[发明专利]一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法，属于电子封装技术领域。由石墨烯和金刚石颗粒增强的铜基复合材料，增强体由金刚石和石墨烯组成，基体为铜或铜合金。首先石墨烯与粘结剂混合均匀，之后加入金刚石颗粒混合，采用冷压工艺压制，脱模，烘干，制得石墨烯和金刚石混合物的预制件，采用压力浸渗工艺或无压浸渗工艺将熔融的铜或铜合金浸渗入制得的预制件中，冷却，脱模后制得石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料。本发明使石墨烯均匀粘附在金刚石颗粒表面，解决两相难混合均匀的问题；同时实现了金刚石与铜基体和石墨烯与铜基体的界面结合。本发明的材料可广泛应用于大功率半导体激光器、微波功率电子等电子封装器件。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法，属于电子封装技术领域。

背景技术

随着GaN为代表的第三代宽禁带半导体芯片的快速发展，电子器件的热密度越来越高，对电子封装材料提出了更高的散热需求，作为新一代散热材料金刚石/铜复合材料可以满足GaN芯片的需要，已有中国专利ZL200710178844.5公布了金刚石/铜的材料性能及制备方法。为了获得更高的热导率材料，在现有金刚石/铜复合材料中添加更高导热的材料元素。

单层石墨烯的导热系数可达5300W/mK，甚至有研究表明其导热系数高达6600W/mK。优异的导热性能使得石墨烯有望成为大功率集成电路的散热材料。将导热性能优异的石墨烯添加入金刚石/铜复合材料可以进一步提高金刚石/铜材料的热导率。

在石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料中，金刚石为颗粒状材料，石墨烯为片状颗粒，两者形状差异大，在材料制备过程中需要解决两相分散均匀性，同时需解决石墨烯与铜的界面结合问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法，制备由石墨烯和金刚石增强的铜基复合材料，在现有的金刚石/铜复合材料中添加高导热的石墨烯，进一步增强复合材料的热导率，满足大功率器件的高密度散热需求。

一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料，即为一种由石墨烯和金刚石颗粒增强的铜基复合材料，增强体由金刚石和石墨烯组成，基体为铜合金。

优选的，复合材料中，由金刚石和石墨烯组成的增强体占复合材料体积的50％-75％，其中石墨烯占复合材料体积的0.1-0.6％。

一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨烯与粘结剂混合均匀，然后加入金刚石颗粒混合；

2)采用冷压工艺压制，脱模，烘干，制得石墨烯和金刚石混合物的预制件；

3)将熔融的铜或铜合金浸渗入步骤2)制得的预制件中；

4)冷却，脱模后制得石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料。

步骤1)中，优选的，金刚石颗粒尺寸在10-100μm，石墨烯的尺寸为10-50μm。

所述的粘结剂为石蜡基粘结剂或磷酸盐粘结剂。石墨烯与粘结剂的混合物中，石墨烯的体积百分数为0.3％-0.6％；粘结剂与金刚石的体积比为25％-50％。

步骤2)中，所述冷压的压力为50-80MPa，保压时间为2-5min；所述烘干的温度为80-120℃，烘干时间为2-3h。

步骤3)中，所述浸渗过程采用压力浸渗工艺或无压浸渗工艺。

本发明的有益效果：本发明采用已知工艺制备石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料，先将石墨烯表面粘附粘结剂，然后与金刚石颗粒进一步混合，可以使石墨烯均匀粘附在金刚石颗粒表面，解决两相难混合均匀的问题；已知制备工艺同时实现了金刚石与铜基体和石墨烯与铜基体的界面结合。本发明制备的材料可广泛应用于大功率半导体激光器、微波功率电子等电子封装器件。