CN110330950A - 含金刚石条的复合散热材料及其制备方法 - Google Patents

含金刚石条的复合散热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种含金刚石条的复合散热材料及其制备方法，属于散热材料技术领域。本发明复合散热材料包括均布有孔柱阵列的金属块体，孔柱内均穿插有长条型金刚石，长条型金刚石的长度与金属块体的厚度相同。本发明复合散热材料中长条型金刚石阵列贯通热源接触面/点和冷却系统，一方面作为高效散热通道可以迅速将热量由热源处传递到冷却系统，另一方面金刚石长条会将热量传递给与金刚石相接的金属块体，由于金属块体的散热性能也较好，使得复合散热材料整体具有较高的散热性能。本发明复合散热材料的制备方法操作简单，容易实现大规模批量化生产，同时材料加工灵活性好，可以根据使用需求，将材料沿金刚石长条垂直方向切割成任意厚度使用。

Description

含金刚石条的复合散热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及散热材料技术领域，具体是一种含金刚石条的复合散热材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，现代电子和光电器件日趋小型化、高度集成化和高功率化。由于在使用过程中会产生大量的热量，造成器件温度大幅升高，严重时会影响器件的可靠性和使用寿命。如何在狭小的空间内把热量传递给冷却系统成为热管理材料行业关注的重点和热点。
金刚石靠声子传热，是室温下热导率最高的材料，最高可达20W/（cm·K），为铜的5倍，氮化铝的6倍，氧化铍热导率的7倍多。同时，金刚石的热膨胀系数极低，室温下为1.0×10-6K-1，可以在快速传导热量的同时不产生大的变形量。此外，金刚石的电阻率为1016 Ω·cm，是优良的绝缘材料。因此，金刚石是非常理想的散热材料。
由于尺寸较小且价格高，天然金刚石与高温高压法生产的金刚石，一般很少作为热管理材料使用。将高温高压法或爆炸法生产的金刚石粉/颗粒与铜、铝制备成的金刚石/Cu或金刚石/Al复合材料，具有较高的强度和韧性，能够通过改变金刚石粉的含量调整热导率。但是，为方便成型，金刚石粉的所占的体积百分比需要控制在一定的范围，同时由于界面热阻的存在，制备的金刚石/Cu或金刚石/Al复合材料的热导率一般只能达到400-600W/（m·K），目前这种材料已经无法满足许多高功率器件的使用要求。化学气相沉积（CVD）法制备的多晶金刚石膜具有较高的热导率，但是断裂强度较低，为避免受热应力影响而断裂，作为散热材料时一般需要有较高的厚度，同时由于金刚石硬度高，加工研磨抛光难度大，使得散热材料的成本进一步增高。而将CVD金刚石作为膜层又无法沉积在散热性能较好的Cu、Al、Ag等材料表面，使得金刚石在散热领域的应用目前仍存在难点。
因此，为了解决现代高功率小型电子和光电器件的散热需求，CVD金刚石单纯作为散热材料应用是价格昂贵、加工困难、无法以膜层沉积到Cu、Al、Ag等材料表面，金刚石/Cu复合材料由于界面热阻存在，实际散热性能与金刚石相差大等等技术缺陷，急需设计研发低成本的、具有良好散热性能的含金刚石的散热材料。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种含金刚石条的复合散热材料及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种含金刚石条的复合散热材料，包括具有良好散热性能的金属块体，金属块体上均布有呈竖直方向设置且贯穿金属块体上下的孔柱阵列，每个孔柱内均穿插有长条型金刚石，长条型金刚石的长度与金属块体上下间的厚度相同。
作为优选的技术方案，具有良好散热性能的金属块体的材料为Cu、W、Al、Ag中的一种或任意比例混合的几种。
作为优选的技术方案，金属块体上的孔柱的横截面形状为圆形、矩形、菱形或其它规则或不规则形状。
作为优选的技术方案，长条型金刚石为由多晶金刚石膜或单晶金刚石切割成的长条。
作为优选的技术方案，长条型金刚石为经过或未经过金属化处理的金刚石。
作为优选的技术方案，金属块体上的每个孔柱内穿插的长条型金刚石的个数为一根或几根。
本发明还提供了上述含金刚石条的复合散热材料的制备方法，包括如下步骤：
1）取具有良好散热性能的金属块体，在其上均布呈竖直方向设置且贯穿金属块体上下的孔柱阵列；
2）在金属块体上的每个孔柱内穿插长条型金刚石，长条型金刚石的长度与金属块体上下间的厚度相同；
3）在孔柱内注入金属液，使得金属液充满孔柱与长条型金刚石之间的间隙，在孔柱上方施加外部压力，使金属液在外部压力下冷却凝固，最终即形成含金刚石条的复合散热材料。
作为优选的技术方案，金属液为Cu、Al或Ag金属熔化后的金属液。
本发明复合散热材料由具有良好散热性能的金属块体和穿插在块体中的方向一致的长条型金刚石阵列构成。其中，长条型金刚石阵列贯通热源接触面/点和冷却系统，一方面作为高效散热通道可以迅速将热量由热源处传递到冷却系统，另一方面金刚石长条会将热量传递给与金刚石相接的金属块体，由于金属块体的散热性能也较好，使得复合散热材料整体具有较高的散热性能，热导率可达到700W/（m·K）以上。
