CN111036888A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

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，它属于电子封装材料制备技术领域。它要解决现有金刚石/铝复合材料大尺寸薄片的近净成型脱模困难且成品率低的问题。方法：一、压力浸渗；二、薄片连同模具浸没到有机溶剂中，超声振动后辅以机械力取下阳模，再浸没到有机溶剂中，超声振动后辅以机械振动，取下阴模；三、打磨，清洗。本发明实现了金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型脱模，简单易操作，能显著提高脱模效率和成品率，成品率高达95％～100％；且成本低，加工方便，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。本发明适用于大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模。

Description

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
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近净成型脱模方法。
背景技术
随着电子器件不断小型化以及高集成高功率发展，系统单位体积发热率不断增大，大功率器件运行过程中热损伤导致器件无法正常工作的比例逐渐上升。现有热沉材料，例如WCu、MoCu系列和Al/SiC、Cu/SiC逐渐难以满足高功率器件的散热要求。金刚石/铝复合材料因具有高导热、低膨胀、低密度等优异的综合性能，成为大功率芯片热沉的重要候选材料。现有的技术路径是先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，存在大尺寸薄片样件近净成型脱模困难且成品率低的问题。这是由于复合材料制备过程中，液态铝与石墨模具发生反应，最终生成的金刚石/铝复合材料与模具结合力较高，同时，金刚石/铝复合材料自身刚度又低，当在外力作用下脱模时，复合材料极易发生翘曲变形。
发明内容
本发明目的是解决现有金刚石/铝复合材料大尺寸薄片的近净成型脱模困难且成品率低的问题，而提供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。
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，按以下步骤实现：
一、压力浸渗：将金刚石粉装入模具中振实做成预制体，将块状纯铝或铝合金放置于预制体上部，抽真空，在惰性气体保护下升温熔铝，加压浸渗，保压冷却，卸压，随炉冷至室温，完成浸渗，获得金刚石/铝复合材料薄片连同模具；
二、将上述所得金刚石/铝复合材料薄片连同模具浸没到有机溶剂中，并置于超声振动设备内，在150～200kHz频率下振动90～120min，取出，辅以机械力取下模具的阳模件，然后将金刚石/铝复合材料薄片连同模具的阴模浸没到有机溶剂中，并置于超声振动设备内，在80～150kHz频率下振动60～90min，取出，辅以机械振动，取下模具的阴模件，获得金刚石/铝复合材料薄片；
三、将步骤二中所得金刚石/铝复合材料薄片用细砂纸打磨，然后用无水乙醇清洗，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模。
本发明的有益效果是：
本发明采用超声高频小幅均匀振动辅助机械力和振动，实现金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型脱模，脱模简单易操作，能显著提高脱模效率和成品率，成品率高达95％～100％；且成本低，加工方便，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。
本发明亦适用于其他的金刚石/金属复合材料薄片近净成型脱模。
本发明适用于大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模。
附图说明
图1为实施例1中所得金刚石/铝复合材料薄片的尺寸；
图2为实施例1中所得金刚石/铝复合材料薄片的厚度。
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近净成型脱模方法，按以下步骤实现：
一、压力浸渗：将金刚石粉装入模具中振实做成预制体，将块状纯铝或铝合金放置于预制体上部，抽真空，在惰性气体保护下升温熔铝，加压浸渗，保压冷却，卸压，随炉冷至室温，完成浸渗，获得金刚石/铝复合材料薄片连同模具；
二、将上述所得金刚石/铝复合材料薄片连同模具浸没到有机溶剂中，并置于超声振动设备内，在150～200kHz频率下振动90～120min，取出，辅以机械力取下模具的阳模件，然后将金刚石/铝复合材料薄片连同模具的阴模浸没到有机溶剂中，并置于超声振动设备内，在80～150kHz频率下振动60～90min，取出，辅以机械振动，取下模具的阴模件，获得金刚石/铝复合材料薄片；
三、将步骤二中所得金刚石/铝复合材料薄片用细砂纸打磨，然后用无水乙醇清洗，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模。
本实施方式步骤一中模具的尺寸符合大功率芯片热沉材料的尺寸要求。
本实施方式步骤三中所述细砂纸打磨的目的是除去薄片表面的杂质。
本实施方式步骤三中所述有机溶剂清洗的目的是除去薄片表面的残留物。
本实施方式中金刚石/铝复合材料薄片的厚度为0.2mm～2mm。
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粉的粒度为90～106μm。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粉与纯铝或铝合的质量比为0.6:0.4。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
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，步骤一中所述抽真空至0.1～1kPa。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，步骤一中所述惰性气体为99.99％的氩气。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，步骤一中所述升温熔铝是以5～15℃/min的速率升温至700～900℃；加压浸渗施加的压力为0.5～20MPa；保压冷却至500℃。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，步骤二中在80kHz频率下振动100min。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，步骤二中在120kHz频率下振动70min。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，步骤二中所述机械振动是指将阴模倒扣，薄片位置悬空，以均匀的力锤击模具四周。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，步骤二中所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮或异丙醇。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是，步骤三中所述细砂纸为2000#。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
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近净成型脱模方法，按以下步骤实现：
一、压力浸渗：将金刚石粉装入模具中振实做成预制体，将块状纯铝或铝合金放置于预制体上部，抽真空，在惰性气体保护下升温熔铝，加压浸渗，保压冷却，卸压，随炉冷至室温，完成浸渗，获得金刚石/铝复合材料薄片连同模具；
二、将上述所得金刚石/铝复合材料薄片连同模具浸没到无水乙醇中，并置于超声振动设备内，在200kHz频率下振动120min，取出，辅以机械力取下模具的阳模件，然后将金刚石/铝复合材料薄片连同模具的阴模浸没到无水乙醇中，并置于超声振动设备内，在150kHz频率下振动90min，取出，辅以机械振动，取下模具的阴模件，获得金刚石/铝复合材料薄片；
三、将步骤二中所得金刚石/铝复合材料薄片用细砂纸打磨，然后用无水乙醇清洗，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模。
本实施例中近净成型脱模后所得金刚石/铝复合材料，脱模成品率为96％；如图1和图2所示，金刚石/铝复合材料薄片的尺寸为85mm×75mm×0.3mm，薄片的平面度为0.2mm。
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近净成型脱模方法，按以下步骤实现：
一、压力浸渗：将金刚石粉装入模具中振实做成预制体，将块状纯铝或铝合金放置于预制体上部，抽真空，在惰性气体保护下升温熔铝，加压浸渗，保压冷却，卸压，随炉冷至室温，完成浸渗，获得金刚石/铝复合材料薄片连同模具；
二、将上述所得金刚石/铝复合材料薄片连同模具浸没到无水乙醇中，并置于超声振动设备内，在180kHz频率下振动90min，取出，辅以机械力取下模具的阳模件，然后将金刚石/铝复合材料薄片连同模具的阴模浸没到无水乙醇中，并置于超声振动设备内，在100kHz频率下振动60min，取出，辅以机械振动，取下模具的阴模件，获得金刚石/铝复合材料薄片；
三、将步骤二中所得金刚石/铝复合材料薄片用细砂纸打磨，然后用无水乙醇清洗，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模。
本实施例中近净成型脱模后所得金刚石/铝复合材料，脱模成品率为100％；金刚石/铝复合材料薄片的尺寸为φ250mm×0.5mm，薄片的平面度为1mm。
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近净成型脱模方法，按以下步骤实现：
一、压力浸渗：将金刚石粉装入模具中振实做成预制体，将块状纯铝或铝合金放置于预制体上部，抽真空，在惰性气体保护下升温熔铝，加压浸渗，保压冷却，卸压，随炉冷至室温，完成浸渗，获得金刚石/铝复合材料薄片连同模具；
二、将上述所得金刚石/铝复合材料薄片连同模具浸没到无水乙醇中，并置于超声振动设备内，在200kHz频率下振动100min，取出，辅以机械力取下模具的阳模件，然后将金刚石/铝复合材料薄片连同模具的阴模浸没到无水乙醇中，并置于超声振动设备内，在130kHz频率下振动80min，取出，辅以机械振动，取下模具的阴模件，获得金刚石/铝复合材料薄片；
三、将步骤二中所得金刚石/铝复合材料薄片用细砂纸打磨，然后用无水乙醇清洗，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模。
本实施例中近净成型脱模后所得金刚石/铝复合材料，脱模成品率为99％；金刚石/铝复合材料薄片的尺寸为75mm×20mm×0.3mm，薄片的平面度为0.1mm。

