[发明专利]多质点陶瓷/金属复合材料散热基板及制备方法

权利要求书

1.一种多质点陶瓷/金属复合材料散热基板，其特征在于：散热基板由多个陶瓷与金属复合而成的陶瓷/金属复合材料、绝缘层及电路层构成；每个陶瓷与金属复合部分为该陶瓷/金属复合材料中的一个质点；质点的总面积占陶瓷/金属复合材料总面积的比例为10%---80%。

2.按照权利要求1所述的多质点陶瓷/金属复合材料散热基板，其特征在于：所述陶瓷为SiC、Si₃N₄、AlN、Al₂O₃、TiC、TiB₂、或B₄C陶瓷，优选导热率高、膨胀系数小的SiC、SiN、或AlN陶瓷。

3.按照权利要求1所述的多质点陶瓷/金属复合材料散热基板，其特征在于：所述陶瓷形状与其接触的功率芯片或器件的传导热流横截面相近，尺寸不小于传导热流横截面尺寸。

4.按照权利要求1所述的多质点陶瓷/金属复合材料散热基板，其特征在于：所述陶瓷为致密陶瓷、或具有三维连通孔隙结构特征的、孔隙率30%-80%的多孔陶瓷，或泡沫陶瓷；所述多孔陶瓷平均孔径尺寸1mm-500mm的多孔陶瓷，或平均孔径尺寸0.1mm--5mm的泡沫陶瓷；所述泡沫陶瓷，在泡沫陶瓷网孔内充填平均粒度为0.1mm-100mm的 SiC、Si₃N₄、AlN、Al₂O₃、TiC、TiB₂或B₄C陶瓷粉体。

5.根据权利要求1所述的多质点陶瓷/金属复合材料散热基板，其特征在于：所述在水平方向上，质点陶瓷与金属直接结合，或者同时在水平方向和垂直于水平方向上，陶瓷与金属直接结合；陶瓷及其与金属复合部分与基板在同一水平面，或者凸出一部分。

6.按照权利要求1所述的多质点陶瓷/金属复合材料散热基板，其特征在于：所述金属是：纯铜、铜合金、纯铝及铝合金；铜合金是黄铜、白铜或青铜；铝合金是铝硅合金、铝镁硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锰合金、铝锌合金或铝锂合金。

7.按照权利要求1所述的多质点陶瓷/金属复合材料散热基板，其特征在于：所述绝缘层为聚合物或添加陶瓷颗粒的聚合物、氧化铝、氮化铝、导热玻璃、搪瓷。

8.一种多质点陶瓷/金属复合材料散热基板的制备方法，其特征在于陶瓷/金属复合材料的制备包括以下工序：

金属熔炼

将金属材料放入中频感应熔炼炉或坩埚熔炼炉内熔炼，熔炼温度为600 °C—1500 °C，得金属熔液；

复合，复合方法为以下两种方法之一

A挤压铸造

首先将陶瓷放入箱式炉内预热，预热温度为300 °C - 900 °C；同时将复合模具预热至200 °C - 400 °C；然后将经过预热的陶瓷块放入复合模具中，同时将金属熔液浇注到模具中，加压充型；所加压力大于20MPa；加压时间大于5 s；保压时间大于5 s；

或B负压铸造

复合模具底面或侧面开孔，用钢管与真空室联结，中间安装蝶阀控制通断，钢管与模具连接处通水冷却，防止金属熔液进入蝶阀或真空室；真空室的真空度小于2000 Pa；首先将陶瓷块放入箱式炉内预热，预热温度为300 °C - 900 °C；同时将复合模具预热至200 °C - 400 °C；然后将经过预热陶瓷放入到复合模具中，同时利用坩埚将金属熔液浇注到模具中，打开蝶阀使陶瓷迅速形成真空，利用大气压力将金属熔液压到陶瓷网孔中；

金属化：

金属化材料采用SnAgCu系列、SnCu系列金属粉体或薄带，采用磁控溅射、化学气相沉积、金属熔覆或烧结方法实现，优选金属熔覆法，即：在质点表面，涂覆SnAgCu或SnCu系列金属粉体或薄带，而后加热至其熔点之上，使其在均匀分布在质点表面，冷却。

9.按照权利要求8所述的多质点陶瓷/金属复合材料散热基板的制备方法，其特征在于：所述的工序还可以为常压铸造、真空铸造和负压吸铸的方法，使熔融的金属与致密陶瓷结合形成陶瓷金属复合材料基板，或通过熔融金属进入多孔陶瓷中的三维连通网孔内，实现多孔陶瓷与金属复合，获得多质点陶瓷/金属复合材料。