[发明专利]一种自支撑金刚石膜/Cu复合热沉材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自支撑金刚石膜/Cu复合热沉材料及其制备方法。一种自支撑金刚石膜/Cu复合热沉材料，其包括自支撑金刚石膜、Cu基体和位于自支撑金刚石膜和Cu基体之间的复合层；该复合层具有三层结构，该复合层包括与自支撑金刚石膜相邻的Ag‑Cu‑Ti箔层、中间W箔层和与Cu基体相邻的Cu‑TiHsubgt;2/subgt;层。本发明的一种自支撑金刚石膜/Cu复合热沉材料采用“三明治”式三层复合结构作为自支撑金刚石膜和Cu基体之间的复合层，该复合层均匀致密，采用该复合层结合后得到的自支撑金刚石膜/Cu复合热沉材料界面结合良好，无裂纹等缺陷，且制得的金刚石膜/Cu复合热沉材料的界面结合强度较高。本发明的一种自支撑金刚石膜/Cu复合热沉材料的制备方法简单，易于操作，制备过程成本较低。

技术领域

本发明涉及电子封装材料领域，尤其是，本发明涉及一种自支撑金刚石膜/Cu复合热沉材料及其制备方法。

背景技术

金刚石由于具有高耐热冲击性、高耐化学腐蚀性、高抗辐射能力、高硬度、高耐磨损、高热导以及低摩擦系数等优点，在切削刀具、航空航天、电子和光学等领域有着广泛应用。为了充分利用金刚石膜的优异性能，在许多应用场合往往需要将金刚石与金属材料进行复合。由于铜（Cu）具有优良的导电性、导热性和延展性等优点，将自支撑金刚石膜与铜进行复合在电子封装领域有着重要应用。然而，由于自支撑金刚石膜与铜的热膨胀系数差异过大，导致复合热沉材料中会产生较大残余热应力，从而导致自支撑金刚石膜与铜复合后产生裂纹。

为了克服金刚石与金属材料复合过程中因膨胀系数差异大产生的缺陷，目前已有很多关于这方面的研究，如中国专利CN202011039883.9公开了一种热膨胀系数梯度分布的复合热沉材料及其制备方法，该发明采用制备不同体积含量的金刚石预制体、熔渗、冷却脱模的方法，制备出由金刚石体积含量不同的第一金刚石/金属复合层、第二金刚石/金属复合层、金属散热层三个部分组成的热膨胀系数梯度分布的复合热沉材料，且三者之间由金属相连、一体成型。该发明实现了热膨胀系数在散热路径方向上的梯度分布，简化了封装结构和工艺，避免了热沉和散热器之间的热应力问题，从而提升了功率半导体器件的散热能力、可靠性和质量稳定性。中国专利CN201510660439.1公开了一种片状金刚石增强金属基复合材料及制备方法，所述的复合材料是在基体金属中设置有金刚石薄片，金刚石薄片与基体金属为冶金结合；其制备方法，是采用熔铸、熔渗、冷压烧结、热压烧结、等离子烧结中的一种工艺，将基体金属或包含表面改性金刚石颗粒的基体金属与金刚石薄片复合，得到金刚石薄片与基体金属冶金结合的片状金刚石增强金属基复合材料。该发明通过金属基体中分布片状金刚石骨架，并在金属基体中添加一定量的金刚石颗粒，金刚石薄片采用底层金属膜与面层金属膜之间夹装石墨烯层的三明治构成进行表面改性，使该复合材料具有优异的导热性能，该复合材料可用作电子封装和热沉材料等，解决了高温、高频、大功率电子器件的封装问题。此外，中国专利CN201510037466.3公开了一种高热导率金刚石/Cu电子封装复合材料的制备方法，属于金属基复合材料和电子封装材料领域。该方法首先采用粉末覆盖燃烧法对金刚石表面镀Mo，然后采用气体压渗法制备金刚石/铜复合材料。镀覆层从内向外，内层是Mo₂C层，该层强固地附着在金刚石表面上；外层为Mo层，该层的形成，使金刚石表面具有金属特性。由于压力熔渗在真空中进行，压力下凝固，复合材料中无气孔、疏松、缩孔等缺陷，组织致密。该发明制备的金刚石/Cu电子封装复合材料的热导率高达837 W/(m·K)。

然而，上述现有技术公开的制备金刚石/金属复合材料的制备工艺都比较复杂，操作不便，制备过程成本较高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，针对自支撑金刚石膜与铜（Cu）的复合需求，本发明的目的在于提供一种自支撑金刚石膜/Cu复合热沉材料及其制备方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：