与目前的采用烧结金刚石粉/颗粒获得的金刚石/Cu或金刚石/Al复合材料相比，本发明复合散热材料由于金刚石以长条状存在，比以粉状/颗粒狀存在时，与金属的接触表面积大幅减少，有效降低了界面热阻对散热性能的破坏，进行金属化处理，可以进一步降低界面热阻的负面作用；同时，长条型金刚石能形成连接热源和冷却系统的连续的高效散热通道，改变颗粒状金刚石仅能断续性传热的低效传热方式，快速将热量传递给冷却系统，使得散热效果大幅提高，同时会减少传递给金属块体的热量，使得在金属块体中形成较低的温度梯度，一方面能有效降低金属体材料因温度升高产生较大的热膨胀变形量，另一方面使得热源接触面温度低，对于电子器件的使用寿命和工作环境也能起到更有效的保护。
本发明复合散热材料可以通过采用不同品质的金刚石单晶或多晶、调节金刚石长条的宽度和数量来调节材料整体的热导率，以实现性能和价格的最佳优化。本发明采用金刚石单晶或CVD法制备热导率较好的金刚石膜都可以，金刚石膜不需要完整的，采用整体膜材料切割产生的边角废材也可以，只需满足能将金刚石切割成长条状，然后可以根据金刚石长条的长度进行复合散热材料的制备。此外，无需对金刚石进行研磨抛光处理，成本比直接采用CVD金刚石膜作为散热材料大幅降低。
本发明复合散热材料的制备方法操作简单，容易实现大规模批量化生产，同时材料加工灵活性好，可以根据使用需求，将材料沿金刚石长条垂直方向切割成任意厚度使用。
附图说明
此处的附图用来提供对本发明的进一步说明，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为含孔柱阵列的金属块体的截面示意图。
图2为本发明复合散热材料的结构示意图。
图中：1-金属块体、2-孔柱、3-长条型金刚石、4-金属液。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合参考附图并结合实施例对本发明作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图2所示，一种含金刚石条的复合散热材料，包括具有良好散热性能的金属块体1，金属块体1上均布有呈竖直方向设置且贯穿金属块体1上下的孔柱2阵列，每个孔柱2内均穿插有长条型金刚石3，长条型金刚石3的长度与金属块体1上下间的厚度相同。其中，金属块体1的材料为Cu、W、Al、Ag中的一种或任意比例混合的几种，金属块体1上的孔柱2的横截面形状为圆形、矩形、菱形或其它规则或不规则形状；长条型金刚石3为由多晶金刚石膜或单晶金刚石切割成的长条，长条型金刚石3可以为未经过金属化处理的金刚石、也可以为经过金属化处理的金刚石；金属块体1上的每个孔柱2内穿插的长条型金刚石3的个数为一根或几根。
上述含金刚石条的复合散热材料的制备方法，包括如下步骤：
1）取具有良好散热性能的金属块体1，在其上均布呈竖直方向设置且贯穿金属块体1上下的孔柱2阵列，如图1所示；
2）在金属块体1上的每个孔柱2内穿插长条型金刚石3，长条型金刚石3的长度与金属块体1上下间的厚度相同；
3）在孔柱2内注入金属液4，使得金属液4充满孔柱2与长条型金刚石3之间的间隙，在孔柱2上方施加外部压力，使金属液4在外部压力下冷却凝固，最终即形成含金刚石的复合散热材料，金属液为Cu、Al或Ag金属熔化后的金属液，如图2所示。
上面是对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种含金刚石条的复合散热材料，其特征在于：包括具有良好散热性能的金属块体，金属块体上均布有呈竖直方向设置且贯穿金属块体上下的孔柱阵列，每个孔柱内均穿插有长条型金刚石，长条型金刚石的长度与金属块体上下间的厚度相同。
2.根据权利要求1所述的含金刚石条的复合散热材料，其特征在于：具有良好散热性能的金属块体的材料为Cu、W、Al、Ag中的一种或任意比例混合的几种。
3.根据权利要求1所述的含金刚石条的复合散热材料，其特征在于：金属块体上的孔柱的横截面形状为圆形、矩形、菱形或其它规则或不规则形状。
4.根据权利要求1所述的含金刚石条的复合散热材料，其特征在于：长条型金刚石为由多晶金刚石膜或单晶金刚石切割成的长条。
5.根据权利要求1所述的含金刚石条的复合散热材料，其特征在于：长条型金刚石为经过或未经过金属化处理的金刚石。
6.根据权利要求1所述的含金刚石条的复合散热材料，其特征在于：金属块体上的每个孔柱内穿插的长条型金刚石的个数为一根或几根。
7.如权利要求1-6任一所述的含金刚石条的复合散热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）取具有良好散热性能的金属块体，在其上均布呈竖直方向设置且贯穿金属块体上下的孔柱阵列；
2）在金属块体上的每个孔柱内穿插长条型金刚石，长条型金刚石的长度与金属块体上下间的厚度相同；
3）在孔柱内注入金属液，使得金属液充满孔柱与长条型金刚石之间的间隙，在孔柱上方施加外部压力，使金属液在外部压力下冷却凝固，最终即形成含金刚石条的复合散热材料。
8.根据权利要求7所述的含金刚石条的复合散热材料的制备方法，其特征在于：金属液为Cu、Al或Ag金属熔化后的金属液。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112469239A (zh) * 2020-10-23 2021-03-09 广东工业大学 一种大尺寸金刚石散热片及其制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1365169A (zh) * 2001-06-21 2002-08-21 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 有源大通道金刚石厚膜热沉及制备方法
