[发明专利]一种集成热管功能的铜-金刚石电子封装材料的制备方法

说明书

一种集成热管功能的铜‑金刚石电子封装材料的制备方法，采用一体化熔渗方式制造铜‑金刚石/铜‑铬层状结构材料，选择性溶解去除铬组元，获得铜‑金刚石/多孔铜层状结构。将铜‑金刚石层作为热管管壳一端、多孔铜作为吸液芯可制造热管。具体方法包括：制备多孔铬或铬‑铜薄片，厚度0.2‑5mm；薄片在650‑1450℃的真空、还原或惰性气氛中烧结成形；烧结后的薄片表面堆积0.2‑5mm厚的金刚石颗粒，将纯铜熔液在0.1‑70MPa压力作用下渗入金刚石颗粒层和纯铬或铬铜薄片层，形成铜‑金刚石/铜‑铬层状复合材料；在强碱溶液溶解去除铬组元，形成一侧为铜‑金刚石、另一侧为多孔铜的铜‑金刚石/多孔铜层状结构。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域高导热材料的制备方法，特别涉及一种具有可集成热管功能的铜-金刚石电子封装材料的制备方法。

背景技术

微电子及半导体技术的发展对电子封装材料的导热能力提出了越来越高的要求。铜-金刚石具有与碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料相接近的热膨胀系数和极高的导热率，是新一代封装材料的代表，特别适用于大功率激光器、雷达以及航空航天领域的电子产品封装，在军用、民用电子封装领域具有广阔的应用前景。

然而，目前，随着微电子器件不断向小型化和高集成度发展，即使铜-金刚石这种最新一代的电子封装材料(热导率约500-600W/m·k)，仍然不能满足高功率器件对更高散热能力的发展需求。

热管是一种综合利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质的结构器件，可利用内部孔隙中存在的相变介质相变将发热物体的热量迅速传递到热源外，导热能力可达10000W/m·k以上，超过任何已知材料的导热能力。

热管的基本结构包括管壳、吸液芯和端盖。其中，吸液芯为毛细多孔材料构成、紧贴管壳内壁安装，将吸液芯中充满液体相变介质、管壳内抽成负压后与端盖密封形成热管。热管工作时一端受热使吸液芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量并凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环往复实现热量由热管的一端传至另—端的功能。

如果将铜-金刚石材料的一侧表面制造出毛细微孔结构，则可以实现在低热膨胀系数、高导热率的铜-金刚石电子封装材料表面封装制造出具有极高系统导热能力的热管结构，对于微电子器件的技术发展具有重要的科学意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在铜-金刚石封装材料一侧表面直接制备出毛细微孔结构的方法，从而可以将铜-金刚石这种高导热封装材料直接封装成具有极高散热能力的热管结构。

为了达到上述目的，本发明的技术原理如下：

首先采用一体化熔渗方式制造出铜-金刚石/铜-铬原位复合的层状结构材料，之后采用选相溶解的方法将铜-金刚石/铜-铬复合材料中的铬组元在强碱溶液中溶解去除、而铜相和金刚石相不被碱溶液侵蚀，获得铜-金刚石/多孔铜的原位复合层状结构。

以这种多孔铜/铜-金刚石层状结构的铜-金刚石侧作为热管管壳的一端、多孔铜侧作为热管的吸液芯，进行吸液和密封端盖后就可以制造出集成热管功能的铜-金刚石电子封装材料。

为了达到发明目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种集成热管功能的铜-金刚石电子封装材料的制造方法，包括以下步骤:

(1)采用粒度20-300μm的纯金属铬粉、或上述铬粉与粒度20-300μm、比例为0-50wt％金属铜粉的混合粉作为原料，将原料粉末在模具中松装振实成型或者在20-350MPa压力下冷压成片材成型，成型出的片材厚度为0.2-5mm；

(2)将冷成型后的薄片材在真空、氢还原气氛或氩气惰性气体保护环境下烧结成形，烧结温度范围为650-1450℃；