本申請(qǐng)和本文公開的主題（統(tǒng)稱為“公開內(nèi)容”）總體涉及金屬熱界面材料，其中的一些金屬熱界面材料裝載有導(dǎo)熱材料、或者在預(yù)期的操作溫度范圍內(nèi)部分或全部經(jīng)歷相變、或者既裝載有導(dǎo)熱材料又在預(yù)期的操作溫度范圍內(nèi)部分或全部經(jīng)歷相變。更特別地，但不排他地，本公開涉及用于傳遞熱量（例如，用于冷卻包含此類金屬熱界面材料的發(fā)熱電氣部件）的裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、許多工業(yè)處理、消費(fèi)品、發(fā)電機(jī)、燃燒室、通信裝置、電子部件、蓄電部件（例如，電池）等以及相關(guān)系統(tǒng)都依靠熱量傳遞來發(fā)揮預(yù)期功能。例如，一些依靠冷卻（例如，無線電發(fā)射器）、另一些依靠加熱（例如，吸熱化學(xué)反應(yīng)）將溫度維持在上限閾值溫度和下限閾值溫度之間的指定范圍內(nèi)。

2、現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)利用多種將熱量從一種介質(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)的技術(shù)來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。例如，傳統(tǒng)的空氣冷卻使用風(fēng)扇或其他空氣推動(dòng)器將熱量從另一種介質(zhì)中吸走或傳遞到另一種介質(zhì)?？諝饫鋮s可以利用空氣冷卻的熱沉來補(bǔ)充，例如，通常是導(dǎo)熱材料板，其具有從該板伸出的表面或翅片，以提供更大的表面積，所述表面積可用于將熱量傳遞到流過該伸出的表面的空氣或從流過該伸出的表面的空氣傳遞熱量。一些傳熱系統(tǒng)使用液體來傳遞熱量，因?yàn)榕c氣體（例如，空氣）相比，許多液體提供相對(duì)更高的傳熱速率。在其他系統(tǒng)中，傳熱流體產(chǎn)生從液態(tài)至氣態(tài)（或反之）的相變，以在較窄的溫度范圍內(nèi)吸收（或相應(yīng)地消散）相對(duì)大量的能量。

3、一些現(xiàn)有的傳熱方法是使用傳熱部件（例如，“熱交換器”、“熱沉”、“冷板”、“蒸發(fā)器”或“冷凝器”）將熱量從固體裝置傳遞到流體（例如，液體、氣體或它們的混合物）或反之。例如，典型的傳熱部件限定了預(yù)期的傳熱表面，該表面將被放置成與其他固體裝置的對(duì)應(yīng)表面熱接觸。這樣的放置在傳熱部件和其他固體裝置之間提供了傳導(dǎo)傳熱路徑。傳熱部件有助于通過或越過傳熱部件的固體特征的流體與這些固體特征之間的對(duì)流傳熱。因此，當(dāng)傳熱部件被放置成與固體裝置熱接觸時(shí)，對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱機(jī)制的組合有助于固體裝置與通過或越過傳熱部件的流體之間的傳熱。

4、例如，用于冷卻發(fā)熱裝置（例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理單元）的冷板或熱沉通常被放置成與發(fā)熱裝置或其包裝的對(duì)應(yīng)表面熱接觸。當(dāng)發(fā)熱裝置運(yùn)行時(shí)，多余的熱量會(huì)傳導(dǎo)穿過發(fā)熱裝置與冷板或熱沉之間的界面。冷卻介質(zhì)（例如，空氣、水和乙二醇的混合物、或兩相制冷劑）通過或越過冷板或熱沉的特征件，從而通過對(duì)流傳熱吸收多余的熱量并將該多余的熱量從冷板或熱沉帶走，以排放到其他地方。

5、固體-固體界面，即使是在機(jī)械加工的平坦表面之間的固體-固體界面，也會(huì)給傳熱系統(tǒng)帶來相當(dāng)大的熱阻。如本文中使用的，術(shù)語“熱阻”是指兩個(gè)區(qū)域之間的溫差與兩個(gè)區(qū)域之間的熱通量之比。如本文中使用的，“熱通量”是指單位面積的傳熱速率。因此，“熱阻”是兩個(gè)區(qū)域之間的溫差與單位面積的傳熱速率之比，其單位為℃-cm2/w。因此，與暴露于相同熱通量的熱阻較低的界面相比，熱阻較高的界面在給定熱通量的情況下會(huì)導(dǎo)致從該界面的一邊到另一邊的溫度梯度相對(duì)較大。相反，與較低的熱阻相比，相對(duì)較高的熱阻會(huì)導(dǎo)致在給定的允許溫度變化下通過給定區(qū)域的傳熱極限的速率相對(duì)較低。

