[发明专利]一种高导热的金刚石/铜复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热的金刚石/铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将表面进行除油和粗化处理后的金刚石与钨粉按照质量比1:4.5混合均匀，将混合粉体在真空条件下加热，1030℃保温2‑8h，其中真空度10^‑2‑10^‑4Pa，升温速率5℃/min，最后分离出改性后的镀钨金刚石；（2）将表面改性后平均粒度为125μm镀钨金刚石按照总体积55%体积含量与平均粒度为45μm铜粉混合均匀，将所得到的混合粉体进行烧结，烧结参数：压制压力40MPa，温度1000℃，升温速率100℃/min，烧结时间10min，气氛为真空，然后冷却至室温，即可得到金刚石/铜复合材料。

技术领域

本发明属于制备高导热复合材料的技术领域，特别涉及一种高导热的金刚石/铜复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子工业和高密度封装技术的发展，电路的工作温度不断上升，导致传统的封装材料已经不能满足其性能要求。在微电子领域，结温每降低10℃，芯片的使用寿命就可以提高一倍。因此，制备出高导热低热膨胀系数的电子封装材料是电子产业高速发展的关键。

常见的金属材料如Cu、Al，虽然热导率高达398W/(m•k)，但是其热膨胀系数与Si等半导体材料相差太大，很容易引起芯片和散热基片的炸裂或某些焊点、焊缝的开裂，从而导致电子器件失效；因此需要添加具有低膨胀系数的陶瓷颗粒来降低金属的热膨胀系数。在众多陶瓷增强体中，金刚石在常温下热导率为 600~2200 W/(m•k)，热膨胀系数约为 0.8×10^-6/K。而且，铜的热导率高、价格低、容易加工。因此，金刚石/铜复合材料是一种十分具有潜力的理想电子封装材料。但是金刚石与金属铜的化学亲和性差，难以被浸润，需要对金刚石进行表面金属化处理。目前，国内外的研究人员为了增强金刚石与金属基体的结合力，通常在金刚石颗粒表面镀覆金属来降低其与基体的界面能，并通过镀层金属与结合剂或基体形成稳定的化学冶金结合，以达到改善界面结合的目的。常见的镀覆方法有物理法、化学法和盐浴法。

近年来，主要采用高温高压法、压力熔渗法和放电等离子体烧结的方法制备金刚石/铜复合材料。高温高压法和压力熔渗法虽然可以制备出高导热的金刚石/铜复合材料，但是在制备过程中要求极高的真空度及超高的压力，对设备要求极高，制造成本昂贵，限制了金刚石复合材料的广泛应用。

授权公告号为CN 104651658 B的专利文献中公开了在Ar-H₂混合气氛中使用三氧化钨镀钨的方法。其镀钨方法缺点在于三氧化钨在超过850℃后会变成气态，会出现三氧化钨蒸汽浓度太大，与金刚石反应剧烈而导致金刚石表面侵蚀严重，会导致铜镀层脱落。

申请公布号为CN 104046833 A的专利文献中公开了采用盐浴镀钨的方法，气氛为空气。其镀钨方法缺点在于金刚石在空气中大约800℃左右开始石墨化；冷却后从混合物分离出金刚石的工艺繁琐，金刚石与残渣的分离难度大，而且如果氯化物未处理完全后所制备的金刚石/铜复合材料有可能会受潮分解。上述专利文献中还公开了烧结方式采用无压熔渗的方法，其烧结方法缺点在于要先制备金刚石预制坯后，再进行金刚石铜复合材料的制备，工艺复杂，制备周期长，而且其预制坯过程添加的粘接剂也可能对所制备的复合材料的性能产生不良影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种高导热的金刚石/铜复合材料的制备方法，已解决现有制备方法存在的金刚石和铜基体的结合强度不高，对金刚石的保护作用不高，镀钨后的金刚石分离难度大，工艺复杂且繁琐，制备周期长，产品性能不稳定的问题。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种高导热的金刚石/铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：