[发明专利]界面一体材料、元件和装置

说明书

界面一体材料、元件及装置，本发明通过在散热元件与发热元件之间任一接触表面上设置三维结构，并填充低熔点相变材料组成，提供一种界面一体材料、界面一体元件和采用界面一体元件的移动终端，提高了传热效率，为元件组装提供了方便。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，界面一体材料、采用上述材料的元件和散热装置：本发明尤其适用于电子散热领域。

背景技术

现代技术的发展推动了电子技术的飞跃进步，尤其是IC半导体和MEMS技术进步推动了集成电路、芯片、片上系统、系统芯片、合封芯片、应用处理器、人工智能芯片、显示屏、显卡、存储器、射频放大器、LED、功率器件、服务器、功放模块、电源管理和其它电子元件技术的不断进步。电子技术进步的结果就是元件和装置的超薄/小型化、轻量化、高频、高功率和高密度化。GaN半桥电路在10MHz工作频率和400V工作电压时，其每平方厘米发热功率可以达到6400W。单个图形处理器每平方厘米发热功率可以达到40W，单个中央处理器每平方厘米发热功率可以达到30W。将来高功率器件及芯片的每平方厘米发热功率或可以达到500W甚至是1000W。第一代半导体的可耐受温度通常是90度，特殊的是105度；第三代半导体的可耐受温度虽然有所提高但依然还不能满足人们的需求。有统计研究表明，电子产品功能故障或劣化50％与温度升高有关；发热元件大多是电子元件，电子产品的热量管理成为一个具有挑战性的问题。电子产品的散热过程包括传热和散热。传热过程不仅与材料的性质和结构有关，还与传热界面材料与发热元件的接触形式有关。现有电子产品传热过程中与发热元件的接触形式主要有两种：焊接和粘接；通常的接触形式是粘接。现有技术的散热元件表面与发热元件表面通过热界面材料接触，有研究表明：接触界面的热阻约占总热阻的50％；有机形式中的热界面材料的导热系数大多不超过20W/m.k的水平；无机尤其是液态金属的导热系数有可能达到80W/m.k，液态金属复合材料的导热系数有可能达到100W/m.k以上；液态金属如无特别说明，包括纯液态金属、液态金属合金和液态金属复合物，因为在现有技术中，很少应用到纯的液态金属；液态金属表面张力大且具有粘性，液态金属具有导电性和屏蔽性，液态金属的厚度、温度、结构、合金/ 复合物、种类、基体表面性质都是影响液态金属流动性的因素；绝缘性不好的液态金属的无序流动容易产生电路短路和错误连接，现有技术的液态金属在实际应用中有侧漏渗出的问题；但是液态金属的流动控制是提高装置使用安全的必要保证。申请号：202010672029.X《改进型散热结构》；该专利的主要目的是在基本结构和涂层技术方面提出了防止液态金属在实际应用中的侧漏渗出；现有技术中，胶粘剂和液态金属等界面材料都是单独设置，电子产品组装时再将散热元件和发热元件通过界面材料设置成一体，本专利提出界面一体的结构形式，界面一体的结构也可以称之为预成形结构；通过预先将界面材料设置在元件表面后使用更加方便。导热材料与发热表面接触时，根据导热材料与发热元件接触表面的配合情况可以有三种形态：表面加工精度可达到气密性接触、表面加工精度可达到液密性接触和现有技术的低加工精度配合的常态；导热材料与发热元件接触表面的三种形态中传热系数的大小排序，气密性接触最大，常态最小；高导热材料的导热系数一般都在150W/m.k以上；因此，解决接触面传热效率低下是解决热量管理问题的一个有效途径；若能同时在成本、技术难度和制作效率上解决元件散热方法、散热结构和界面结构优化，是可以解决装置超薄和轻量化现有存在的问题，可以达到事半功倍的效果。现有技术中，电子产品由于使用条件、成本、技术难度和制作效率上的限制，现有技术不能同时满足生产设计和使用的需要。

发明内容

基于现有散热、界面材料使用和相变层存在的问题，本发明提出一种新型界面一体材料、采用界面一体材料的元件或采用该元件的背壳、一种电子系统、装置或移动终端。