[发明专利]一种三维连续网络亲水硼掺杂金刚石散热体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维连续网络亲水硼掺杂金刚石散热体及其制备方法和应用，所述亲水硼掺杂金刚石散热体包括三维连续网络金属骨架、金刚石层、硼掺杂金刚石层，所述三维连续网络金属骨架表面设置金刚石层，金刚石层表面设置硼掺杂金刚石层；所述硼掺杂金刚石层中硼含量从下至上逐步增加；所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥；本发明先于三维连续网络金属骨架表面制备具有优异导热性能的金刚石膜层，然后再于金刚石膜层表面设置功能改性能硼掺杂金刚石层，且硼掺杂时进行梯度设置，与金刚石层接触的底层，采用微量硼掺杂，保持纯度，保证导热性，再逐步提高硼掺杂浓度，使顶层采用较高的硼含量，结合高温热处理，获得优异的亲水性。

技术领域

本发明公开了一种三维连续网络亲水硼掺杂金刚石散热体及其制备方法和应用，属于热管理设备技术领域。

背景技术

随着5G时代的到来，电子设备的小型化、智能化、轻量化导致电子及半导体器件的集成度不断增加，电子器件的热量密度迅猛增长。如果电子器件产生的热量得不到及时而有效的散发，将导致整个电子器件温度升高，甚至烧毁。因此，狭小空间内高热密度的热管理已成为当前高性能电子设备亟需解决的问题；VC散热器，它比金属或热管均温效果更好。可以使表面温度更均匀(热点减少)。其次，使用VC散热器可以让热源和设备之间直接接触，从而降低热阻，随着芯片功率密度的不断提升，VC散热器已经广泛应用在CPU、NP、ASIC等大功耗器件的散热上。

VC散热器中的核心即为其中的散热体材料，金刚石是自然界中导热性能最好的材料(室温可达2200W/mK)，同时其热膨胀系数和密度仅为0.86ppm/K和3.52g/cm3，与高导热金属复合后，可同时满足热管理材料所需的高导热、低膨胀、轻量化等要求。然而由于VC散热器中的散热体材料需要直接与冷却液相接触，而由于金刚石亲水性不足，导致无法充分发挥出其优异的导热性能，从而影响散热效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种孔隙结构合理、导热性能优异、散热面积广、亲水性好的三维网络亲水硼掺杂金刚石散热体及其制备方法和应用，将所述三维网络亲水硼掺杂金刚石散热体应用于VC散热器件，可极大限度地提升散热器的散热效率，有效提升电子产品的使用寿命及用户舒适度。

本发明一种三维连续网络亲水硼掺杂金刚石散热体，所述三维网络亲水硼掺杂金刚石散热体包括三维连续网络金属骨架、金刚石层、硼掺杂金刚石层，所述三维连续网络金属骨架表面设置金刚石层，金刚石层表面设置硼掺杂金刚石层。

本发明一种三维连续网络亲水硼掺杂金刚石散热体，所述泡沫金属金属骨架在硼掺杂金刚石散热体中的体积分数为20-60vol％。

本发明一种三维连续网络亲水硼掺杂金刚石散热体，所述金刚石层的厚度为10-100μm；所述硼掺杂金刚石层的厚度为0.01-2μm。

为了改善金刚石的亲水性，本发明在金刚石层的表面设置一层硼掺杂金刚石层，其中硼掺杂金刚石层作为改性层，厚度远小于金刚石层，因此几乎不会影响到金刚石本身的导热性能。

本发明一种三维连续网络亲水硼掺杂金刚石散热体，所述硼掺杂金刚石层中硼含量从下至上逐步增加。

本发明一种三维连续网络亲水硼掺杂金刚石散热体，所述硼掺杂金刚层，由下至上，依次包括硼含量梯度增加的硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石中层、硼掺杂金刚石顶层；所述硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为2000-15000ppm；优选为3333-10000ppm，所述硼掺杂金刚石中层中，按原子比计，B/C为12000-30000ppm；优选为13333-20000ppm，所述硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为23333-50000ppm，优选为25000-33333ppm。

本发明中在金刚石表面进行原位掺硼，逐步递增掺硼浓度，改善金刚石润湿性的同时，保持金刚石的髙热导率，极大的提高VC散热器的散热效率。