[发明专利]高导热铜基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高导热铜基复合材料及其制备方法，特别涉及一种高导热金刚石/铜(Diamond/Cu)复合材料及其制备方法，属于电子封装材料技术领域。

背景技术

现在电子封装器件日趋小型化和密集化，因此，如何提高电子封装材料的散热效率，增加各器件之间的热匹配是电子封装领域面临的一个问题。铜基复合材料可以采用低密度、高热导、低膨胀的无机材料作为增强体，与高密度、高热导、高膨胀的铜复合，制得的复合材料既具有金属特有的良好延展性与导电、导热性，又具有陶瓷的低膨胀、低密度性能，用于功率器件封装的底座、IC封装的外壳、热沉或散热基板及LED热沉或散热基板等。纯铜的热导率为401W/m·K，热膨胀系数为16.5×10^-6/K，金刚石颗粒的热导率为700-2000W/m·K，热膨胀系数1.2×10^-6-4.5×10^-6/K，因此两者通过复合可以制备出热膨胀系数小，热导率高的铜基复合材料。

此类铜基复合材料中铜和金刚石的润湿性较差，并且制备的材料难加工。专利US6727117利用流化床化学气相沉积或自身催化水法化学镀涂覆的方法，在金刚石颗粒表面涂覆一层Cr、一层W、一层Co、一层Cu，然后将涂覆的颗粒与干压粘接剂混合，在模具中压实，在压实上放一铜片，并进行加热，粘接剂受热蒸发、分解，金刚石颗粒烧结，铜片加热熔化后注入到金刚石颗粒中，冷却后制得复合材料。专利US6264882中也提到采用溅射镀膜法将碳化物形成元素(W、Zr、Re、Cr、Ti等)镀到金刚石颗粒表面，然后将金刚石颗粒在模具中压成多孔体，将铜片置于其上，压力熔渗。另外一种途径是直接将碳化物形成元素金属粉直接混入金刚石颗粒和基体金属中，然后烧结。比如专利JP2004175626提到将金刚石颗粒、铜粉、IVB或V B族元素粉末(如Ti、V等)混合。将混合粉末装入容器内压实，然后在真空或惰性气体下进行加压烧结。专利JP2004197153提到将金刚石颗粒同Ag、Cu、Au、Al、Mg、Zn中一种以上的金属粉末、IVB、VB和VIB族元素中一种以上的金属粉末混合，然后将混合粉末加压成型，再将Ag、Cu、Au、Al、Mg、Zn中一种以上的金属粉末加压成型，将其置于前者混合粉末成型体之上，在非氧化气氛下加热到基体金属的熔点以上，使熔融金属无负荷地熔渗到金刚石粒子间隙中。

因此综合现有电子封装材料专利发现碳化物形成元素的加入形式导致引入过多界面，或者界面结合不好，从而增加了材料的热阻。并且现有的制备方法很难制备出薄壁、结构复杂器件。为了使这种性能优异的铜基复合材料得到推广应用，既要考虑降低界面热阻，增加界面结合，又要综合考虑后续加工问题，因此，解决以上两个问题在制备Diamond/Cu复合材料中显得优为重要。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种高导热铜基复合材料，即一种Diamond/Cu复合材料。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种高导热铜基复合材料，其组成和含量(体积百分比)为：

50～80％的镀层金刚石颗粒，20～50％的铜。

所述镀层金刚石颗粒为磁控溅射镀CuCr、CuZr、CuW或CuB合金层的金刚石颗粒，所述镀层金刚石颗粒尺寸为1～120μm，所述镀层的厚度在0.01～3μm之间。

本发明的另一目的是提供一种高导热铜基复合材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高导热铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)预制件的注射成形工艺：

a、将镀层金刚石颗粒和粘结剂以1∶1至4∶1的体积比，在常温下混料0.5～1小时，得到混合粉末；

b、将所得混合粉末在注射成形机上制备出预制件坯体；

c、将所述预制件坯体在空气中自然风干；

d、将风干后的预制件坯体在700～900℃、空气或惰性气氛下进行脱脂，得到预制件；

(2)压力浸渗工艺：

a、将步骤(1)所得预制件放入石墨模具中，铜基体直接放在预制件上或者放入真空压力熔渗炉的中频感应炉中；

b、将装有预制件的石墨模具放入真空压力熔渗炉中，抽真空，同时升温；

c、真空压力熔渗炉真空度达到0.1～0.2Pa，温度升至1100～1200℃时开始原位压渗铜或将熔化的铜液从中频感应炉浇注到石墨模具中压渗铜；

d、炉冷，退模，得到高导热铜基复合材料。