[发明专利]一种用于电子设备热控的柔性相变材料

说明书

本发明涉及一种用于电子设备热控的柔性相变材料。所述柔性相变材料包括相变基体和支撑载体，所述支撑载体为弹性聚合物；将相变基体和支撑载体在一定温度下进行加热，待完全熔融混合后，置于温度高于相变温度的环境中，冷却压延制成。所述柔性相变材料在温度高于相变点时，能发生弹性的拉伸、弯曲、扭转等变形。在用于电子设备热控时，贴覆于产热部件表面或填充于扩热板和封装组件之间的缝隙，优良的柔性又使得所述相变材料具有热界面材料的性能而能够降低接触热阻。解决了电子设备热控过程中，常规相变材料过硬而引起的安装困难和接触热阻较大的问题，能极大地改善热控性能。

技术领域

本发明涉及相变材料的技术领域，具体涉及一种复合相变材料的制备技术和相变热控技术。

背景技术

随着航天、电子技术的发展，电子设备趋于高集成化和高功率化，器件产生的热量急剧增加，给电子设备的散热带来了极大挑战，尤其是电子设备越来越紧凑的结构对常规的冷却手段提出了空间的限制，使得电子设备的冷却更加困难。目前解决该问题的一种方法是采用高热导率界面材料，如导热粘胶、导热膏、相变型导热胶等。绝大多数的芯片散热主要先通过接触导热传出。随着工艺水平的不断提高，大功率器件内部热阻可降至 0.1~0.4℃/W 左右，而接触热阻甚至会高于器件热阻两倍以上。接触热阻阻碍器件散热，导致器件使用可靠性下降，严重时将导致器件烧毁。对于固固表面接触，因为材料表面处理工艺有限，使得众多的微突体存在于接触界面上，接触仅发生在一些离散点或微小面积上，其余的间隙部分为真空或被某些介质所填充（例如空气，水和导热硅油等等），而导致热阻较大。热界面材料在一定程度上降低了热量在器件内部的储存，但是相比于器件本身日益增加的产热功率，仍然无法有效降低器件温度。

相变热控技术是对产热部件实现温度控制的另一种有效手段。PCM在发生相变时，需要吸收或释放大量的潜热，而保持温度近似不变。将PCM用于电子设备中，能够吸收电子设备产生的热量而维持器件的温度在PCM相变点附近，从而能实现对电子设备的有效温控。

然而，现有定形相变材料的制备技术制备出的PCM在任意温度下都表现出较高的强度和硬度，在与受控电子设备进行安装配合时，极易发生破损、配合度差、接触热阻大的问题，这极大地降低了电子设备的热控性能，也是相变热控领域里亟待解决的问题。

常规复合定形有机相变材料制备技术之一是采用有机相变材料与聚合物熔融混合，之后在模具中冷却成型（Evaluation of thermal physical characteristics onshape stabilized paraffin as a solid-liquid phase change material，32（4）：307-312，Heat and Mass Transfer），该制备技术属于公知技术。在该技术中，相变基体材料如石蜡等，硬且易碎，力学性能差。相变载体聚合物一般采用聚烯烃，聚烯烃因与有机相变材料结构相似而呈现出良好的亲和性，同时，聚合物的分子结构因成三维网状形态而能阻止液态相变基体泄露。但现有制备技术中，采用的聚烯烃多为常规聚合物，如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯等，此类聚合物的纤维取向度较低( 95% )、分子链排布多为线性，无物理交联形态、晶相无法分离，因此不具有弹性，机械强度较大，与相变材料熔融混合制备而成的复合相变材料，宏观表现出的硬度较大，拉伸力学性能较差，拉伸时不经过屈服阶段直接断裂破坏。

由上可知，对于现有复合PCM，较大的强度与硬度，导致PCM延展性和抵抗变形能力较差，加工性能较差。在与结构特殊的器件安装时容易发生损坏，在进行切削、拉伸和压缩时容易发生脆性断裂，无法加工成薄膜，多加工成块状或条状。因此与受控部件的接触属于固固接触，存在表面接触热阻较高的问题，尤其对于不规则结构的器件来说，接触热阻是严重影响器件散热的问题。

弹性聚合物，是由晶态和非晶态基体交替共聚而制备出的聚合物，该类聚合物分子结构成物理交联网状形态，能实现相分离，力学性能上表现出弹性。将该类聚合物代替现有常规共聚物作为定形相变材料的载体，能够实现复合相变材料宏观上具有柔性的要求。