[发明专利]一种包覆结构金属基金刚石复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种包覆结构金属基金刚石复合材料的制备方法，将金属粉与粘结剂进行混练、制粒得到金属粉末喂料；用恒温热压机将金属粉末喂料压制成0.1～0.5㎜厚的金属粉末薄片；采用丝印机在金属粉末薄片表面制备一层单元分布的胶水，将表面有涂层的金刚石颗粒固定在胶水上，得到金刚石单元分布的金属基金刚石复合胚体；将所述金属粉末薄片作为上下表层，所述金属基金刚石复合胚体作为中间层依次叠放制成初始胚；将所述初始胚进行脱脂、预烧结处理，冷却后取出得到预烧胚；将所述预烧胚进行高温压力烧结得到烧结坯；将所得烧结坯机械加工，表面抛光得到包覆结构金属基金刚石复合材料。

技术领域

本发明属于金刚石技术领域，具体涉及一种包覆结构金属基金刚石复合材料的制备方法。

背景技术

随着集成电路技术的发展，芯片的集成度越来越高，电路工作时产生的热流密度相应急剧增加，散热问题已成为芯片集成度继续提高的制约因素。高品质单晶金刚石的热导率不仅可达到2000W/mK，且还具有介电常数低、热膨胀系数低一系列优点等，在电子封装材料领域具有重要的应用前景。现有的金属基金刚石复合材料工艺很难保证大尺寸金刚石-金属基复合材料性能的均一性与稳定性。

目前制备金属基金刚石复合材料的方法主要有粉末烧结法与熔体浸渗法两种。粉末烧结法主要采用真空热压烧结法(VHPS)，为保证复合材料有较高的致密度和热导率，金刚石的体积分数一般选为50-55％。由于金刚石的体积分数较低，颗粒间难以搭桥，粉末烧结法所制备金属基金刚石复合材料的导热系数一般低于500W/(m·K)。熔体浸渗法包括压力浸渗(气压浸渗及机械挤压浸渗)和无压浸渗，由于熔融金属液在保护气体压力、机械挤压力或毛细管力的作用下渗入金刚石颗粒堆积体的间隙，铝液渗流后能有效填充金刚石颗粒的间隙，因此与粉末冶金法相比，熔体浸渗法所制备金刚石-Al复合材料的导热系数较高，但是样品制备所需时间一般长，制备效率很低，铝液的高压渗入会使颗粒堆积体位移和松动。

金属基金刚石复合材料要实现在电子元器件中的应用，不仅要满足高热导、低热膨胀的要求，还要满足表面极高光洁度的要求，以确保焊接层的热阻小(焊层薄、无缺陷)、热疲劳寿命高。由于金刚石是自然界中硬度最高的材料，因而无法用传统的机械加工方法将复合材料表面的浮凸磨平。专利CN102149655A中通过压力熔渗向放置了金刚石预制件的模具中浸入铝合金液，预制件放置时与模具槽前后面留有一定间隙，因而可在铝基金刚石复合材料上下表面形成铝合金层，通过对复合材料表面进行加工，可降低复合材料的表面粗糙度。但该种方法需要制备金刚石预制件，不仅工艺复杂，粘结剂的添加还会在金刚石颗粒间引入热阻，难以形成快速传热通道，限制了复合材料热导率的提高，不便批量产出。

制备易加工的金属基金刚石导热复合材料的难点主要在于：高导热金刚石-金属复合材料的加工是阻碍该复合材料产业化应用的重要因素，相对高昂的加工成本严重制约了该复合材料的商业化进程。而随着单晶金刚石的生产成本不断降低，金刚石的尺寸和品质不断升高，金属基金刚石复合材料的制造成本也不断降低，唯一需要克服的是金刚石复合材料的难加工特性。因此，本领域急需开发一种易加工、高均匀分散性的高导热金刚石导热复合材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种包覆结构金属基金刚石复合材料的制备方法，在保证所得金属基金刚石复合材料的高导热性、高均匀分散性外，同时还能保证六个表面的易加工性，且具有很高的光洁度。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种包覆结构金属基金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将金属粉与粘结剂进行混练、制粒得到金属粉末喂料；

2)用恒温热压机将金属粉末喂料压制成0.1～0.5㎜厚的金属粉末薄片；

3)采用丝印机在金属粉末薄片表面制备一层单元分布的胶水，将表面有涂层的金刚石颗粒固定在胶水上，得到金刚石单元分布的金属基金刚石复合胚体；将所述金属粉末薄片作为上下表层，所述金属基金刚石复合胚体作为中间层依次叠放制成初始胚；