[发明专利]大尺寸薄片状金刚石/金属复合材料的制备方法

说明书

大尺寸薄片状金刚石/金属复合材料的制备方法，涉及一种金刚石/金属复合材料的制备方法。目的是解决薄片状金刚石/金属复合材料制备时易损坏和制备效率低的问题。制备方法：制备复合材料热膨胀试样并测试热膨胀系数，选取模具，要求模具的热膨胀系数高于复合材料，模具型腔的尺寸精度和表面粗糙度分别优于设计的复合材料，在模具型腔中填充金刚石颗粒，采用提拉式真空压力浸渗方法浸渗。本发明可以实现0.2～0.4mm厚大尺寸薄片金刚石/金属复合材料的精密成型，所得薄板厚度尺寸精度0.02mm以内，表面粗糙度不大于1.6μm。本发明适用于大尺寸薄片状金刚石/金属复合材料的制备。

技术领域

本发明涉及一种金刚石/金属复合材料的制备方法。

背景技术

第三年代GaN芯片和大功率电子器件随着功率和功率密度的不断提高，对热沉材料的热物性能提出了越来越高的要求。第二代热沉材料Mo/Cu、W/Cu系列热导率180～220W/(m·K)，热膨胀系数与基板差异大，难以满足高散热和高可靠性要求；第三代热沉材料SiC/Al、Si/Al系列较第二代热膨胀系数与基板更匹配，但热导率并没有太大提升；第四代热沉材料金刚石/金属复合材料与现用材料相比，在导热和热膨胀系数与基板匹配方面有巨大的性能优势，可以有效缓解芯片级的温升，提高可靠性。然而由于金刚石颗粒的超强硬度和耐磨性，及金刚石/金属界面结合相对薄弱，无法用常规机械加工的方法实现金刚石/金属复合材料由块体到薄片的制造，目前只有材料制备一体化成型的技术方案可行；

专利CN106756373B、CN107760951B、CN107739948B、CN107855533A介绍了有凸台、孔槽复杂形状金刚石/铝和金刚石/铜复合材料构件的近净成形方法，专利CN103589895A、CN108179302B、CN108251733A介绍了厚度0.5～3mm金刚石/铜复合材料薄片的制备方法，上述专利均无法实现厚度为0.5mm以下的金刚石/金属复合材料薄片的制备。然而，金刚石/金属复合材料实际应用于大功率芯片热沉和次热沉场景时往往需要0.5mm以下的薄片。现有的金刚石/金属复合材料薄片制备时，模具与复合材料热膨胀系数不匹配，冷却过程中模具阻碍复合材料收缩，给复合材料带来拉应力，而复合材料薄片本身强度和刚度极低，因此在拉应力金刚石/金属复合材料薄片易损坏，随着复合材料薄片尺寸的增大和厚度的减小，制备难度会进一步增加。

同时，现有工艺制备所得金刚石/金属复合材料薄片厚度精度和表面粗糙度往往难以直接满足使用要求，需要花费大量时间机械或手工研磨，例如专利CN106670897A方法制备的金刚石/铜复合材料的表面需经2道粗磨加工才能使得复合材料表面粗糙度小于2微米。

发明内容

本发明为了解决现有的薄片状金刚石/金属复合材料制备时易损坏和制备效率低的问题，提出一种大尺寸薄片状金刚石/金属复合材料的制备方法。

本发明大尺寸薄片状金刚石/金属复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、采用气压浸渗法制备金刚石/金属复合材料热膨胀试样并测试热膨胀系数；

二、选取成型模具，要求成型模具的热膨胀系数高于步骤一所得热膨胀系数5～20％，成型模具型腔的尺寸精度和表面粗糙度分别优于复合材料的设计尺寸精度和设计表面粗糙度10％～20％，成型模具上设置有浸渗通道；

三、在成型模具型腔中填充与步骤一相同的金刚石颗粒，成型模具型腔中金刚石颗粒的比例与步骤一热膨胀试样中金刚石颗粒的比例相同，用超声震动对金刚石颗粒进行震实，备用；

四、采用提拉式真空压力浸渗方法浸渗，得到厚度为0.2～0.4mm、最小边长为50mm～150mm的复合材料薄片。

本发明有益效果：