CN105506355B - 一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105506355B
CN105506355B CN201510994306.8A CN201510994306A CN105506355B CN 105506355 B CN105506355 B CN 105506355B CN 201510994306 A CN201510994306 A CN 201510994306A CN 105506355 B CN105506355 B CN 105506355B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diamond
copper
fine grained
preparation
coarse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510994306.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105506355A (zh
Inventor
张习敏
郭宏
范叶明
韩媛媛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals filed Critical Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority to CN201510994306.8A priority Critical patent/CN105506355B/zh
Publication of CN105506355A publication Critical patent/CN105506355A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105506355B publication Critical patent/CN105506355B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法。首先粗颗粒金刚石和细颗粒金刚石分别与粘结剂混合；在金属模具中依次平铺一定厚度的细颗粒金刚石‑粗颗粒金刚石‑细颗粒金刚石，采用冷压工艺压制，脱模，烘干后制得梯度金刚石预制件；然后将熔融的铜或铜合金浸渗入预制件中，冷却、脱模后制得金刚石/铜梯度复合材料。本发明既可以保留粗颗粒金刚石制备复合材料的高导热性能，也可以降低由于制品与芯片接触表面粗糙度过高导致的热阻，充分发挥材料的优异性能，且工艺过程简单，所制备的金刚石/铜梯度复合材料可广泛应用于半导体激光器、微波功率电子等电子封装器件。

Description

一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于热管理材料技术领域，特别涉及一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法。
背景技术
金刚石/铜复合材料因其具有高导热、低膨胀及物理性能可调节等优异的综合性能，成为满足半导体激光器、微波功率电子等电子封装器件散热的重要候选材料。专利ZL200710178844.5中介绍了高导热金刚石/铜复合材料及其制备方法，在金刚石/铜复合材料的研究中发现，随着金刚石颗粒尺寸的增大，复合材料的热导率增大，但是复合材料制品的表面粗糙度偏高，而金刚石颗粒尺寸减小后，表面粗糙度虽明显降低，热导率却也有所降低。在金刚石/铜复合材料的热沉应用过程，即要求保证热沉的高导热性能，同时希望热沉的表面质量达到Ra 0.5μm以下，如果采用150μm的金刚石制备的复合材料热导性能可以达到550W/mK以上，但是制品表面Ra仅能达到1μm，与芯片连接时由于粗糙度过高影响材料性能的发挥。有人为了改善降低表面粗糙度，在金刚石/铜复合材料表面镀覆(如镍、铜等)或喷涂(如铜)金属层的方法，对金属层再抛光，通过这种工艺金刚石/铜复合材料的表面粗糙度大大减低，但是工艺复杂，难以保证器件的尺寸精度，且不同金属层的界面结合力不同，后续应用过程中容易出现气泡、鼓包的问题。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法。
一种金刚石/铜梯度复合材料，其是由细颗粒金刚石/铜复合层-粗颗粒金刚石/铜复合层-细颗粒金刚石/铜复合层构成的金刚石/铜梯度复合材料，所述细颗粒金刚石的尺寸小于100μm，粗颗粒金刚石的尺寸为500～100μm。
所述细颗粒金刚石/铜复合层的厚度为0.5-1mm，粗颗粒金刚石/铜复合材料层的厚度根据制品所需厚度调整。
一种金刚石/铜梯度复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)粗颗粒金刚石和细颗粒金刚石分别与粘结剂混合；
2)按照细颗粒金刚石-粗颗粒金刚石-细颗粒金刚石的顺序，将步骤1)处理后的粗颗粒金刚石和细颗粒金刚石依次平铺在金属模具中，采用冷压工艺压制，脱模，烘干，制得梯度金刚石预制件；
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，脱模后制得金刚石/铜梯度复合材料。
步骤1)中所述的粘结剂为石蜡基粘结剂或磷酸盐粘结剂。
步骤2)中所述细颗粒金刚石层的厚度为0.5-1mm，粗颗粒金刚石层的厚度根据制品所需厚度调整。
步骤2)中所述冷压的压力为50～80MPa，保压2～5min；所述烘干的温度为80～120℃，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。
本发明的有益效果为：本发明采用已知工艺制备具有不同颗粒尺寸的金刚石/铜梯度复合材料，既保留了粗颗粒金刚石/铜复合材料高导热性能，又降低了制品表面的粗糙度，从而满足芯片连接的需要，降低由于制品与芯片接触表面粗糙度过高而导致的热阻，能够充分发挥材料的优异性能；且工艺过程简单，这是现有的金刚石/铜复合材料制品所无法兼顾的。本发明制备的材料可广泛应用于半导体激光器、微波功率电子等电子封装器件。
附图说明
图1为实施例1制备的金刚石/铜梯度复合材料结构示意图。
图2为金刚石/铜梯度复合材料制备方法流程图。
标号说明：1-粗颗粒金刚石/铜复合层，2-细颗粒金刚石/铜复合层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
以下实施例中金刚石采用市售人工合成金刚石。
实施例1
按照图1所示的流程，采用的粗颗粒金刚石为250μm，细颗粒金刚石为60μm，粘结剂选用石蜡基粘结剂，粗颗粒金刚石层的厚度为2mm，两侧细颗粒金刚石层的厚度各为0.5mm，冷压压力50MPa，保压3min，脱模，95℃下烘干2h，制得梯度金刚石预制件，浸渗铜后制备的金刚石/铜梯度复合材料，图1为其结构示意图，其中1为粗颗粒金刚石/铜复合层，2为细颗粒金刚石/铜复合层，层次分明；其热导率达到638W/mK，加工成制品后表面粗糙度Ra为0.4～0.5μm。
实施例2
按照图1所示的流程，采用的粗颗粒金刚石为100μm，细颗粒金刚石为60μm，粘结剂选用磷酸盐粘结剂，粗颗粒金刚石层的厚度为2mm，两侧细颗粒金刚石层的厚度各为0.5mm，冷压压力60MPa，保压3min，脱模，110℃下烘干2.5h，制得梯度金刚石预制件，浸渗铜后制备的金刚石/铜梯度复合材料，热导率达到550W/mK，加工成制品后表面粗糙度Ra为0.4～0.5μm。
实施例3
按照图1所示的流程，采用的粗颗粒金刚石为120μm，细颗粒金刚石为40μm，粘结剂选用石蜡基粘结剂，粗颗粒金刚石层的厚度为1mm，两侧细颗粒金刚石层的厚度各为1mm，冷压压力70MPa，保压3min，脱模，100℃下烘干2h，制得梯度金刚石预制件，浸渗铜合金后制备的金刚石/铜梯度复合材料，热导率达到500W/mK，加工成制品后表面粗糙度Ra为0.3～0.4μm。
实施例4
按照图1所示的流程，采用的粗颗粒金刚石为100μm，细颗粒金刚石为40μm，粘结剂选用磷酸盐粘结剂，粗颗粒金刚石层厚度为2mm，两侧细颗粒金刚石层的厚度各为0.5mm，冷压压力80MPa，保压2min，脱模，110℃下烘干3h，制得梯度金刚石预制件，浸渗铜合金后制备的金刚石/铜梯度复合材料，热导率达到530W/mK，加工成制品后表面粗糙度Ra为0.3～0.4μm。

