CN110747415B - 一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法 - Google Patents

一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110747415B
CN110747415B CN201911262112.3A CN201911262112A CN110747415B CN 110747415 B CN110747415 B CN 110747415B CN 201911262112 A CN201911262112 A CN 201911262112A CN 110747415 B CN110747415 B CN 110747415B
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
heat
diamond
power chip
heat treatment
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
CN201911262112.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110747415A (zh
Inventor
王平平
陈国钦
芶华松
王刚
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.)
Qiqihar Xiangke New Material Co ltd
Original Assignee
Qiqihar Xiangke New Material Co ltd
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 Qiqihar Xiangke New Material Co ltd filed Critical Qiqihar Xiangke New Material Co ltd
Priority to CN201911262112.3A priority Critical patent/CN110747415B/zh
Publication of CN110747415A publication Critical patent/CN110747415A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110747415B publication Critical patent/CN110747415B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，它属于电子封装材料制备技术领域。它要解决现有大功率芯片热沉用金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型后存在变形的问题。方法：通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片打磨并清洗，与模具交替排列后放入真空压力设备；抽真空，升温保温，双向约束挤压，保压冷却，开炉取样。本发明采用双向约束真空热处理，实现了金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型后变形的预防及矫正，能显著提高复合材料薄片的平面度和热导率，简单易操作，适用于大批量生产，有助于金刚石/铝复合材料推广应用，更好地发挥材料的优异性能。本发明适用于大功率芯片热沉用超高导热复合材料的热处理。

Description

一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法
技术领域
本发明属于电子封装材料制备技术领域，具体涉及一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法。
背景技术
金刚石/铝复合材料具有高导热、与GaN芯片匹配的热膨胀系数以及低密度等优异特性，成为当前大功率芯片热沉的重要候选材料。现有的技术路径是先采用近净成型技术制备出复合材料大尺寸薄片，然后采用激光切割出热沉外形。然而，由于制备过程金刚石与铝的热错配应力大、脱模时引入外加应力，复合材料自身刚度又低，存放过程中铝基体发生应力释放，薄片极易发生翘曲变形。
发明内容
本发明目的是解决现有大功率芯片热沉用金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型后存在变形的问题，而提供一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法。
一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，按以下步骤实现：
一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；
二、抽真空至0.1～10Pa，升温至500～600℃并保温10～20min，给以0.1～2MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5～10℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以≤2℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用双向约束真空热处理，实现了金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型后变形的预防及矫正，能显著提高复合材料薄片的平面度和热导率，简单易操作，适用于大批量生产，有助于推动金刚石/铝复合材料推广应用，更好地发挥材料的优异性能。
2、本发明中一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，对金刚石/铝复合材料的热导率提高了4％～9％，热处理后放置30天薄片平面度保持不变。
本发明适用于大功率芯片热沉用超高导热复合材料的热处理。
附图说明
图1为本发明中材料在真空压力设备中热处理过程的示意图，其中1表示模具，2表示金刚石/铝复合材料大尺寸薄片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，按以下步骤实现：
一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；
二、抽真空至0.1～10Pa，升温至500～600℃并保温10～20min，给以0.1～2MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5～10℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以≤2℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。
本实施方式步骤一中所述细砂纸打磨的目的是除去薄片表面的杂质。
本实施方式步骤一中所述无水乙醇清洗的目的是除去薄片表面的残留物。
本实施方式中材料在真空压力设备中热处理过程如图1所示。
本实施方式中为了防止晶界出现过热或者过烧，纯铝的热处理温度一般＜500℃，本发明中将热处理温度设定为500～600℃的原因在于：热处理对象为金刚石/铝复合材料，金刚石与铝的界面结构决定复合材料最终的性能，当铝基体出现晶界“过热”，晶粒变得粗大，电子传热阻力变小，铝基体的热导率提高，进而复合材料的热导率提高；采用真空热处理环境，尽可能减少高温时氧化性气体渗入晶界，避免过烧；纯铝在500～600℃时近乎柔性，铝基体通过位错运动、晶界移动可实现缓慢塑性变形，释放应力，此时施加的0.1～2MPa双向约束配合高尺寸精度模具起到固型作用，该过程还可以显著提高复合材料的致密度，降低孔隙、裂纹等缺陷，从而有效提高复合材料的热导率。热处理温度设定低于600℃的原因在于避免有害界面反应的发生。热处理温度设定高于500℃的原因在于提高铝基体的协调变形能力，防止金刚石/铝界面在双向约束力作用下开裂。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述金刚石/铝复合材料大尺寸薄片的厚度为0.2mm～2mm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，步骤一中所述金刚石/铝复合材料的基体合金为纯铝。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，步骤一中所述细砂纸为2000#。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，步骤一中所述模具的平面度±0.01，粗糙度≤1.6，规格大于金刚石/铝复合材料大尺寸薄片。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，步骤二中抽真空至3Pa，升温至520℃并保温18min。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，步骤二中抽真空至6Pa，升温至550℃并保温12min。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是，步骤二中给以1MPa的双向约束挤压。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是，步骤二中在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度8℃/min。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是，步骤二中冷却至温度低于400℃时，卸压，再以1℃/min的速度冷却至100℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：
本实施例一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，按以下步骤实现：
一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；
二、抽真空至0.6Pa，升温至550℃并保温20min，给以1MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以12℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。
本实施例步骤一中所述金刚石/铝复合材料的基体合金为纯铝。
本实施例步骤一中所述模具的平面度±0.01，粗糙度≤1.6，规格大于金刚石/铝复合材料大尺寸薄片。
本实施例中热处理对象为85mm×75mm×0.3mm金刚石/铝复合材料薄片，热处理后薄片的平面度由0.2mm提高至0.15mm，放置30天薄片平面度保持不变；热导率由580W/(m·k)提高至610W/(m·k)。
实施例2：
本实施例一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，按以下步骤实现：
一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；
二、抽真空至2Pa，升温至570℃并保温20min，给以1.2MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以0.8℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。
本实施例步骤一中所述金刚石/铝复合材料的基体合金为纯铝。
本实施例步骤一中所述模具的平面度±0.01，粗糙度≤1.6，规格大于金刚石/铝复合材料大尺寸薄片。
本实施例中热处理对象为φ180mm×0.5mm金刚石/铝复合材料薄片，热处理后薄片的平面度由1mm提高至0.7mm，放置30天薄片平面度保持不变；热导率由622W/(m·k)提高至656W/(m·k)。
实施例3：
本实施例一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，按以下步骤实现：
一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；
二、抽真空至1Pa，升温至520℃并保温20min，给以0.8MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度6℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以1℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。
本实施例步骤一中所述金刚石/铝复合材料的基体合金为纯铝。
本实施例步骤一中所述模具的平面度±0.01，粗糙度≤1.6，规格大于金刚石/铝复合材料大尺寸薄片。
本实施例中热处理对象为75mm×20mm×0.3mm金刚石/铝复合材料薄片，热处理后薄片的平面度由0.1mm提高至0.08mm，放置30天薄片平面度保持不变；热导率由588W/(m·k)提高至615W/(m·k)。

