[发明专利]含金刚石的复合散热材料及其制备方法

说明书

本发明为一种含金刚石的复合散热材料及其制备方法，属于散热技术领域。本发明复合散热材料包括均布有孔柱阵列的金属块体，孔柱内均穿插有长条型金刚石，金属块体的上表面上依次设置有金属层和金刚石膜层，并且长条型金刚石的顶部与金刚石膜层的上表面平齐。本发明复合散热材料首先在热源接触面全是金刚石，能够快速传导热量，防止散热材料表面温度较高，影响电子器件的性能；其次，长条型金刚石与金属的接触表面积大幅减少，有效降低了界面热阻对散热性能的破坏；再次，金刚石膜层与长条型金刚石阵列相连接，形成连续的高效散热通道，使热量以更快的速度传递出去，能有效降低散热材料的膨胀变形及使用寿命降低。

技术领域

本发明涉及复合散热技术领域，具体是一种含金刚石的复合散热材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，现代电子和光电器件日趋小型化、高度集成化和高功率化。由于在使用过程中会产生大量的热量，造成器件温度大幅升高，严重时会影响器件的可靠性和使用寿命。如何在狭小的空间内把热量传递给冷却系统成为热管理材料行业关注的重点和热点。

金刚石靠声子传热，是室温下热导率最高的材料，最高可达20W/（cm·K），为铜的5倍，氮化铝的6倍，氧化铍热导率的7倍多。同时，金刚石的热膨胀系数极低，室温下为1.0×10^-6K^-1，可以在快速传导热量的同时不产生大的变形量。此外，金刚石的电阻率为10¹⁶ Ω·cm，是优良的绝缘材料。因此，金刚石是非常理想的散热材料。

由于尺寸较小且价格高，天然金刚石与高温高压法生产的金刚石，一般很少作为热管理材料使用。将高温高压法或爆炸法生产的金刚石粉/颗粒与铜、铝制备成的金刚石/Cu或金刚石/Al复合材料，具有较高的强度和韧性，能够通过改变金刚石粉的含量调整热导率。但是，为方便成型，金刚石粉的所占的体积百分比需要控制在一定的范围，同时由于界面热阻的存在，制备的金刚石/Cu或金刚石/Al复合材料的热导率一般只能达到400-600W/（m·K），目前这种材料已经无法满足许多高功率器件的使用要求。化学气相沉积（CVD）法制备的多晶金刚石膜具有较高的热导率，但是断裂强度较低，为避免受热应力影响而断裂，作为散热材料时一般需要有较高的厚度，同时由于金刚石硬度高，加工研磨抛光难度大，使得散热材料的成本进一步增高。因此，为了解决现代高功率小型电子和光电器件的散热问题急需设计研发低成本的且具有良好散热性能的散热材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种新型的含金刚石的复合散热材料及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种含金刚石的复合散热材料，包括具有良好散热性能的金属块体，金属块体上均布有呈竖直方向设置且贯穿金属块体上下的孔柱阵列；孔柱阵列的每个孔柱内均穿插有长条型金刚石，长条型金刚石的顶部超出金属块体的上表面、底部与金属块体的下表面平齐；金属块体的上表面上错开长条型金刚石的部分设置有金属层，金属层的上表面上错开长条型金刚石的部分设置有金刚石膜层，并且长条型金刚石的顶部与金刚石膜层的上表面平齐。

作为优选的技术方案，具有良好散热性能的金属块体的材质为Cu、W中的一种或任意比例混合的两种。

作为优选的技术方案，长条型金刚石采用多晶金刚石膜或单晶金刚石作为原材料。。

作为优选的技术方案，长条型金刚石经过金属化处理或未经过金属化处理。

作为优选的技术方案，孔柱阵列的每个孔柱的截面形状为圆形、矩形、菱形或其它规则或不规则形状。

作为优选的技术方案，金属块体上的每个孔柱内穿插的长条型金刚石的个数为一根或几根。

作为优选的技术方案，金属层的材质为与金属块体及金刚石具有较好相容性的材料。