CN2741720Y (zh) * 2003-07-21 2005-11-23 陈继锋 一种混合型砂轮修整工具
CN201079927Y (zh) * 2007-07-16 2008-07-02 崔洲平 金刚石条直线排列砂轮修整器
JP2010053331A (ja) * 2008-07-29 2010-03-11 Kaneka Corp 熱伝導材料
CN102244051A (zh) * 2011-06-22 2011-11-16 中南大学 一种高性能定向导热铜基金刚石复合材料及其制备方法
CN102465213A (zh) * 2010-11-02 2012-05-23 北京有色金属研究总院 一种高导热金刚石热沉材料及其制备方法
CN102560687A (zh) * 2011-12-31 2012-07-11 吉林大学 一种金刚石纳米坑阵列及其制备方法
CN103594306A (zh) * 2013-11-13 2014-02-19 太原理工大学 一种金刚石/金属复合材料夹持杆及制备方法
CN105729308A (zh) * 2016-05-09 2016-07-06 廊坊西波尔钻石技术有限公司 一种钎焊式金刚石笔条修整笔及加工方法
CN207273008U (zh) * 2017-08-22 2018-04-27 廊坊西波尔钻石技术有限公司 金刚石修整工具
CN108570655A (zh) * 2018-06-04 2018-09-25 太原理工大学 一种自支撑纳米金刚石厚膜的制备方法
CN108611638A (zh) * 2018-06-07 2018-10-02 太原理工大学 高磨耗比、高断裂强度微米金刚石厚膜及其制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1365169A (zh) * 2001-06-21 2002-08-21 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 有源大通道金刚石厚膜热沉及制备方法
CN2741720Y (zh) * 2003-07-21 2005-11-23 陈继锋 一种混合型砂轮修整工具
CN201079927Y (zh) * 2007-07-16 2008-07-02 崔洲平 金刚石条直线排列砂轮修整器
JP2010053331A (ja) * 2008-07-29 2010-03-11 Kaneka Corp 熱伝導材料
CN102465213A (zh) * 2010-11-02 2012-05-23 北京有色金属研究总院 一种高导热金刚石热沉材料及其制备方法
CN102244051A (zh) * 2011-06-22 2011-11-16 中南大学 一种高性能定向导热铜基金刚石复合材料及其制备方法
CN102560687A (zh) * 2011-12-31 2012-07-11 吉林大学 一种金刚石纳米坑阵列及其制备方法
CN103594306A (zh) * 2013-11-13 2014-02-19 太原理工大学 一种金刚石/金属复合材料夹持杆及制备方法
CN105729308A (zh) * 2016-05-09 2016-07-06 廊坊西波尔钻石技术有限公司 一种钎焊式金刚石笔条修整笔及加工方法
CN207273008U (zh) * 2017-08-22 2018-04-27 廊坊西波尔钻石技术有限公司 金刚石修整工具
CN108570655A (zh) * 2018-06-04 2018-09-25 太原理工大学 一种自支撑纳米金刚石厚膜的制备方法
CN108611638A (zh) * 2018-06-07 2018-10-02 太原理工大学 高磨耗比、高断裂强度微米金刚石厚膜及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIE GAO: "Design and Synthesis of diffusion-modified HfC/Hfc-SiC bilayer system onto WC-Co substrate for adherent diamond deposition", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *
刘树勇等: "《诡异的极端物质世界》", 31 July 2015, 河北科学技术出版社 *
宋国栋: "镶嵌式金刚石磨具的研制与应用", 《磨料磨具与磨削》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112469239A (zh) * 2020-10-23 2021-03-09 广东工业大学 一种大尺寸金刚石散热片及其制备方法

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