6、油脂、糊劑和焊料已用于降低固體-固體界面處的所謂熱接觸阻力（在本領(lǐng)域中有時(shí)也稱為“接觸阻力”、“熱界面阻力”或“界面阻力”），從而對(duì)于從給定界面的一邊到另一邊的給定溫度梯度而言提高了穿過該給定界面?zhèn)鬟f熱量的能力。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱糊劑和油脂需要在固體-固體界面上施加相當(dāng)大的壓縮壓力。例如，固體-固體界面上的常規(guī)壓力需要超過20磅/平方英寸（“psi”），甚至高達(dá)50?psi才能實(shí)現(xiàn)常規(guī)的熱阻性能。盡管如此，在面臨高功率和有限的上限閾值溫度目標(biāo)的許多應(yīng)用中，熱接觸阻力仍然是總體熱預(yù)算的重要組成部分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、所公開的金屬熱界面材料可以在各種固體-固體界面上提供低熱接觸阻力。例如，一些公開的材料可以提供小于約0.05?℃-cm2/w的熱阻，例如，介于約0.01?℃-cm2/w和約0.06?℃-cm2/w之間，以及介于約0.02?℃-cm2/w和約0.04?℃-cm2/w之間。在一些實(shí)施例中，公開的材料提供約0.03℃-cm2/w的熱接觸阻力。此外，這些性能水平可以通過在固體-固體界面上施加小于20?psi的壓力來實(shí)現(xiàn)，比如，例如，所述壓力介于約8?psi和約18?psi之間，以及介于約10?psi和約12?psi之間。對(duì)于所公開的熱界面材料的一些實(shí)施例，在固體-固體界面上的合適壓力可以為約10?psi，比如，例如，介于約9?psi和約12?psi之間，或者只大于約10?psi，比如，例如，在約10?psi和約15?psi之間。

2、在一些實(shí)施例中，傳熱部件限定外表面，所述外表面配置成與另一裝置（其在運(yùn)行過程中可以放熱或吸熱）的對(duì)應(yīng)表面配合。例如，傳熱部件的外表面可以基本上是平面的（“平整的”），即，外表面的平整度的測量值可以小于約70?μm/cm，例如，在約10?μm/cm和約75?μm/cm之間，其中，在約20?μm/cm和約50?μm/cm之間只是平整度的一個(gè)示例性范圍。另一裝置的對(duì)應(yīng)表面同樣可以是平整的。在其他實(shí)施例中，傳熱部件的外表面可以通過機(jī)械加工或其他方式形成，以相對(duì)于另一裝置（例如，發(fā)熱部件）的對(duì)置表面具有互補(bǔ)輪廓。例如，如果發(fā)熱部件具有凸面（或其他例如任意的非平整表面），則傳熱部件的外表面可以具有與發(fā)熱部件的表面緊密配合的互補(bǔ)凹面（或其他陰非平整輪廓）。

3、當(dāng)配合在一起時(shí)，傳熱部件的平整表面可以與另一裝置的對(duì)應(yīng)表面相對(duì)地定位，并且所公開的界面材料可以定位在相對(duì)的表面之間。如下文更詳細(xì)描述的那樣，這種布置可以在配合的表面之間提供小于約0.05?℃-cm2/w的熱接觸阻力，例如，介于約0.01?℃-cm2/w和約0.06?℃-cm2/w之間，以及介于約0.02?℃-cm2/w和約0.04?℃-cm2/w之間。在一些實(shí)施例中，這種布置的熱接觸阻力約為0.03?℃-cm2/w。

4、不管怎樣，如下文更詳細(xì)解釋的那樣，所公開的熱界面材料可以在制造和組裝過程中比以前的傳統(tǒng)熱界面材料更具寬容性。例如，與傳統(tǒng)的糊劑、油脂或箔相比（即使具有相對(duì)更均勻的固體-固體界面），所公開的熱界面材料可以在非均勻的固體-固體界面（例如，由于一個(gè)固體表面相對(duì)于對(duì)置的固體表面傾斜，或者由于非均勻的表面平整度而產(chǎn)生）上提供較低的熱阻。

