CN109930022B - 一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109930022B CN109930022B CN201711376262.8A CN201711376262A CN109930022B CN 109930022 B CN109930022 B CN 109930022B CN 201711376262 A CN201711376262 A CN 201711376262A CN 109930022 B CN109930022 B CN 109930022B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- diamond
- composite material
- copper
- based composite
- 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
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
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。
Description
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。
附图说明
图1为石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料制备方法流程图。
图2为实施例1制备的石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料结构示意图。
主要附图标记说明：
1 金刚石 2 石墨烯
3 铜基体
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。
如图1所示，为本发明石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料制备方法流程图，首先将石墨烯与粘结剂混合，粘结剂中石墨烯的添加量为体积比0.3％-0.6％，粘结剂与金刚石的体积比为25％-50％；再将石墨烯粘结剂混合物与金刚石颗粒混合，采用冷压工艺压制，脱模，烘干，制得石墨烯/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浸渗熔融的铜或铜合金金属液至石墨烯/金刚石预制件中，冷却脱模，制得石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料。
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，按照由金刚石和石墨烯组成的增强体占复合材料体积的70％，其中石墨烯占复合材料体积的0.4％，粘结剂中石墨烯的体积百分数为0.4％，采用金刚石颗粒尺寸为100μm，石墨烯的尺寸为30μm，粘结剂选用石蜡基粘结剂；先将石墨烯与粘结剂混合，再将石墨烯粘结剂混合物与金刚石颗粒混合，采用冷压工艺压制，冷压压力50MPa，保压3min，脱模，95℃下烘干2h，制得石墨烯/金刚石预制件，浸渗铜后制备的石墨烯/金刚石增强铜基复合材料，图2为其结构示意图，其中1为复合材料中的金刚石颗粒，2为复合材料中的石墨烯颗粒，3为复合材料中的铜基体，复合材料的热导率达到780W/mK。
实施例2
按照图1所示的流程，按照由金刚石和石墨烯组成的增强体占复合材料体积的75％，其中石墨烯占复合材料体积的0.6％，粘结剂中石墨烯的体积百分数为0.5％，采用金刚石颗粒尺寸为100μm，石墨烯的尺寸为50μm，粘结剂选用选用磷酸盐粘结剂，冷压压力70MPa，保压3min，脱模，110℃下烘干2h，制得石墨烯/金刚石预制件，浸渗铜后制备的石墨烯/金刚石增强铜基复合材料，复合材料的热导率达到800W/mK。
实施例3
按照图1所示的流程，按照由金刚石和石墨烯组成的增强体占复合材料体积的65％，其中石墨烯占复合材料体积的0.3％，粘结剂中石墨烯的体积百分数为0.3％，采用金刚石颗粒尺寸为80μm，石墨烯的尺寸为20μm，粘结剂选用石蜡基粘结剂，冷压压力70MPa，保压3min，脱模，100℃下烘干2h，制得石墨烯/金刚石预制件，浸渗铜后制备的石墨烯/金刚石增强铜基复合材料，复合材料的热导率达到750W/mK。
实施例4
按照图1所示的流程，按照由金刚石和石墨烯组成的增强体占复合材料体积的50％，其中石墨烯占复合材料体积的0.1％，粘结剂中石墨烯的体积百分数为0.6％，采用金刚石颗粒尺寸为10μm，石墨烯的尺寸为10μm，粘结剂选用磷酸盐粘结剂，冷压压力80MPa，保压3min，脱模，110℃下烘干3h，制得石墨烯/金刚石预制件，浸渗铜后制备的石墨烯/金刚石增强铜基复合材料，复合材料的热导率达到700W/mK。
实施例1-4与不加石墨烯的复合材料相比，热导率显著提高，同时石墨烯均匀粘附在金刚石颗粒表面，改善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。
Claims (6)
1.一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料，其特征在于：该复合材料是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，石墨烯均匀粘附在金刚石颗粒表面，增强体占复合材料体积的50%-75%，石墨烯占复合材料体积的0.1-0.6%，基体为铜或铜合金。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将石墨烯与粘结剂混合均匀，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%，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，所述浸渗为压力浸渗或无压浸渗；
4）冷却，脱模后制得石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料，由金刚石和石墨烯组成的增强体占复合材料体积的50%-75%。
3.根据权利要求2所述的石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料制备方法，其特征在于：金刚石颗粒尺寸为10-100μm，石墨烯的尺寸为10-50μm。
4.根据权利要求2所述的石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料制备方法，其特征在于：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2所述的石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料制备方法，其特征在于：所述冷压的压力为50-80MPa，保压时间为2-5min。
6.根据权利要求2所述的石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料制备方法，其特征在于：所述烘干的温度为80-120℃，烘干时间为2-3h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711376262.8A CN109930022B (zh) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | 一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711376262.8A CN109930022B (zh) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | 一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109930022A CN109930022A (zh) | 2019-06-25 |
| CN109930022B true CN109930022B (zh) | 2020-12-18 |
Family
ID=66983806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711376262.8A Active CN109930022B (zh) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | 一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109930022B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2621663A (en) * | 2022-05-17 | 2024-02-21 | Tenmat Ltd | Material and uses thereof |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101168807A (zh) * | 2007-12-06 | 2008-04-30 | 北京有色金属研究总院 | 一种高导热铜基复合材料及其制备方法 |
| CN101831584A (zh) * | 2009-03-10 | 2010-09-15 | 北京有色金属研究总院 | 高导热铜基复合材料及其制备方法 |
| 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 |
