[发明专利]一种高导热金刚石/Cu-Ni复合材料热沉的制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热金刚石/Cu‑Ni复合材料热沉的制备方法，属于复合材料技术领域，该方法为：一、将人造金刚石、磨球进行清洗并烘干；二、将清洗干净的人造金刚石、球形铜粉、Ni₄Cu合金粉末以及洗净的磨球置于球磨罐之中并密封抽真空再进行球磨；三、待球磨结束，球料分离，将球磨后的混合粉末放入放电等离子烧结炉中设定相应参数进行烧结。通过本发明能够制造出高热导率的金刚石/Cu‑Ni复合材料热沉，其原理是通过在Cu基体中加入Ni₄Cu合金，在烧结过程中改善金刚石和Cu之间的润湿性，从而提高金刚石/Cu热沉的热导率。

技术领域

本专利发明涉及高导热金刚石/Cu热沉领域，尤其是涉及一种高导热金刚石/Cu-Ni热沉的制备方法。

背景技术

在电子封装散热领域，金刚石/铜复合材料具有高导热系数以及与 Si、Ga As、GaN、Si C 等半导体材料相匹配的热膨胀系数，一直被认为是新一代热管理材料的代表，在航空航天领域有着十分广泛的应用前景。

金刚石/Cu作为新一代电子封装材料引起广泛关注，但由于面临两方面问题限制着金刚石/Cu的广泛应用：①、由于铜与金刚石之间的化学亲合力较弱，铜不能充分润湿金刚石。该问题导致不良的界面结合，并因此限制了金刚石/Cu界面的热传导。其解决方法是在金刚石表面镀覆或者在铜中添加可形成碳化物的元素，使金刚石和铜更好的结合，从而降低金刚石和铜的界面热阻。②、金刚石有着较高的硬度，难以进行机械加工，需开发净近成型技术。

正如上述提到的问题，金刚石和铜既不反应、润湿性不好，即使在温度高达 1400℃时，两者之间的润湿角也仍为128°。因此提高金刚石颗粒和 Cu 基体之间的润湿性是制备金刚石/Cu复合材料的重要球节之一。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的方法是通过在Cu基体中加入Ni₄Cu合金在烧结过程中改善金刚石和Cu之间的润湿性，从而提高金刚石/Cu热沉的热导率。

本发明是这样实现的：

选取球形铜粉，Ni4Cu合金粉末，人造金刚石颗粒。球形铜粉粒径为10~20um；Ni₄Cu合金粉颗粒粒径为10~20um；人造金刚石颗粒粒径为90~110um；

进一步，清洗金刚石颗粒；

进一步，将金刚石颗粒与球形铜粉、Ni4Cu合金粉末混合球磨；

进一步，将球磨后的混合物放入放电等离子烧结炉中进行烧结，设定合理的烧结参数来改善样品的致密度以及金刚石的界面层厚度。

上述实现过程中参数：

球磨参数：采用行星式球磨机，粉末混装后对球磨罐进行抽真空处理使得罐内气压：≤0.1Mpa，球磨转速：280~380r/min，时间：正反转各90min；

放电等离子烧结参数：烧结温度：850~950℃；烧结压力：40~80MPa；烧结时间：30~50min；合理的放电等离子烧结参数能够控制样品的致密度以及界面层厚度达到理想目标。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

高导热金刚石/Cu-Ni热沉的制备方法，具体步骤：

选取粒径为10um的球形铜粉；粒径为10um的Ni4Cu合金粉颗粒；粒径为100um的人造金刚石颗粒；

进一步的，清洗金刚石颗粒；