[实用新型]一种简易熔渗装置

说明书

本实用新型公开了一种简易熔渗装置，该装置由模具、镀覆薄膜的金刚石颗粒、基体金属、盖板、重物组成，其中镀覆薄膜的金刚石颗粒均匀放置在模具内，镀覆薄膜的金刚石颗粒上方依次放置基体金属、盖板、重物；其中金属基体为铜、铜合金、铝、铝合金、银、银合金中的一种；采用该简易熔渗装置所制得的金刚石/金属复合材料导热性能更好、膨胀系数更低且金刚石分布更加均匀；设备投资更小、工艺更加简单，单批次制备的金刚石/金属复合材料厚度更大，成本更低。

技术领域

本实用新型涉及一种简易熔渗装置，利用该简易熔渗装置可制备低膨胀系数金刚石/金属复合材料，属于金属基复合材料技术领域。

背景技术

金刚石/金属复合材料，即金刚石颗粒增强金属基复合材料（主要指金刚石/铜、金刚石/铝、金刚石/银）由于采用了热导率较高的金刚石作为增强相，因此此类材料的热导率远远高于目前广泛使用的第二、第三代封装材料，并且热膨胀系数与半导体芯片材料匹配，是一种极具潜力的第四代电子封装材料。

目前金刚石/金属复合材料的制备方法主要有三种，即高温高压法、熔渗法、固态烧结法。三种方法中，熔渗法由于是在铜、铝、银熔化状态下渗透进入多孔金刚石预制体（也称骨架）中，因此该方法制得的金刚石/铜、金刚石/铝、金刚石/银材料致密度比固态烧结法高，同时相比于高温高压法更具有成本优势。目前的熔渗法制备金刚石/金属复合材料，一般是将一定粒度的金刚石与一定量的粘接剂、造孔剂、塑化剂混合，再在脱脂炉中进行脱脂得到多孔金刚石预制体，再将预制体放入熔渗炉中将熔化状态的基体金属渗入预制体中得到金刚石/金属复合材料。

但是，目前的金刚石/金属复合材料一般的金刚石体积分数为50%~65%，所制得的金刚石/金属复合材料的热膨胀系数在5.8~7.5×10^-6/K范围，而相对于Si、GaAs、GaN、InP、SiC、Ga₂O₃等半导体材料和AlN、Al₂O₃、Si₃N₄等陶瓷基板材料的热膨胀系数而言明显偏高，对半导体器件的可靠性带来不利影响。而目前的熔渗炉结构相对复杂，且需要单独的脱脂设备，设备造价高也是限制此类材料成本进一步下降的原因之一。

发明内容

本实用新型的目的是解决目前金刚石/金属复合材料热膨胀系数偏高的问题，从而降低其与半导体芯片材料或陶瓷基板材料之间的热应力，同时提出一种简易熔渗装置，实现利用常见设备即可实现低膨胀系数、高均匀性的金刚石/金属复合材料高效率制备的目的。

本实用新型具体是通过如下的技术方案实现的：一种简易熔渗装置由模具（1）、镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）、基体金属（3）、盖板（4）、重物（5）组成，其中镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）均匀放置在模具（1）内，镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）上方依次放置基体金属（3）、盖板（4）、重物（5）。

所述模具（1）和盖板（4）为石墨、SiC、BN、Al₂O₃、ZrO₂中的一种制成；模具（1）为无盖桶形、无盖皿形或无盖箱形，盖板（4）的形状为板状，尺寸略小于模具内形。

所述镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）为表面镀覆有厚度为1~1000nm的Ti、Cr、W、Zr、B、Si、Mo、Nb、V、RE中的一种薄膜的粒径为10~500μm的金刚石颗粒，其中RE代表稀土金属。

所述基体金属（3）为铜、铜合金、铝、铝合金、银、银合金中的一种。

所述重物（5）为钨钢、低碳钢、合金钢、铸铁中的一种，重量大于模具中基体金属的重量，横截面尺寸小于模具内腔尺寸。