| US8911521B1 (en) * | 2008-03-03 | 2014-12-16 | Us Synthetic Corporation | Methods of fabricating a polycrystalline diamond body with a sintering aid/infiltrant at least saturated with non-diamond carbon and resultant products such as compacts |
| CN105603248A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-05-25 | 中南大学 | 一种泡沫石墨烯骨架增强铜基复合材料及制备方法 |
| CN105755307A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-07-13 | 中南大学 | 一种蜂窝状结构增强复合材料及制备方法 |
| CN105779805A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-07-20 | 中南大学 | 泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料及制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101416910B1 (ko) * | 2012-09-07 | 2014-07-08 | 한국과학기술연구원 | 열전도성 고분자 복합소재 및 이의 제조방법 |
| CN105803242B (zh) * | 2016-03-21 | 2017-10-31 | 中南大学 | 一种片状与线状导热材料耦合增强复合材料及制备方法 |
| CN205864944U (zh) * | 2016-07-28 | 2017-01-04 | 广东美的生活电器制造有限公司 | 散热组件及食物料理机 |
-
2017
- 2017-12-19 CN CN201711376262.8A patent/CN109930022B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101168807A (zh) * | 2007-12-06 | 2008-04-30 | 北京有色金属研究总院 | 一种高导热铜基复合材料及其制备方法 |
| US8911521B1 (en) * | 2008-03-03 | 2014-12-16 | Us Synthetic Corporation | Methods of fabricating a polycrystalline diamond body with a sintering aid/infiltrant at least saturated with non-diamond carbon and resultant products such as compacts |
| CN101831584A (zh) * | 2009-03-10 | 2010-09-15 | 北京有色金属研究总院 | 高导热铜基复合材料及其制备方法 |
| 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 |
| CN105603248A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-05-25 | 中南大学 | 一种泡沫石墨烯骨架增强铜基复合材料及制备方法 |
| CN105755307A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-07-13 | 中南大学 | 一种蜂窝状结构增强复合材料及制备方法 |
| CN105779805A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-07-20 | 中南大学 | 泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料及制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2621663A (en) * | 2022-05-17 | 2024-02-21 | Tenmat Ltd | Material and uses thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109930022A (zh) | 2019-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103589894B (zh) | 一种制备二维散热用取向增强Cu复合材料的方法 | |
| US20150247019A1 (en) | High thermal conductance thermal interface materials based on nanostructured metallic network-polymer composites | |
| CN103343266B (zh) | 高导热石墨高硅铝基复合材料及其制备工艺 | |
| JP2002069392A (ja) | 熱伝導性接着フィルムおよびその製造方法ならびに電子部品 | |
| CN103981382A (zh) | 一种高导热金刚石/铜基复合材料的制备方法 | |
| CN105803241A (zh) | 一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料及制备方法 | |
| CN105774130B (zh) | 一种高导热高气密性复合材料及其制备方法 | |
| CN108352370A (zh) | 用于高功率元件的散热板 | |
| CN112447634B (zh) | 一种低杨氏模量高导热率的热界面材料及其制备方法与应用 | |
| Ren et al. | The influence of matrix alloy on the microstructure and properties of (flake graphite+ diamond)/Cu composites by hot pressing | |
| CN105506355B (zh) | 一种金刚石/铜梯度复合材料及其制备方法 | |
| CN103882349A (zh) | 一种纳米碳纤维-铜复合材料的制备方法 | |
| CN104625077A (zh) | 一种高导热金刚石/铜复合材料及其制备方法 | |
| CN109592988A (zh) | 一种金刚石微柱增强高导热石墨材料的制备方法 | |
| CN103966533B (zh) | 一种金刚石导热复合材料及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Effects of sintering pressure on the densification and mechanical properties of nanosilver double-side sintered power module | |
| CN111826542A (zh) | 一种铜基金刚石梯度散热材料及其制备方法 | |
| CN105755308B (zh) | 一种高导热金刚石/铝复合材料及其制备方法 | |
| 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 | |
| CN100569698C (zh) | 一种石墨-金属复合散热材料及其制备方法 | |
| CN112280540A (zh) | 一种高导热石墨烯—金属粒子复合材料的制备方法 | |
| Billah et al. | Thermal conductivity of Ni-coated MWCNT reinforced 70Sn-30Bi alloy | |
| Dai et al. | 2D Materials‐Based Thermal Interface Materials: Structure, Properties, and Applications | |
| CN201785338U (zh) | 一种复合散热石墨材料 | |
| TW201433630A (zh) | 沿厚度方向具有優越導熱性的散熱片的製造方法及所製造的散熱片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190627 Address after: 101407 No. 11 Xingke East Street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing Applicant after: Research Institute of engineering and Technology Co., Ltd. Address before: No. 2, Xinjie street, Xicheng District, Beijing, Beijing Applicant before: General Research Institute for Nonferrous Metals |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |