、随着半导体器件的不断微型化、高度集成化和高功率密度发展，散热问题变得尤为突出，成为制约电子器件性能和寿命的关键因素。液态金属因其出色的热导率和低熔点特性，被视为一种具有巨大潜力的新型导热界面材料。然而，液态金属在实际应用中也面临诸多挑战，如其强流动性可能导致电子器件短路，与基材的润湿性不足可能引发孔洞或虚接缺陷，严重影响传热效率。此外，镓作为液态金属的主要成分，其年产量有限，使得减少用量成为设计时的考量。
2、为了解决这些问题，现有的研究技术已经探索了多种方法，如通过微量氧化法或微粉掺杂法将液态金属调制为膏状物质，以降低其流动性。然而，液态金属的流体特性使得根本消除短路风险仍存在困难。液态金属与高分子材料共混复合技术虽然能够限制液态金属的流动，但制备出的导热界面材料热导率不高，难以满足电子行业对大功率传热需求的快速增长。
3、为了降低液态金属泄漏的风险，现有的散热结构设计中引入了创新的防泄漏栅栏，旨在减少液态金属从cpu上方散热模块泄漏的可能性。然而，在设备竖直摆放或遇到振动/跌落的情况下，液态金属泄漏的风险仍然存在，这可能导致主板短路或损坏。因此，开发更为有效和可靠的液态金属泄露防控方案，对于提升电子设备的整体安全性和稳定性具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种以液态金属作为传热介质的热互连结构及其制备方法，该结构及其制备方法能够解决散热效率不足以及存在液态金属泄露风险的问题。
2、为达到上述目的，本发明所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构，包括热沉、液态金属、多孔钢网及热源；所述多孔钢网为孔阵列结构，所述热沉的表面分布有柱阵列，多孔钢网粘贴于热源的表面，所述柱阵列与孔阵列结构嵌套配合，液态金属滴入于所述孔阵列结构中，通过所述液态金属将热源与热沉相连接。
3、进一步的，所述液态金属包括但不限于：纯镓、镓铟合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锡合金、镓铟锌合金及镓铟锡锌合金。
4、进一步的，所述热沉上设置有微流道结构。
5、进一步的，所述多孔钢网通过电镀或阳极氧化表面处理技术进行处理。
6、进一步的，还包括散热器，散热器集成于热沉上。
7、进一步的，还包括温度传感器和反馈控制系统，反馈控制系统与温度传感器相连接，温度传感器设置于热源上。
8、进一步的，热沉的表面设置有纳米级别的微孔及凸起结构。
9、进一步的，所述孔阵列结构为方孔阵列结构；所述柱阵列为方柱阵列。
10、本发明所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构的制备方法，包括以下步骤：
11、1)制作多孔钢网；
12、2)将多孔钢网粘接固定在热源的表面，将液态金属滴入多孔钢网的孔中，得样品；
13、3)将样品置于氯化氢气氛中；
14、4)在热沉的表面制作柱阵列；
15、5)将热沉上的柱阵列与多孔钢网的孔阵列结构进行嵌套配合，再压合热沉至热源，使得液态金属填充满热源与热沉之间的缝隙。
16、进一步的，使用激光切割技术制作多孔钢网。
17、进一步的，使用自动喷印机将液态金属滴入多孔钢网的孔中。
18、本发明具有以下有益效果：
19、本发明所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构及其制备方法在具体操作时，利用液态金属作为传热介质，通过多孔钢网限制液态金属的流动，防止潜在的泄露问题，同时提供额外的排气通道及存储空间，确保液态金属的稳定分布和长期可靠性。此外，通过氯化氢气氛处理，液态金属与铜基材之间的润湿性得到显著改善，增强界面间的热传导性能。同时，本发明通过控制液态金属的用量和分布，减少对稀有材料的依赖，有助于降低成本，并提升材料的可持续性。此外，本发明的设计保证长期运行中的稳定性，并且与现有电子器件的兼容性良好，便于现有系统的升级和新系统的设计，适用于多种高功率散热领域，如高性能计算机、5g通信设备和电力电子器件等。
20、进一步，本发明通过激光切割技术制作多孔钢网，同时使用自动喷印机将液态金属滴入多孔钢网的孔中，以提高生产效率和产品一致性。
技术特征：
1.一种以液态金属作为传热介质的热互连结构，其特征在于，包括热沉(1)、液态金属(2)、多孔钢网(3)及热源(4)；所述多孔钢网(3)为孔阵列结构，所述热沉(1)的表面分布有柱阵列，多孔钢网(3)粘贴于热源(4)的表面，所述柱阵列与孔阵列结构嵌套配合，液态金属(2)滴入于所述孔阵列结构中，通过所述液态金属(2)将热源(4)与热沉(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构，其特征在于，所述热沉(1)上设置有微流道结构。
3.根据权利要求1所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构，其特征在于，多孔钢网(3)通过电镀或阳极氧化表面处理技术进行处理。
4.根据权利要求1所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构，其特征在于，还包括散热器，散热器集成于热沉(1)上。
5.根据权利要求1所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构，其特征在于，还包括温度传感器和反馈控制系统，反馈控制系统与温度传感器相连接，温度传感器设置于热源(4)上。
6.根据权利要求1所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构，其特征在于，热沉(1)的表面设置有纳米级别的微孔及凸起结构。
7.根据权利要求1所述的以液态金属作为传热介质的热互连结构，其特征在于，所述孔阵列结构为方孔阵列结构；所述柱阵列为方柱阵列。
8.一种权利要求1所述以液态金属作为传热介质的热互连结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述以液态金属作为传热介质的热互连结构的制备方法，其特征在于，使用激光切割技术制作多孔钢网(3)。
10.根据权利要求8所述以液态金属作为传热介质的热互连结构的制备方法，其特征在于，使用自动喷印机将液态金属(2)滴入多孔钢网(3)的孔中。
技术总结
本发明公开了一种以液态金属作为传热介质的热互连结构及其制备方法，包括热沉、液态金属、多孔钢网及热源；所述多孔钢网为孔阵列结构，所述热沉的表面分布有柱阵列，多孔钢网粘贴于热源的表面，所述柱阵列与孔阵列结构嵌套配合，液态金属滴入于所述孔阵列结构中，通过所述液态金属将热源与热沉相连接，该结构及其制备方法能够解决散热效率不足以及存在液态金属泄露风险的问题。
技术研发人员：位松,卢鹏飞,吴至涛,王来利
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5