[发明专利]一种金刚石颗粒增强金属基复合材料的金属化方法及结构

说明书

本发明提出了一种金刚石颗粒增强金属基复合材料的表面金属化方法及结构，在金刚石颗粒增强金属基复合材料表面上依次制备有第一金属层以及第二金属层，其中，前述金刚石颗粒增强金属基复合材料表面裸露的金刚石颗粒表面与第一金属层之间制备有碳化物层。第二金属层可完整包覆复合材料中伸出的金刚石颗粒，可大幅降低复合材料表面的粗糙度，提高了复合材料的加工精度。

技术领域

本发明属于金刚石复合材料领域，具体为金刚石颗粒增强金属基复合材料的表面金属化层结构。

背景技术

金刚石颗粒增强金属基复合材料具有高导热的优点，可用于高功率半导体激光器的热沉/衬底材料、功率放大器件、大功率微波器件、大功率雷达器件的封装材料。在半导体器件封装领域，金刚石颗粒增强金属基复合材料的热膨胀系数(CTE)与半导体芯片匹配，解决了半导体芯片封装中热应力的问题，可以直接作为半导体芯片的封装材料，但是金刚石颗粒增强金属基复合材料在封装应用中存在以下2个技术难题：

1.表面金属化薄膜与裸露金刚石颗粒之间的界面结合问题：金刚石颗粒增强金属基复合材料中的金刚石与焊料的浸润性很差，难以直接与半导体芯片或器件进行键合，传统的化学镀Ni电镀Au方式也不能在裸露的金刚石表面形成有效的冶金结合界面。

2.金刚石颗粒增强金属基复合材料难以加工，表面质量差：金刚石颗粒具有极高的硬度，一般的机械加工方法难以保证金刚石颗粒增强金属基复合材料的表面粗糙度和尺寸精度。

中国专利201410407949.3公开了一种金刚石铜复合材料表面镀金的方法，工艺流程复杂，在产业化推广中存在困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种金刚石颗粒增强金属基复合材料的表面金属化方法及结构。

一种金刚石颗粒增强金属基复合材料的金属化结构，具体为：金刚石颗粒增强金属基复合材料表面上依次制备有第一金属层以及第二金属层，其中，前述金刚石颗粒增强金属基复合材料表面裸露的金刚石颗粒表面与第一金属层之间制备有碳化物层。所述第二金属层的厚度大于前述复合材料表面裸露的金刚石颗粒的高度，使得第二金属层完整包覆前述复合材料表面的金刚石颗粒。第二金属层表面相对于前述复合材料包含有裸露的金刚石颗粒的表面而言，可以理解为是一个平面，在后续抛光处理后得到预期的粗糙度，用于半导体芯片的键合可得到更优的键合效果。

所述碳化物层具体为Cr₃C₇、Cr₂₃C₇、Cr₃C₂、Ni₃C、TiC、WC中的一种或多种。

所述第一金属层具体为Ti、Pt、Au、Ni、Ni–P、Ni-Cr-P、W的一种或多种。

所述第二金属层具体为Cu、Ti、Al、Cr、Ni、Ni-P、Ni-Cr-P、W中的一种或多种。

所述第一金属层和/或第二金属层为多种金属的层状结构，或者多种金属的合金。

所述金刚石颗粒增强金属基复合材料的金属基材具体为Cu、Al、Ag、Mg、Ni、Co、Mo、Fe、Mn、Cr、Zr、B、Ti、Ta、Nb、Au、W、Zn在内的一种金属材料或多种金属组成的合金。

一种金刚石颗粒增强金属基复合材料的金属化方法，用于制备上述金刚石颗粒增强金属基复合材料的金属化结构，包括以下步骤：

步骤1) 在金刚石颗粒增强金属基复合材料表面制备第一金属层；

步骤2）在第一金属层上制备出第二金属层，第二金属层的厚度大于前述复合材料表面裸露的金刚石颗粒的高度，使得第二金属层完整包覆前述复合材料表面的金刚石颗粒；

步骤3）第二金属层表面进行抛光和/或研磨处理。