液態(tài)金屬老化的固固界面接觸熱阻研究.pdf

1、隨著航運(yùn)業(yè)的迅猛發(fā)展，船舶自動化、電氣化程度不斷加深，使得船上的電氣設(shè)備，大功率照明設(shè)備，動力設(shè)備的功率越來越高，熱流密度越來越大，有效熱管理的壓力就變得越來越大，而界面熱阻的存在是電子元器件熱量散失的主要瓶頸。在船舶余熱回收方面，船舶熱電轉(zhuǎn)換裝置迅速發(fā)展，熱電轉(zhuǎn)換裝置的整體效率也與界面?zhèn)鳠嵯⑾⑾嚓P(guān)。因此，強(qiáng)化界面?zhèn)鳠釋μ岣叽氨姸嘞到y(tǒng)的可靠性穩(wěn)定性及工作效率具有至關(guān)重要的作用。本文圍繞液態(tài)金屬作為熱界面材料，測量了其在初始狀態(tài)及老化后

2、的導(dǎo)熱系數(shù)和界面熱阻;研究了接觸面粗糙度對試樣界面接觸熱阻的影響;建立了液態(tài)金屬與固體表面之間界面熱阻隨老化時(shí)間變化的預(yù)測模型。
　　界面接觸熱阻與液態(tài)金屬老化關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，選用了液態(tài)金屬Ga62.5In21.5Sn16及摻銅粉液態(tài)金屬Ga62.5In21.5Sn16作為熱界面材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:在初始狀態(tài)下，液態(tài)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)為37.707W/(m·K)，摻7.5％銅粉的液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)為38.774W/(m·K)。經(jīng)

3、老化后最終穩(wěn)定的液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)為22W/(m·K)，摻7.5％銅粉的液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)為9W/(m·K)。表面粗糙度對LMA老化影響的實(shí)驗(yàn)中，制備了接觸面粗糙度分別是0.0951μm，0.1748μm，0.2252μm，0.3267μm的Cu-LMA-Cu三層結(jié)構(gòu)試樣，試樣老化溫度為130℃，最長老化時(shí)間為800小時(shí)，每隔100小時(shí)取樣測量其導(dǎo)熱系數(shù)，并計(jì)算其接觸熱阻。結(jié)果顯示:接觸面粗糙度為0.0951μm，0.1748μm，0.22

4、52μm，0.3267μm的試樣初始狀態(tài)下接觸熱阻分別為2.29mm2K/W，2.44mm2K/W，2.73mm2K/W和2.97mm2K/W。熱老化400小時(shí)后試樣的接觸熱阻分別為4.54mm2K/W，6.11mm2K/W，6.46mm2K/W和8.60mm2K/W。老化800小時(shí)后接觸熱阻分別為5.88mm12K/W，6.42mm2K/W，6.87mm2K/W和8.76mm2K/W。基于上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本文建立了液態(tài)金屬Ga62.5I

5、n21.5Sn16作為熱界面材料填充在接觸面之間產(chǎn)生的總熱阻受外界壓力、接觸面表面形貌、老化時(shí)間等因素影響的數(shù)學(xué)模型，模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好地吻合。
　　由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論模型，本文得出如下結(jié)論:(1)摻7.5％銅粉的液態(tài)金屬在初始狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)要稍高于純液態(tài)金屬，而經(jīng)老化后摻7.5％銅粉的液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)要遠(yuǎn)低于純液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)。(2)在初始狀態(tài)下液態(tài)金屬試樣的界面熱阻與摻銅粉試樣的界面熱阻相當(dāng)，而經(jīng)老化后穩(wěn)定界面熱