Claims (10)

1.一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，其特征在于它按以下步骤实现：
一、压力浸渗：将金刚石粉装入模具中振实做成预制体，将块状纯铝或铝合金放置于预制体上部，抽真空，在惰性气体保护下升温熔铝，加压浸渗，保压冷却，卸压，随炉冷至室温，完成浸渗，获得金刚石/铝复合材料薄片连同模具；
二、将上述所得金刚石/铝复合材料薄片连同模具浸没到有机溶剂中，并置于超声振动设备内，在150～200kHz频率下振动90～120min，取出，辅以机械力取下模具的阳模件，然后将金刚石/铝复合材料薄片连同模具的阴模浸没到有机溶剂中，并置于超声振动设备内，在80～150kHz频率下振动60～90min，取出，辅以机械振动，取下模具的阴模件，获得金刚石/铝复合材料薄片；
三、将步骤二中所得金刚石/铝复合材料薄片用细砂纸打磨，然后用无水乙醇清洗，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料近净成型脱模。
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近净成型脱模方法，其特征在于步骤一中所述金刚石粉的粒度为38～150μm。
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近净成型脱模方法，其特征在于步骤一中所述金刚石粉与纯铝或铝合的质量比为0.6:0.4。
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近净成型脱模方法，其特征在于步骤一中所述抽真空至0.1～1Pa。
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近净成型脱模方法，其特征在于步骤一中所述惰性气体为99.99％的氩气。
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近净成型脱模方法，其特征在于步骤一中所述升温熔铝是以5～15℃/min的速率升温至700～900℃；加压浸渗施加的压力为0.5～20MPa；保压冷却至500℃。
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近净成型脱模方法，其特征在于步骤二中在80kHz频率下振动100min。
8.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近净成型脱模方法，其特征在于步骤二中在120kHz频率下振动70min。
9.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近净成型脱模方法，其特征在于步骤二中所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮或异丙醇。
10.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近净成型脱模方法，其特征在于步骤三中所述细砂纸为2000#。
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