[发明专利]金刚石-碳化硅基板及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种三维连续结构金刚石‑碳化硅基板的制备方法，包括如下步骤：将聚碳硅烷、硅粉、分散剂、粘结剂、塑化剂和溶剂混合后进行湿法球磨，制备流延浆料；将流延浆料进行流延成型，干燥，制备流延坯；在流延坯中通过化学气相渗透过程填充金刚石，制备三维连续结构金刚石‑碳化硅基板。通过以聚碳硅烷为陶瓷前驱体，流延成型法制备薄板状多孔碳化硅，化学气相渗透法在多孔碳化硅上沉积致密的金刚石，达到了致密化的目的。本发明中的三维连续结构金刚石‑碳化硅基板的制备方法，不仅克服了硅蒸汽渗透法导致的基体中大量硅残余与金刚石易石墨化的问题，还有利于提高复合材料热导率。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，特别是涉及一种金刚石-碳化硅基板及其制备方法与应用。

背景技术

随着电子工业的持续发展，电子及半导体器件的集成度越来越高，使得电子器件的功率密度也越来越大，发热量迅速攀升，散热能力已经成为制约器件工作效率和使用寿命的关键因素。早些年，人们通过合理的电路设计达到了较好的散热能力，但随着发热量的逐渐增大，通过电路设计的方法已无法满足散热要求。而且，电子封装基板在器件中除了承担了散热的任务，还要为各元器件提供足够的支撑，基板材料与半导体芯片之间的热膨胀系数不匹配将会导致基板材料在热应力的作用下疲劳失效。

金刚石颗粒增强金属基复合材料(金刚石/铝、金刚石/铜)因其低热膨胀系数，高热导等优异特性在电子封装领域得到广泛应用，但由于其密度大，导电率高等原因，不适宜作为电子封装基板材料。金刚石-碳化硅复合材料是一种高热导，低热膨胀，低密度，介电常数合适的陶瓷基复合材料，被认为是最具潜力的电子封装基板材料。传统的金刚石-碳化硅复合材料的制备是通过硅蒸汽渗透法在金刚石颗粒之间填充热导率较低的碳化硅和硅。然而，低热导率的碳化硅对复合材料的热导率有不利的影响，且硅蒸汽渗透法会导致基体中有大量硅残余以及金刚石易石墨化的问题。其次，传统方法制备得到的金刚石-碳化硅复合材料尺寸仅为10mm*10mm，无法满足需要更大尺寸的需求。此外，金刚石与碳化硅基体界面结合强度也是复合材料热导率的重要影响因素之一。

因此，开发一种金刚石-碳化硅复合材料的制备方法，以降低界面热阻以及低热导率碳化硅对复合材料热导率的影响，具有重要意义。

发明内容

基于此，本发明提供了一种金刚石-碳化硅基板的制备方法，该制备方法克服了硅蒸汽渗透法导致的基体中大量硅残余与金刚石易石墨化的问题，有效提高了复合材料的热导率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下。

一种金刚石-碳化硅基板的制备方法，包括如下步骤：

1)将聚碳硅烷、硅粉、分散剂、粘结剂、塑化剂和溶剂混合后进行湿法球磨，制备流延浆料，其中，所述聚碳硅烷与硅粉的质量比为100:(0～25)；

2)将所述流延浆料进行流延成型，干燥，制备流延坯；

3)在所述流延坯中通过化学气相渗透过程填充金刚石，制备金刚石-碳化硅基板。

在其中一些实施例中，所述金刚石-碳化硅基板的制备方法中，所述聚碳硅烷、分散剂、塑化剂和粘结剂的质量比为100:(2～10):(10～20):(10～20)。

在其中一些实施例中，所述金刚石-碳化硅基板的制备方法中，所述分散剂选自磷酸三乙酯和蓖麻油中的至少一种；及/或

所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；及/或

所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯；及/或

所述溶剂选自异丙醇、甲苯、乙醇、甲乙酮、乙酸乙酯、三氯乙烯和水中的至少两种。

在其中一些实施例中，所述金刚石-碳化硅基板的制备方法中，所述湿法球磨包括如下步骤：