[发明专利]一种金刚石/铜复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金刚石/铜复合材料的制备方法，采用的振荡热压烧结方法，与无压熔渗法、放电等离子烧结法相比，具有能够制备出界面结合强度更高，热导率更高同时致密度更高的金刚石/铜复合材料。振荡压力相比于静态压力能够促进金刚石颗粒在烧结过程中发生颗粒重排现象，制备出的金刚石/铜复合材料中金刚石颗粒的分布更加均匀。

技术领域

本发明涉及吸附剂的技术领域，具体而言，涉及一种金刚石/铜复合材料及其制备方法。

背景技术

在微电子封装技术中，电子封装材料是非常重要的组成部分，其是一种具有良好电绝缘性的基体材料，是集成电路的密封体。自1995年起芯片制造技术从500nm逐代提升，时至今日5 nm制备工艺已经成熟并走向量产化，集成电路的热流密度也随之提高。在20世纪90年代时，集成电路的热流密度仅为20~30 W/cm²，到了2008年时集成电路的热流密度接近100 W/cm²，而目前集成电路的热流密度已经超过1000 W/cm²，局部热点的热流密度甚至可以达到30000 W/cm²。研究表明，半导体芯片的工作温度每升高2℃，集成电路的性能与使用寿命就下降10%。对于芯片行业而言，高性能散热材料已成为阻碍芯片材料整体性能提升的关键。目前常用的芯片散热材料包括铝合金以铜，金属铜的导热系数为400 W/m·K，而铝合金的导热系数仅为236 W/m·K难以满足高速发展的芯片的散热需求，亟需开发全新的具有高导热性能的散热材料。

高效的散热材料不仅仅需要高的热导率，同时也要求与基体材料具有一致的热膨胀系数，良好的密封性和可加工性，以及较小的密度，这便对新材料的开发提出了更高要求。金刚石在已知的自然界物质中拥有最高的导热能力，其导热系数高达2300 W/m·K。但是金刚石材料难加工成型的特性限制了其大规模的应用，所以将金刚石颗粒与高导热金属铜复合的方法来克服各自材料的缺点，获得高热导率、热膨胀系数可控、密度低的理想散热材料。

发明内容

本发明正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种金刚石/铜复合材料及其制备方法，本发明采用的振荡热压烧结方法，与无压熔渗法、放电等离子烧结法相比，具有能够制备出界面结合强度更高，热导率更高同时致密度更高的金刚石/铜复合材料。振荡压力相比于静态压力能够促进金刚石颗粒在烧结过程中发生颗粒重排现象，制备出的金刚石/铜复合材料中金刚石颗粒的分布更加均匀。

根据本发明实施例的第一个方面提出了一种金刚石/铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将清洗后的金刚石与钨粉按照1:3的质量比混合后，在真空下按照10-20℃‍/min的升温速率至900-1050℃加热2-8h，真空度大于10^-3Pa；降温后分离出平均粒度为120μm-150μm的镀钨金刚石；

将所述镀钨金刚石与铜粉进行球磨混合后，在真空下按照10℃/min的升温速率至800-1000℃并烧结30-90 min，真空度大于10^-3Pa；其中所述镀钨金刚石为总体积10%-60%；烧结后冷却即可。

在一些实施例中，所述烧结压力为20-40MPa振荡压力，所述振荡压力的波形为正弦波。

在一些实施例中，所述金刚石颗粒平均粒度为125-150μm，所述钨粉的平均粒度为45-50μm。

在一些实施例中，所述金刚石与所述钨粉混合加热的温度为1050℃。

在一些实施例中，所述振荡压力频率为0.5-10Hz。

在一些实施例中，所述铜粉的平均粒度为10μm。

在一些实施例中，所述球磨中球料比为1:1。

在一些实施例中，所述金刚石利用10wt%‍ NaOH溶液碱洗20-30min后再利用10wt%HCl溶液酸洗处理20-30min。