Claims (7)

1.一种金刚石/铜梯度复合材料，其特征在于，其是由细颗粒金刚石/铜复合层-粗颗粒金刚石/铜复合层-细颗粒金刚石/铜复合层构成的金刚石/铜梯度复合材料，所述细颗粒金刚石的尺寸小于100μm，粗颗粒金刚石的尺寸为500～100μm。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石/铜梯度复合材料，其特征在于，所述细颗粒金刚石/铜复合层的厚度为0.5～1mm。
3.权利要求1或2所述一种金刚石/铜梯度复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)粗颗粒金刚石和细颗粒金刚石分别与粘结剂混合；
2)按照细颗粒金刚石-粗颗粒金刚石-细颗粒金刚石的顺序，将步骤1)处理后的粗颗粒金刚石和细颗粒金刚石依次平铺在金属模具中，采用冷压工艺压制，脱模，烘干，制得梯度金刚石预制件；
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，脱模后制得金刚石/铜梯度复合材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的粘结剂为石蜡基粘结剂或磷酸盐粘结剂。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述细颗粒金刚石层的厚度为0.5～1mm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中冷压的压力为50～80MPa，保压2～5min；烘干的温度为80～120℃，时间为2～3h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，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。
CN201510994306.8A 2015-12-25 2015-12-25 一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法 Active CN105506355B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510994306.8A CN105506355B (zh) 2015-12-25 2015-12-25 一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510994306.8A CN105506355B (zh) 2015-12-25 2015-12-25 一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105506355A CN105506355A (zh) 2016-04-20
CN105506355B true CN105506355B (zh) 2017-05-17