5、通過以下參照附圖的詳細(xì)描述，前述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。

技術(shù)特征：

1.?一種傳熱部件，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱部件，其中，所述金屬載體材料是鉍、銦、錫和鎵的共晶混合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳熱部件，其中，所述固相線至液相線轉(zhuǎn)變溫度為約60℃、約70℃、約80℃、或約90℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱部件，其中，所述金屬載體材料為鉍、銦、錫和鎵的非共晶混合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳熱部件，其中，所述金屬載體材料具有少于約10%（重量）的鎵。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳熱部件，其中，所述顆粒填充材料包括銅合金。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳熱部件，其中，所述金屬載體材料的固相線至液相線轉(zhuǎn)變溫度小于約90℃，并且所述金屬載體材料的液相線至固相線轉(zhuǎn)變溫度高于約70℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱部件，其中，所述傳熱部件是集成散熱器，所述集成散熱器配置成覆蓋在集成電路晶粒上方，所述熱界面表面是所述集成散熱器的第一主表面，所述集成散熱器限定與所述熱界面表面相對(duì)地定位的第二主表面，所述第二主表面配置成面向所述集成電路晶粒，并且所述第一主表面配置成面向除熱裝置。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱部件，其中，所述傳熱部件是配置成耗散從發(fā)熱電子部件接收的熱量的除熱裝置，所述除熱裝置具有基座，并且所述熱界面表面是所述基座的第一主表面，所述基座還限定了與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面，所述除熱裝置還包括從所述第二主表面延伸的多個(gè)翅片。

10.一種電氣裝置，包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣裝置，其中，所述金屬載體材料是鉍、銦、錫和鎵的共晶混合物。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電氣裝置，其中，所述固相線至液相線的轉(zhuǎn)變溫度為約60℃、約70℃、約80℃、或約90℃。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣裝置，其中，所述金屬載體材料是鉍、銦、錫和鎵的非共晶混合物。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電氣裝置，其中，所述金屬載體材料具有少于約10%（重量）的鎵。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電氣裝置，其中，所述顆粒填充材料包括銅合金。

16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電氣裝置，其中，所述金屬載體材料的固相線至液相線轉(zhuǎn)變溫度小于約90℃，并且所述金屬載體材料的液相線至固相線轉(zhuǎn)變溫度高于約70℃。

17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣裝置，其中，所述傳熱部件是集成散熱器，所述集成散熱器配置成覆蓋在集成電路晶粒的上方，所述熱界面表面是所述集成散熱器的第一主表面，所述集成散熱器限定與所述熱界面表面相對(duì)地定位的第二主表面，所述第二主表面被配置成面向所述集成電路晶粒并且所述第一主表面被配置成面向除熱裝置。

18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣裝置，其中，所述傳熱部件是配置成耗散從發(fā)熱電子部件接收的熱量的除熱裝置，所述除熱裝置具有基座，并且所述熱界面表面是所述基座的第一主表面，所述基座還限定了與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面，所述除熱裝置還包括從所述第二主表面延伸的多個(gè)翅片。

19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣裝置，其中，所述發(fā)熱部件是電子處理單元。

20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣裝置，其中，所述發(fā)熱部件是蓄電池。

技術(shù)總結(jié)
一種傳熱部件，其限定熱界面表面并具有結(jié)合到熱界面表面的復(fù)合熱界面材料。復(fù)合熱界面材料包括分散在金屬載體材料內(nèi)的顆粒填充材料，金屬載體材料具有介于約60℃和約90℃之間的固液相變溫度。通過將熱界面材料結(jié)合到熱界面表面，與包括傳統(tǒng)金屬熱界面材料之類的傳統(tǒng)熱界面材料相比，該熱界面材料與傳熱部件之間的熱接觸阻力可以降低或基本消除。顆粒填充材料可以具有比金屬載體材料更高的體積熱導(dǎo)率，并可以被金屬載體材料潤濕，使得復(fù)合熱界面材料的體積熱導(dǎo)率高于不含顆粒填充材料的載體材料的體積熱導(dǎo)率。還公開了具有由這種傳熱部件冷卻的發(fā)熱部件的電氣裝置。

技術(shù)研發(fā)人員：H·波卡納
受保護(hù)的技術(shù)使用者：迪亞股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8