CN103008669A - 一种金刚石/铝复合材料制备方法 - Google Patents

一种金刚石/铝复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子封装材料领域，涉及一种高导热金刚石/铝复合材料制备方法。将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层Cr或Mo或Si层，将包覆Cr或Mo或Si层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氩气或氢气保护下，350-800℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下保温30-480分钟，即可制得金刚石/铝复合材料。该发明工艺简洁易行，制备的复合材料性能优异。

Description

一种金刚石/铝复合材料制备方法
技术领域
本发明属于电子封装材料领域，涉及一种高导热、低膨胀的金刚石/铝复合材料制备方法。
背景技术
在微电子发展的今天，芯片的运算速度越来越快。微处理器及半导体器件在应用中时常由于温度过高而无法正常工作。散热问题成为电子信息产业发展的主要技术瓶颈。第一、二代电子封装材料的性能已不能满足目前的需求。
金刚石具有着良好的物理性能，其室温热导率为600～2200W/(m·K)，热膨胀系数0.8×10-6/K，且不存在各相异性。将金刚石与导热性能良好的铝相结合，在特定的工艺条件下可制备出导热性能良好的高性能热控复合材料。
中国发明专利申请公开说明书CN102534331A公开了一种高体积分数金刚石/铝导热功能复合材料的制备方法：在800-880℃下保温2-10小时的条件下制备金刚石/铝复合材料。该专利中所述制备方法较复杂，且在制备高体积分数金刚石颗粒预制体的过程中由于加入多种试剂，不可避免的会有多种杂质残留于金刚石颗粒表面，影响最终制备的复合材料性能。
发明内容
本发明正是基于上述现有技术存在的缺点，提供一种金刚石/铝复合材料的制备方法。本发明的技术解决方案是，选取粒径为50-330微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层2-20微米的Cr或Mo或Si层，将包覆Cr或Mo或Si层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氩气或氢气保护下，350-800℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下700-950℃保温30-480分钟，即可制得金刚石/铝复合材料。
本发明具有的优点和有益效果，该新型技术路线工艺简洁，同时由于采用物理气相沉积的方法沉积Cr或Mo或Si层，热压成预制体，省去了使用多种化学试剂反应制备预制体的过程，避免由于添加多种化学试剂残留杂质元素进而影响复合材料的界面微观结合性能下降。采用本方法最终制备出的金刚石/铝复合材料性能显著提高。
具体实施方式
实施事例1：
选取粒径为50微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层2微米的Mo层，将包覆Mo层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氢气保护下，350℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下950℃保温30分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率812W/(m·K)，线膨胀系数4.67×10-6/K。
实施事例2：
选取粒径为75微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层3微米的Mo层，将包覆Mo层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氢气保护下，750℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下900℃保温45分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率842W/(m·K)，线膨胀系数4.52×10-6/K。
实施事例3：
选取粒径为110微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层5微米的Cr层，将包覆Cr层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氩气保护下，800℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下930℃保温60分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率806W/(m·K)，线膨胀系数4.50×10-6/K。
实施事例4：
选取粒径为180微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层2微米的Si层，将包覆Si层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氩气保护下，800℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下950℃保温30分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率926W/(m·K)，线膨胀系数4.21×10-6/K。
实施事例5：
选取粒径为210微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层3微米的Cr层，将包覆Cr层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氢气保护下，350℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下910℃保温45分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率880W/(m·K)，线膨胀系数4.17×10-6/K。
实施事例6：
选取粒径为330微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层20微米的Cr层，将包覆Cr层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氢气保护下，500℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下700℃保温240分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率865W/(m·K)，线膨胀系数4.11×10-6/K。
实施事例7：
选取粒径为310微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层10微米的Mo层，将包覆Mo层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氢气保护下，600℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下750℃保温480分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率858W/(m·K)，线膨胀系数4.13×10-6/K。
实施事例8：
选取粒径为270微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层12微米的Mo层，将包覆Mo层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氢气保护下，700℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下810℃保温480分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率852W/(m·K)，线膨胀系数4.15×10-6/K。
实施事例9：
选取粒径为240微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层7微米的Si层，将包覆Si层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氩气保护下，450℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下860℃保温360分钟，即可制得金刚石/铝复合材料，热导率867W/(m·K)，线膨胀系数4.21×10-6/K。

Claims (1)

1.一种金刚石/铝复合材料的制备方法，其特征在于：
选取粒径为50-330微米MBD型人造金刚石颗粒，将金刚石颗粒表面物理气相沉积一层2-20微米的Cr或Mo或Si层，将包覆Cr或Mo或Si层的金刚石颗粒放置在热压炉中，在高纯氩气或氢气保护下，350-800℃热压形成预制体，将金刚石预制体体积的1.5倍的Al-Si合金放置在预制体上，其中，Si的质量含量为15%，然后放入加热炉中，在高纯氮气保护下700-950℃保温30-480分钟，即可制得金刚石/铝复合材料。
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