本文關(guān)鍵詞：相變膨脹熱界面材料的制備及傳熱性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電子制造與封裝技術(shù)的發(fā)展,電子元器件也飛速的進(jìn)行著更新?lián)Q代,體積小型化、芯片集成化的發(fā)展趨勢(shì)使得元件的熱流密度越來(lái)越高。兩表面的接觸是建立在凸點(diǎn)與凸點(diǎn)的接觸上,實(shí)際接觸面積只占了很小一部分從而形成接觸熱阻。界面接觸熱阻是電子器件冷卻中的一個(gè)重要參數(shù),在很大程度上決定了某些關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況,它的研究對(duì)于目前解決高熱流密度散熱問(wèn)題意義重大。在熱傳導(dǎo)通道中,基材與散熱熱沉的界面處理問(wèn)題,始終是傳熱途徑的瓶頸。目前主要有導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱硅脂和導(dǎo)熱墊片的彈性體界面材料以及相變界面材料。這些界面材料的研發(fā)思路多是彈性基材為基底,向其中加入高導(dǎo)熱率的填料粒子,起到大大消除接觸熱阻的目的。本文提出了以低熔點(diǎn)相變合金為基底,向其中添加膨脹粒子的研究思路。本文選擇BiInSn三元合金的包析、包晶和共晶點(diǎn)等四種配方合金作為基底,向其中加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膨脹粒子(Sb等)作為引導(dǎo)性變,起到改善接觸環(huán)境的功用,利用ESEM、XPS和XRD觀測(cè)其內(nèi)部相組織以及進(jìn)行相分的確定,并用DSC測(cè)定他們的熱性能。研究結(jié)果表明,BiInSn三元合金加入Sb后,合金相組織及相分都有所改變。與基底合金相比,Sb的加入使得合金的相變點(diǎn)整體只向右偏移了1-3。C,且合金的熔化焓也相應(yīng)增大,使其仍能作為低熔點(diǎn)相變熱界面材料,并起到很好的熱緩沖作用；此外,新的合金生成了中間化合物InSb,但其每一相中也都固溶有Sb,因此能與合金中其他的有膨脹性質(zhì)的元素共同形成熱界面材料的膨脹網(wǎng)絡(luò)。由BiInSn三元合金的共晶點(diǎn)作為基底形成的熱界面材料的晶粒更細(xì),晶型生長(zhǎng)趨向于枝晶型,不易發(fā)生相分離。選擇其共晶點(diǎn)作為基底,向其中加入不同含量的Sb。XRD相分析結(jié)果表明隨著Sb的含量的增多,合金中生成的InSb逐漸增多,且合金中的BiIn和Bi3In5也越來(lái)越多,但相對(duì)于1.0%和1.5%(wt) Sb含量的合金,含Sb0.55%(wt)的合金的上述三個(gè)新中間化合物的峰很弱；DSC表征結(jié)果顯示Sb的加入量為0.55%時(shí)合金的熔化行為與BiInSn三元合金的共晶點(diǎn)的相比,除了熔化溫度有所提升和一個(gè)相當(dāng)小的吸熱峰外,其他基本無(wú)異；通過(guò)自制相變體積變化系數(shù)裝置測(cè)量其液化后的體膨脹脹率,結(jié)果表明合金的體積膨脹系數(shù)在膨脹粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55%時(shí)達(dá)到最大。對(duì)不同Sb含量的熱界面材料進(jìn)行傳熱分析,將其夾在光滑的基板間制成三明治式,并對(duì)基板與基板的干接觸進(jìn)行理論及實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明對(duì)于光滑的基板與基板的干接觸情形,增大實(shí)際接觸面積比單純的機(jī)械降低表面粗糙度更有效。利用hot disk研究其作為界面材料時(shí)的接觸熱阻,結(jié)果表明,相比于材料相變前,其相變后接觸熱阻最少降低了80%以上；隨著Sb的加入量的增大,接觸熱阻呈先減小后增大的趨勢(shì),且在Sb的含量為0.55%時(shí)最小。本文通過(guò)以上分析得到不同溫位的相變膨脹熱界面材料配方,并將一款應(yīng)用于LED燈,明顯改善了傳熱效果。
【關(guān)鍵詞】：熱界面材料 相變膨脹 BiInSn Sb 傳熱性能
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB34
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 接觸熱阻的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 宏觀接觸熱阻理論13-15
• 1.2.2 微觀接觸熱阻理論15-17
• 1.3 界面材料的研究進(jìn)展17-20
• 1.3.1 彈性體復(fù)合材料17-18
• 1.3.2 相變熱界面材料18-19
• 1.3.3 碳納米管19-20
• 1.4 課題研究的目的與內(nèi)容20-22
• 第二章 熱界面材料的選擇22-31
• 2.1 相變膨脹熱界面材料原理簡(jiǎn)介22-24
• 2.2 相變熱界面材料的選擇24-30
• 2.2.1 相變熱界面材料基材的選擇24-29
• 2.2.2 膨脹粒子的選擇29-30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第三章 BiInSn基熱界面材料的制備及性能表征31-44
• 3.1 合金成分的選擇及制備31-33
• 3.1.1 合金成分的選擇31-32
• 3.1.2 合金的制備32-33
• 3.2 合金樣品的分析測(cè)試33-41
• 3.2.1 樣品預(yù)處理33
• 3.2.2 微觀組織形貌觀察及相的確定33-39
• 3.2.3 熱力學(xué)分析39-41
• 3.3 不同Sb含量的合金性能分析41-43
• 3.3.1 不同Sb含量合金微觀相分析41-42
• 3.3.2 不同Sb含量合金熱性能分析42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 BiInSnSb合金與陶瓷基板連接的接觸熱阻分析44-64
• 4.1 接觸熱阻的測(cè)量44-56
• 4.1.1 界面熱導(dǎo)的測(cè)量原理44-48
• 4.1.1.1 測(cè)量?jī)x器的使用原理44-47
• 4.1.1.2 樣品前處理47-48
• 4.1.1.3 界面熱阻的計(jì)算原理48
• 4.1.2 測(cè)量結(jié)果及分析48-56
• 4.2 合金的膨脹性對(duì)界面熱阻的影響56-58
• 4.2.1 合金的熔融體積膨脹率的測(cè)量56-57
• 4.2.2 測(cè)量結(jié)果及分析57-58
• 4.3 表面形貌對(duì)接觸熱阻的影響的數(shù)值模擬58-63
• 4.3.1 Icepack熱分析軟件簡(jiǎn)介58-59
• 4.3.2 多點(diǎn)接觸模型的建立59-61
• 4.3.3 模擬結(jié)果及分析61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第五章 相變膨脹熱界面材料的實(shí)際應(yīng)用64-68
• 5.1 界面材料的應(yīng)用準(zhǔn)備64-65
• 5.2 相變膨脹熱界面材料在LED燈上的應(yīng)用65-67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論和展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 攻讀碩士期間取得的研究成果75-76
• 致謝76-77
• 附件77

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本文編號(hào)：460944