[发明专利]一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于热管理材料技术领域，特别涉及一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法。

背景技术

金刚石/铜复合材料因其具有高导热、低膨胀及物理性能可调节等优异的综合性能，成为满足半导体激光器、微波功率电子等电子封装器件散热的重要候选材料。专利ZL200710178844.5中介绍了高导热金刚石/铜复合材料及其制备方法，在金刚石/铜复合材料的研究中发现，随着金刚石颗粒尺寸的增大，复合材料的热导率增大，但是复合材料制品的表面粗糙度偏高，而金刚石颗粒尺寸减小后，表面粗糙度虽明显降低，热导率却也有所降低。在金刚石/铜复合材料的热沉应用过程，即要求保证热沉的高导热性能，同时希望热沉的表面质量达到Ra 0.5μm以下，如果采用150μm的金刚石制备的复合材料热导性能可以达到550W/mK以上，但是制品表面Ra仅能达到1μm，与芯片连接时由于粗糙度过高影响材料性能的发挥。有人为了改善降低表面粗糙度，在金刚石/铜复合材料表面镀覆(如镍、铜等)或喷涂(如铜)金属层的方法，对金属层再抛光，通过这种工艺金刚石/铜复合材料的表面粗糙度大大减低，但是工艺复杂，难以保证器件的尺寸精度，且不同金属层的界面结合力不同，后续应用过程中容易出现气泡、鼓包的问题。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法。

一种金刚石/铜梯度复合材料，其是由细颗粒金刚石/铜复合层-粗颗粒金刚石/铜复合层-细颗粒金刚石/铜复合层构成的金刚石/铜梯度复合材料，所述细颗粒金刚石的尺寸小于100μm，粗颗粒金刚石的尺寸为500～100μm。

所述细颗粒金刚石/铜复合层的厚度为0.5-1mm，粗颗粒金刚石/铜复合材料层的厚度根据制品所需厚度调整。

一种金刚石/铜梯度复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)粗颗粒金刚石和细颗粒金刚石分别与粘结剂混合；

2)按照细颗粒金刚石-粗颗粒金刚石-细颗粒金刚石的顺序，将步骤1)处理后的粗颗粒金刚石和细颗粒金刚石依次平铺在金属模具中，采用冷压工艺压制，脱模，烘干，制得梯度金刚石预制件；

3)将熔融的铜或铜合金浸渗入步骤2)制得的预制件中；

4)冷却，脱模后制得金刚石/铜梯度复合材料。

步骤1)中所述的粘结剂为石蜡基粘结剂或磷酸盐粘结剂。

步骤2)中所述细颗粒金刚石层的厚度为0.5-1mm，粗颗粒金刚石层的厚度根据制品所需厚度调整。

步骤2)中所述冷压的压力为50～80MPa，保压2～5min；所述烘干的温度为80～120℃，时间为2～3h。

步骤3)中所述浸渗过程采用压力浸渗工艺或无压浸渗工艺。

本发明的有益效果为：本发明采用已知工艺制备具有不同颗粒尺寸的金刚石/铜梯度复合材料，既保留了粗颗粒金刚石/铜复合材料高导热性能，又降低了制品表面的粗糙度，从而满足芯片连接的需要，降低由于制品与芯片接触表面粗糙度过高而导致的热阻，能够充分发挥材料的优异性能；且工艺过程简单，这是现有的金刚石/铜复合材料制品所无法兼顾的。本发明制备的材料可广泛应用于半导体激光器、微波功率电子等电子封装器件。

附图说明

图1为实施例1制备的金刚石/铜梯度复合材料结构示意图。

图2为金刚石/铜梯度复合材料制备方法流程图。

标号说明：1-粗颗粒金刚石/铜复合层，2-细颗粒金刚石/铜复合层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

以下实施例中金刚石采用市售人工合成金刚石。

实施例1

按照图1所示的流程，采用的粗颗粒金刚石为250μm，细颗粒金刚石为60μm，粘结剂选用石蜡基粘结剂，粗颗粒金刚石层的厚度为2mm，两侧细颗粒金刚石层的厚度各为0.5mm，冷压压力50MPa，保压3min，脱模，95℃下烘干2h，制得梯度金刚石预制件，浸渗铜后制备的金刚石/铜梯度复合材料，图1为其结构示意图，其中1为粗颗粒金刚石/铜复合层，2为细颗粒金刚石/铜复合层，层次分明；其热导率达到638W/mK，加工成制品后表面粗糙度Ra为0.4～0.5μm。

实施例2