Claims (7)

1.一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于它按以下步骤实现：
一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；
步骤一中所述金刚石/铝复合材料大尺寸薄片的厚度为0.2mm～2mm；
步骤一中所述模具的平面度±0.01，粗糙度≤1.6，规格大于金刚石/铝复合材料大尺寸薄片；
二、抽真空至0.1～10Pa，升温至500～600℃并保温10～20min，给以1～2MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5～10℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以≤2℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。
2.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤一中所述金刚石/铝复合材料的基体合金为纯铝。
3.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤一中所述细砂纸为2000#。
4.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤二中抽真空至3Pa，升温至520℃并保温18min。
5.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤二中抽真空至6Pa，升温至550℃并保温12min。
6.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤二中在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度8℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤二中冷却至温度低于400℃时，卸压，再以1℃/min的速度冷却至100℃。
CN201911262112.3A 2019-12-10 2019-12-10 一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法 Active CN110747415B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911262112.3A CN110747415B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911262112.3A CN110747415B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110747415A CN110747415A (zh) 2020-02-04
CN110747415B true CN110747415B (zh) 2021-06-04

Family

ID=69285899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911262112.3A Active CN110747415B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110747415B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111663060B (zh) * 2020-06-01 2022-02-01 哈尔滨工业大学 大尺寸薄片状金刚石/金属复合材料的制备方法
CN113528881A (zh) * 2021-06-22 2021-10-22 河南飞孟金刚石工业有限公司 铝金刚石热沉片的制造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100496186C (zh) * 2003-09-19 2009-06-03 通用电气公司 大体积高热传导率原料及其制作方法
CN104313385B (zh) * 2014-11-21 2016-08-24 哈尔滨工业大学 超高导热金刚石/铝复合材料及其制备方法
CN108179302B (zh) * 2018-01-30 2019-12-10 哈尔滨工业大学 一种高导热金刚石/铜复合材料的制备方法
CN108251733A (zh) * 2018-01-30 2018-07-06 哈尔滨工业大学 一种高导热金刚石/铜复合材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110747415A (zh) 2020-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110747415B (zh) 一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法
TWI609435B (zh) Composite substrate, semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
CN105190839B (zh) 半导体用复合基板的处理基板
US9305827B2 (en) Handle substrates of composite substrates for semiconductors
TWI629753B (zh) 半導體用複合基板之操作基板
KR102455667B1 (ko) 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법 및 그 질화알루미늄 웨이퍼
CN110125822B (zh) 用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具及其制备方法
KR101642671B1 (ko) 반도체용 복합 기판의 핸들 기판 및 반도체용 복합 기판
CN107986794A (zh) 大尺寸氮化铝陶瓷基板的制备方法
CN112912356B (zh) 氮化硅基板的制造方法以及氮化硅基板
KR101937961B1 (ko) 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 및 그 제조방법
KR20130031361A (ko) GaN 베이스 반도체 결정 성장용 다결정 질화알루미늄 기재 및 그것을 이용한 GaN 베이스 반도체의 제조 방법
CN111036888B (zh) 一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模方法
CN109652672B (zh) 一种反钙钛矿锰氮化合物/铝双连通结构复合材料及其制备方法
JP6236314B2 (ja) 炭化珪素接合体及びその製造方法
JP4244210B2 (ja) アルミニウム−セラミックス複合体及びその製造方法
JP2010109081A (ja) Ｌｅｄ発光素子用金属基複合材料基板及びそれを用いたｌｅｄ発光素子
CN111454058A (zh) 一种基于氧化锆陶瓷的手机背板及其制备方法
KR101643252B1 (ko) 사출성형에 의한 세라믹 면도날의 제조방법
JPH11156703A (ja) ラッピングプレートおよびその製造方法
JP4352761B2 (ja) プレス成形型及びそれを用いた成形方法
CN117565179A (zh) 一种氮化硅陶瓷基片材料流延成型工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant