[發明專利]一種具有復合式結構的高定向導熱材料的制備方法

在審

• 申請號: 201410747927.1
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN105728695A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 張習敏;郭宏;范葉明;韓媛媛;張永忠
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B22D18/02
• 分類號: B22D18/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術領域

本發明涉及一種具有復合式結構的高定向導熱材料的制備方法，屬于熱管理材料制備技術領域。

背景技術

目前集成電路元件向高功率及小型化發展，其密度越來越大，繼續探索更高導熱的新型封裝材料。目前比金剛石/銅(鋁)復合材料熱導率高的材料為碳材料，其中高定向石墨材料是以炭氫氣體為原料，在2000℃以上的高溫下，石墨基體上經化學氣相沉積出的具有較高結晶取向的炭素材料。它是典型的層狀結構，炭原子組成的六角層面上顯出高度的有序性。熱解石墨具有高密度(2.255-2.265g/cm3)、高純度(雜質含量<0.002％)、x-y方向的熱導率為1350-1700W/mK，z軸方向為10-30W/mK。高定向導熱碳材料雖然熱性能優異，但是自支撐能力差，難以直接用于熱沉材料，限制了材料的產業化應用。如果將其置于某基體內，通過基體的支撐來解決力學性能差的缺點，同時充分發揮碳材料優異的熱性能。

在金屬基復合材料中置入高導熱材料的研究曾有報道，CPS公司在熱電冷卻器的激光二極管封裝基板中預埋TPG片，厚度0.38毫米，2005年DS&ALLC在SiC/Al復合材料嵌入超高導熱的高定向熱解石墨片及金剛石栓的復合基板，散熱效果有很大提高。由于以上兩家研究單位均是采用了顆粒增強體預制件-液態壓鑄的工藝，鑲嵌較容易實現。而如果在傳統的封裝材料如銅、鋁等金屬封裝材料中置入高導熱材料大多通過機加工出放置高導熱材料的凹槽，置入高導熱材料，加蓋封存，然后整體熱壓焊合。USP5296310就提到了前面說到的制備工藝，但是對界面的改進未做任何改進，界面處僅為機械接觸，在冷熱循環的過程中高導熱材料與密封金屬材料之間滑動接觸。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有復合式結構的高定向導熱材料的制備方法，在金屬封裝材料鑲嵌碳材料，同時改善界面結合的制備工藝。

一種具有復合式結構的高定向導熱材料的制備方法，包括如下工藝步驟：

1)采用金屬封裝材料粉末制備金屬粉末預制件，在預制件中埋入高導熱碳材料；

2)將步驟1)中制得的預制件裝入石墨模具中，熔煉同種金屬封裝材料，擠壓鑄造入預制件中；

3)冷卻，脫模后制得具有復合式結構的高定向導熱材料。

步驟1)中，所述的金屬封裝材料包括鋁、銅、鋁合金和銅合金等。所用的金屬封裝材料粉末為現有市售產品或由各種現有方法制得。金屬封裝材料粉末的粒度為100-200μm。

所述高導熱碳材料包括HOPG(高定向熱解石墨)、CAPG(壓應力熱處理熱解石墨)、APG(退火熱解石墨)和TPG(高導熱石墨)等。金屬粉末預制件的制備方法可選擇現有方法，如粉末冶金法。

步驟2)中，擠壓鑄造的溫度及壓力等工藝參數取決于金屬封裝材料的熔點，如可選擇擠壓鑄造的壓力為5-10MPa，保壓時間為3-10min。

本發明的優點：

本發明先將高導熱材料采用現有工藝預埋在金屬粉的預制件中，然后在預制件中擠壓鑄造熔融的同種金屬液，制備得到一個具有復合式結構的高定向導熱材料。本發明將材料制備和界面改性在同一工藝步驟中完成，既改進了原有工藝中存在的高導熱材料與密封金屬材料之間機械接觸，減少熱阻，有效改善高導熱材料與封裝材料界面結合，又同時減少工藝環節。

本發明制備的材料可以廣泛應用在需要局部高效散熱的微電子封裝、激光二極管、IGBT和半導體、散熱片和蓋板。

附圖說明

圖1為具有復合式結構的高定向導熱材料結構圖，左側為示意圖，右側為實物圖。

圖2為具有復合式結構的高定向導熱材料制備方法流程圖。

主要附圖標記說明：

1高導熱碳材料2金屬封裝材料

具體實施方式

如圖1所示，為具有復合式結構的定向導熱材料，左側為示意圖，右側為實物圖，由金屬封裝材料2和密封其中的高導熱碳材料1構成。金屬封裝材料2可選擇已知的封裝金屬材料，如Al、Cu及其合金等。高導熱碳材料1可選擇帶有金屬鍍層的HOPG、CAPG、APG、TPG。

如圖2所示，為本發明的工藝流程：選擇金屬封裝材料粉末；制備預埋高導熱碳材料的金屬粉末預制件；熔融金屬封裝材料，用熔融的金屬封裝材料熔液擠壓鑄造預制件；冷卻，脫模。