[发明专利]一种二维高导热石墨膜/铝复合材料的制备方法

说明书

一种二维高导热石墨膜/铝复合材料的制备方法，本发明涉及一种二维高导热石墨膜/铝复合材料的制备方法。本发明为了解决目前石墨膜/铝复合材料炉腔反应温度高、制备时间长以及石墨膜与铝基体界面反应严重的问题。本发明的制备方法为：一、预处理石墨膜与铝箔；二、制备预制体；三、放电等离子烧结方法气氛保护烧结。本发明采用等离子放电烧结的方法反应时间短，因此检测不出有Al₄C₃相生成，复合材料制备效率高，致密度高，可靠性高，热物理性能优异。本发明应用于电子封装基片领域。

技术领域

本发明涉及一种二维高导热石墨膜/铝复合材料的制备方法。

背景技术

半导体技术的更新换代日新月异，电子设备越来越朝着小型化、轻量化、高性能、多功能的方向发展。由于芯片的集成度迅速增加，集成电路上单位面积发热量越来越高，为了把热量发散出去，确保电子设备在使用过程中的安全可靠性，对封装材料的导热性能有了更高的要求。

石墨膜是一种新型的高导热材料，存在着独特的片层式结构，这种结构使其在石墨膜面内的具有极高的热导率，国内生产的石墨膜在面内方向的热导率最高可达到1900W/(m·K)，是热管理材料中的新星。石墨膜具有较高的石墨化程度、完美的晶体取向和较大的晶粒尺寸，作为增强体具有很优异的热物理性能，并且生产成本低，具有可加工性。将铝基体和石墨膜复合制备成为新型高导热复合材料是可行的方法。但石墨膜/铝复合材料制备方法有限，且测试方法单一。目前国内外的研究已经能够制备出石墨膜/铝复合材料，然后其加热温度过高，可达665℃，材料制备时间过长，进而导致了界面结合不理想，高温下发生碳热还原反应，生成易水解、降低热导率的Al₄C₃相的生成，极大的限制了这种材料的应用前景。目前的难点在于如何低温、快速地制备出致密度高、无界面反应的石墨膜/铝复合材料。

发明内容

本发明为了解决目前石墨膜/铝复合材料炉腔反应温度高、制备时间长以及石墨膜与铝基体界面反应严重的问题，提供了一种二维高导热石墨膜/铝复合材料的制备方法。

本发明一种二维高导热石墨膜/铝复合材料的制备方法按以下步骤进行：

一、预处理石墨膜与铝箔

去除石墨膜表面上的残余有机物，然后放入电热鼓风干燥箱烘干5～10min，烘干后擦去石墨膜表面上的无定形石墨粉，得到预处理的石墨膜；去除铝箔表面的氧化层，然后放入真空干燥箱烘干30～60min，得到预处理的铝箔；

二、制备预制体

将预处理的石墨膜和铝箔交叉层叠放置，得到预制块，然后装入石墨模具中，得到石墨膜铝箔预制体；其中，预制块中石墨膜的体积分数为30～80％；

三、放电等离子烧结方法气氛保护烧结

将步骤二得到的石墨膜铝箔预制体放入等离子放电烧结炉的石墨模具中，再将石墨模具置于等离子放电烧结炉的炉腔中，用上下石墨卡具将石墨模具放置好，将等离子放电烧结炉密闭并通入保护气氛，然后对预制体施加5～40MPa的压力并加热等离子放电烧结炉，在保护气氛下将石墨膜铝箔预制体预热到300～400℃；然后在5～10min内加热到570-630℃，再烧结5～20min，在等离子放电烧结炉的炉内温度自然冷却至室温后即得到致密的石墨膜/铝复合材料。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明以石墨膜为原材料，首先制备石墨膜铝箔预制体，然后通过等离子放电烧结的方法使石墨膜与铝箔之间复合，最终制成石墨膜/复合材料；由于采用等离子放电烧结的方法反应时间短(5～20min)，因此检测不出有Al₄C₃相生成，复合材料制备效率高，致密度高，可靠性高，热物理性能优异。