[发明专利]金刚石膜-铜复合散热片的制备方法

说明书

本发明为一种金刚石膜‑铜复合散热片的制备方法，解决了金刚石无法以高结合强度的膜层直接在铜表面沉积，而现有焊接法制备金刚石膜‑铜复合散热片时，对金刚石厚度要求高，且需要研磨抛光处理，操作复杂，生产周期长和成本高等问题。本发明通过在硅基片表面沉积金刚石薄膜，然后将金刚石膜/硅基片整体与铜进行钎焊，最后再去除硅基片，获得金刚石‑铜复合散热片。本发明沉积金刚石膜的厚度为50‑300μm即可满足散热片的制备及应用需求，同时不需要对金刚石膜进行抛光处理，能大幅降低散热片的制备周期和成本，同时操作也更加方便。此外，采用未抛光的金刚石直接进行焊接处理，有利于在金刚石膜和铜片间获得较高的焊接强度。

技术领域

本发明涉及热管理材料制备技术领域，具体是一种金刚石膜-铜复合散热片的制备方法。

背景技术

化学气相沉积法制备的金刚石膜具有很高的散热性能。研究表明，当金刚石膜的厚度＞50μm时，其热导率即能够与金刚石体材料的热导率相比拟，因此，在芯片、高功率激光二极管、高功率发光二极管等器件散热方面得到广泛的应用。

然而，由于金刚石的热导率很高，作为散热零件使用时，为了与电子器件能够实现良好的热匹配，一般需要将金刚石膜与铜复合后，再与器件连接在一起。将金刚石膜与铜复合的方式主要有两种：一种是将金刚石膜直接沉积到铜片表面。采用该方式时，金刚石在沉积过程中碳原子很难向铜片中扩散或形成碳化物过渡层，且金刚石与铜的膨胀系数（TEC_diamond=1.2×10^-6～4.5×10^-6/℃，TEC_Cu=17.5×10^-6/℃）差异较大，热应力导致结合强度很低，所以金刚石无法以涂层的方式直接制备在铜片表面。另一种是将金刚石与铜片焊接起来形成复合片，这种方法能在金刚石和铜片之间形成较高的结合强度，是目前制备金刚石-铜复合散热片的主要方法。采用该方法时，一般是先将金刚石膜与沉积时的基体（Si、Mo等）材料分离形成自支撑的膜，然后双面抛光后，再与铜复合在一起使用。这种方法需要的金刚石膜必须具备一定的厚度（一般＞300μm），其原因主要有两个方面，一是金刚石膜断裂强度较低，较薄的金刚石膜非常容易出现裂纹，无法进行研磨抛光和焊接处理，或研磨抛光和焊接难度大，成品率低；二是，金刚石膜沉积过程中，等离子体及沉积温度的分布不均匀性会致使膜的厚度不一致，而另一方面，金刚石膜与基体分离后，也会由于界面内应力的释放，导致金刚石膜产生一定的变形量，这两种情况会使金刚石膜焊接面无法与铜片形成良好的贴合，造成焊接强度不高，无法抵御在承受快速热循环时由于热膨胀系数差异产生的应力，因此，需要通过研磨抛光处理使金刚石膜表面平整度在1μm以内，以满足金刚石膜与铜片之间的黏合，获得高的结合强度。这两方面的原因使得金刚石膜需要具有较高的厚度，才能满足金刚石膜/铜复合散热片的制备和使用需求，毫无疑问，较高的厚度会延长制备时间，同时，后期的研磨抛光也会导致成本的增加。

发明内容

本发明的目的是为了解决金刚石无法以高结合强度的膜层直接在铜表面沉积，而现有焊接法制备金刚石膜-铜复合散热片时，对金刚石厚度要求高，且需要研磨抛光处理，操作复杂，生产周期长和成本高等问题，而提供一种金刚石膜-铜复合散热片的制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种金刚石膜-铜复合散热片的制备方法，包括以下步骤：1）采用化学气相沉积法在抛光后的硅基片上制备一层金刚石膜；2）将沉积了金刚石膜的硅基片整体与铜片进行钎焊处理；3）使用耐腐蚀胶将铜片封装并晾干；4）使用酸溶液将硅基片腐蚀掉，然后去除耐腐蚀胶层，即获得金刚石膜-铜复合散热片。

作为优选的技术方案，所述的金刚石膜的厚度为50-300μm。

作为优选的技术方案，步骤2）中，沉积了金刚石膜的硅基片整体与铜片进行钎焊时，采用含Cu的活性焊剂直接进行活性钎焊或者是先将沉积了金刚石膜的硅基片先进行金属化处理，再采用普通焊剂或活性焊剂进行钎焊。