[发明专利]一种金刚石-铜复合材料及制备方法

说明书

本发明属于金属基复合材料研究领域，涉及一种金刚石‑铜复合材料及其制备方法，该方法首先在金刚石的表面镀覆Cr层，然后在所述镀Cr后的金刚石的表面镀覆Cu基体层，然后装入模具进行烧结处理，制得所述金刚石‑铜复合材料。主要采用真空微蒸发蒸镀的方法进行镀覆超薄Cr层来降低界面热阻，同时使用真空热压烧结工艺来获得致密度更高的复合材料，制得的金刚石‑铜复合材料具有良好的性能，热导率高于580W/m·K，致密度达到98.5％以上，可用于电子封装等领域。

技术领域

本发明属于金属基复合材料研究领域，涉及一种金刚石-铜复合材料及其制备方法，具体涉及一种金刚石增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电子工业的高速发展，集成电路的芯片集成度越来越高，器件功率越来越大，电子元件产生的大量热量造成的温度升高已成为影响器件精度和造成器件失效的重要因素之一，因此研究高性能封装材料和散热材料已成为电子工业发展的必须。传统的以金属颗粒W、Mo为增强相的金属基电子封装材料(W-Cu，Mo-Cu)的导热率已不能满足现代大功率器件的更高要求。SiCp-Al电子封装材料因导热率高、密度小等优点已广泛应用于多种军用和民用功率模块的基板、功率放大器的热沉、微处理器封盖及散热板等。金刚石具有所有物质中最高的导热率，单晶金刚石的热导率可达2000W/(m·K)，且随着人工合成金刚石技术的发展，金刚石粉末的价格已大幅下降(<2000元/公斤)；常温下铜的导热率为398W/(m·K)，在所有金属中除了银之外导热率最高，而且价格低廉。采用高体积分数(超过50vol.％)的金刚石与铜复合，复合材料的导热率理论上超过1000W/(m·K)。因此，金刚石-铜复合材料已成为高性能电子封装材料和散热材料的重点研究对象。

对金刚石-铜复合材料的热导率产生影响的因素很多，如孔隙率、界面热阻、基体以及增强体的热导率等；空气的热导率非常低，孔隙率(密实度)的大小对复合材料的热导率起到关键作用。在保证复合材料高密实的条件下，才能依次去考虑基体以及增强体的热导率、界面热阻等因素。因此如何尽可能的提高金刚石与铜之间的结合强度，制得高密实的复合材料，是制备高导热金刚石-铜复合材料的关键。金刚石与铜的浸润性比较差，界面结合强度不高，界面热阻很大，严重影响了复合材料的性能，因此解决金刚石-铜复合材料的界面问题就显得尤为重要。当前，国内外关于金刚石-铜复合材料的研究制备主要有高温高压法、放电等离子烧结技术(SPS法)、化学或电沉积以及熔渗等工艺。

发明内容

针对金刚石与铜之间润湿性差、结合强度不够高等问题，本发明的目的在于提供一种金刚石-铜复合材料及制备方法，该复合材料是一种具有高导热性能的高体积分数金刚石增强铜基复合材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金刚石-铜复合材料，由金刚石、镀覆于所述金刚石外表面的Cr层以及镀覆于所述Cr层外表面的铜基体层组成。

上述金刚石-铜复合材料中，作为一种优选实施方式，所述复合材料中，所述金刚石的体积百分数为40-70％，所述铜(铜基体层中)的体积百分数为60-30％。由于金刚石与铜之间的Cr镀层产生的界面热阻，使得金刚石在整个复合材料中的体积百分数不能太高，否则热阻过大会降低复合材料的热导率；另外金刚石的体积百分数也不能太低，因为金刚石是拉升整个复合材料热导率的关键因素，因此需要在两者矛盾之间寻找一个金刚石最佳的体积分数。上述体积比为烧结后的体积比，Cr层非常薄，因此所占体积百分数忽略不计。