Family

ID=55714645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510994306.8A Active CN105506355B (zh) 2015-12-25 2015-12-25 一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105506355B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106583735B (zh) * 2016-12-22 2018-11-27 北京科技大学 一种制备具有高体积分数金刚石/铜复合材料零件的方法
CN107414084B (zh) * 2017-07-04 2019-07-09 富耐克超硬材料股份有限公司 聚晶立方氮化硼烧结体及其制备方法与应用
CN111170317B (zh) * 2018-11-12 2022-02-22 有研工程技术研究院有限公司 一种石墨烯改性金刚石/铜复合材料的制备方法
CN111826542B (zh) * 2020-06-30 2022-01-04 长沙新材料产业研究院有限公司 一种铜基金刚石梯度散热材料及其制备方法
CN115094411A (zh) * 2022-05-05 2022-09-23 有研工程技术研究院有限公司 一种梯度金刚石/金属复合材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2906032Y (zh) * 2005-11-24 2007-05-30 江汉石油钻头股份有限公司 一种具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片
CN103184363A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 北京有色金属研究总院 适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料及方法
CN104858435A (zh) * 2015-05-12 2015-08-26 东南大学 一种三明治结构金刚石-Al复合材料的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6167740A (ja) * 1984-09-08 1986-04-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 工具用ダイヤモンド焼結体およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2906032Y (zh) * 2005-11-24 2007-05-30 江汉石油钻头股份有限公司 一种具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片
CN103184363A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 北京有色金属研究总院 适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料及方法
CN104858435A (zh) * 2015-05-12 2015-08-26 东南大学 一种三明治结构金刚石-Al复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高导热金刚石/铜复合热沉的研究;张荣博等;《真空与低温》;20121231;第18卷(第4期);第210-214页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105506355A (zh) 2016-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105506355B (zh) 一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法
CN103911565B (zh) 一种高导热石墨晶须定向增强金属基复合材料的制备方法
Bai et al. Thermal conductivity of Cu/diamond composites prepared by a new pretreatment of diamond powder
CN108179302A (zh) 一种高导热金刚石/铜复合材料的制备方法
JP6755879B2 (ja) アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法
CN1944698A (zh) 一种超高导热、低热膨胀系数的复合材料及其制备方法
CN108251733A (zh) 一种高导热金刚石/铜复合材料的制备方法
CN105755308B (zh) 一种高导热金刚石/铝复合材料及其制备方法
CN104625077A (zh) 一种高导热金刚石/铜复合材料及其制备方法
TW201829307A (zh) 石墨／石墨烯複合材料、集熱體、傳熱體、散熱體及散熱系統
Guillemet et al. An innovative process to fabricate copper/diamond composite films for thermal management applications
CN105648259A (zh) 一种铜基-石墨正梯度复合材料及其制备方法
CN105483423A (zh) 一种具有高热导率的铜/金刚石复合材料的制备方法
CN102534331A (zh) 一种高导热金刚石/铝复合材料的制备方法
CN105950898A (zh) 一种金刚石颗粒分散铜锆合金复合材料的制备方法
CN105568037A (zh) 一种镀铬金刚石颗粒分散铜基复合材料的制备方法
CN101984112B (zh) 一种高热导率铜增强铝复合材料及其制备方法
JPWO2016021645A1 (ja) 放熱部品及びその製造方法
CN105774130B (zh) 一种高导热高气密性复合材料及其制备方法
CN104148645B (zh) 一种复合陶瓷散热材料及其制备方法
CN101898240B (zh) 一种电子封装用SiC/Al复合材料的制备方法
Zhang et al. Microstructure and thermo-physical properties of a SiC/pure-Al composite for electronic packaging
CN101436573A (zh) 一种电子封装器件及其制备方法
KR101221060B1 (ko) 탄소성형체 또는 탄소소성체와 알루미늄의 계면에 탄화규소가 형성된 탄소기반 알루미늄 복합재료 및 그 제조방법
CN109930022B (zh) 一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190828

Address after: 101407 Beijing city Huairou District Yanqi Economic Development Zone Branch Hing Street No. 11

Patentee after: Research Institute of engineering and Technology Co., Ltd.

Address before: 100088 Beijing city Xicheng District Xinjiekou Avenue No. 2

Patentee before: General Research Institute for Nonferrous Metals