[發(fā)明專利]多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板及制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310037996.9
• 申請(qǐng)日: 2013-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN103968345A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張勁松;金鵬;許衛(wèi)剛;曹小明;楊振明;田沖;付強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 襄陽新瑞源科技信息有限公司;中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): F21V29/00
• 分類號(hào): F21V29/00;F21Y101/02
• 代理公司: 襄陽中天信誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42218
• 代理人: 何靜月

1.一種多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板，其特征在于：散熱基板由多個(gè)陶瓷與金屬復(fù)合而成的陶瓷/金屬復(fù)合材料、絕緣層及電路層構(gòu)成；每個(gè)陶瓷與金屬復(fù)合部分為該陶瓷/金屬復(fù)合材料中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；質(zhì)點(diǎn)的總面積占陶瓷/金屬復(fù)合材料總面積的比例為10%---80%。

2.按照權(quán)利要求1所述的多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板，其特征在于：所述陶瓷為SiC、Si₃N₄、AlN、Al₂O₃、TiC、TiB₂、或B₄C陶瓷，優(yōu)選導(dǎo)熱率高、膨脹系數(shù)小的SiC、SiN、或AlN陶瓷。

3.按照權(quán)利要求1所述的多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板，其特征在于：所述陶瓷形狀與其接觸的功率芯片或器件的傳導(dǎo)熱流橫截面相近，尺寸不小于傳導(dǎo)熱流橫截面尺寸。

4.按照權(quán)利要求1所述的多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板，其特征在于：所述陶瓷為致密陶瓷、或具有三維連通孔隙結(jié)構(gòu)特征的、孔隙率30%-80%的多孔陶瓷，或泡沫陶瓷；所述多孔陶瓷平均孔徑尺寸1mm-500mm的多孔陶瓷，或平均孔徑尺寸0.1mm--5mm的泡沫陶瓷；所述泡沫陶瓷，在泡沫陶瓷網(wǎng)孔內(nèi)充填平均粒度為0.1mm-100mm的 SiC、Si₃N₄、AlN、Al₂O₃、TiC、TiB₂或B₄C陶瓷粉體。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板，其特征在于：所述在水平方向上，質(zhì)點(diǎn)陶瓷與金屬直接結(jié)合，或者同時(shí)在水平方向和垂直于水平方向上，陶瓷與金屬直接結(jié)合；陶瓷及其與金屬復(fù)合部分與基板在同一水平面，或者凸出一部分。

6.按照權(quán)利要求1所述的多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板，其特征在于：所述金屬是：純銅、銅合金、純鋁及鋁合金；銅合金是黃銅、白銅或青銅；鋁合金是鋁硅合金、鋁鎂硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁錳合金、鋁鋅合金或鋁鋰合金。

7.按照權(quán)利要求1所述的多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板，其特征在于：所述絕緣層為聚合物或添加陶瓷顆粒的聚合物、氧化鋁、氮化鋁、導(dǎo)熱玻璃、搪瓷。

8.一種多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板的制備方法，其特征在于陶瓷/金屬復(fù)合材料的制備包括以下工序：

金屬熔煉

將金屬材料放入中頻感應(yīng)熔煉爐或坩堝熔煉爐內(nèi)熔煉，熔煉溫度為600 °C—1500 °C，得金屬熔液；

復(fù)合，復(fù)合方法為以下兩種方法之一

A擠壓鑄造

首先將陶瓷放入箱式爐內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300 °C - 900 °C；同時(shí)將復(fù)合模具預(yù)熱至200 °C - 400 °C；然后將經(jīng)過預(yù)熱的陶瓷塊放入復(fù)合模具中，同時(shí)將金屬熔液澆注到模具中，加壓充型；所加壓力大于20MPa；加壓時(shí)間大于5 s；保壓時(shí)間大于5 s；

或B負(fù)壓鑄造

復(fù)合模具底面或側(cè)面開孔，用鋼管與真空室聯(lián)結(jié)，中間安裝蝶閥控制通斷，鋼管與模具連接處通水冷卻，防止金屬熔液進(jìn)入蝶閥或真空室；真空室的真空度小于2000 Pa；首先將陶瓷塊放入箱式爐內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300 °C - 900 °C；同時(shí)將復(fù)合模具預(yù)熱至200 °C - 400 °C；然后將經(jīng)過預(yù)熱陶瓷放入到復(fù)合模具中，同時(shí)利用坩堝將金屬熔液澆注到模具中，打開蝶閥使陶瓷迅速形成真空，利用大氣壓力將金屬熔液壓到陶瓷網(wǎng)孔中；

金屬化：

金屬化材料采用SnAgCu系列、SnCu系列金屬粉體或薄帶，采用磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、金屬熔覆或燒結(jié)方法實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選金屬熔覆法，即：在質(zhì)點(diǎn)表面，涂覆SnAgCu或SnCu系列金屬粉體或薄帶，而后加熱至其熔點(diǎn)之上，使其在均勻分布在質(zhì)點(diǎn)表面，冷卻。

9.按照權(quán)利要求8所述的多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料散熱基板的制備方法，其特征在于：所述的工序還可以為常壓鑄造、真空鑄造和負(fù)壓吸鑄的方法，使熔融的金屬與致密陶瓷結(jié)合形成陶瓷金屬復(fù)合材料基板，或通過熔融金屬進(jìn)入多孔陶瓷中的三維連通網(wǎng)孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多孔陶瓷與金屬復(fù)合，獲得多質(zhì)點(diǎn)陶瓷/金屬復(fù)合材料。