[發明專利]金剛石復合材料和散熱部件

在審

• 申請號: 201580047186.9
• 申請日: 2015-09-01
• 公開（公告）號: CN106795596A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 森川達矢;角倉孝典;大澤謙介
• 申請（專利權）人: 聯合材料公司
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00;B22F3/10;B22F3/24;C22C1/05;C22C1/10;C22C5/06;C22C5/08;C22C32/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 王靜,高釗

技術領域

本發明涉及一種其中金剛石和金屬被復合在一起的復合材料及其制造方法，以及一種由該復合材料構成的散熱部件。特別地，本發明涉及一種導熱性優異、適合作為用于散熱部件的材料并且致密的金剛石復合材料，以及一種制造金剛石復合材料的方法，該方法可以有效地制造這樣的金剛石復合材料，其中金剛石和金屬之間的潤濕性優異，并且該金剛石復合材料是致密材料。

背景技術

正在逐漸開發半導體元件，以實現更高的集成度、更高的功率和更高的速度。因此，需要使半導體元件充分散熱，以防止半導體元件達到運行上限溫度。通常，使半導體元件散熱利用自然對流和強制通風以及用于擴大散熱表面的散熱部件(稱為散熱片、散熱器等)。

作為要求呈現特別高的散熱性的散熱部件的材料，已經考慮了具有高導熱率的金剛石和金屬的復合材料。專利文獻1公開了金剛石和Ag-Cu合金的復合材料。專利文獻2公開了金剛石和銅的復合材料。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利未審查公開No.2004-197153

專利文獻2：WO2003/040420

發明內容

技術問題

通常，金剛石與金屬的潤濕性差。其結果是，當將金剛石和金屬復合在一起時，金剛石和金屬的界面的附近會產生孔隙，并引起復合材料的密度和導熱率降低。因此，需要開發一種金剛石和金屬的復合材料，其用作半導體元件等的散熱部件的材料、具有極少的孔隙并且致密且導熱性優異。

專利文獻1公開了一種這樣的構成，其中使用Ti粉末作為原料，并且使金剛石本身和Ti反應以在金剛石顆粒的表面上形成Ti的碳化物，使Ti的碳化物和Ag-Cu合金潤濕，從而使得金剛石顆粒和Ag-Cu合金通過Ti的碳化物彼此緊密地密著。然而，Ti或類似的元素周期表中的第4族元素通常容易與氧鍵合，并且氧化物膜可存在于Ti的粉末顆粒的表面上。該氧化物膜抑制金剛石和Ti的反應并且不能充分地提高潤濕性，這可能引起由孔隙導致的復合材料的密度降低以及復合材料的導熱率降低。可能殘留在復合材料中的氧化物也可能會導致導熱率降低。

此外，在專利文獻1中，使用銀粉、銀板等作為原料。銀本身可能含有氧，因此，從銀中釋放的氧和元素周期表中的第4族元素(例如，Ti)結合在一起以形成氧化物，這可能會抑制金剛石和Ti的反應。

此外，工業金剛石可能具有殘留在金剛石粉末顆粒的表面上的氧化物(例如，Cr、Fe等的氧化物)，該氧化物產生于用于生產金剛石的試劑等。該氧化物還可以作為抑制金剛石和元素周期表中的第4族元素(如Ti)的反應的一個因素。

參考文獻2公開了一種這樣的制造方法，其中將金剛石粉末和銅粉末的壓坯填充到Mo制膠囊(capsule)中并在超高壓力下燒結，隨后，研磨膠囊并因此去除該膠囊。該參考文獻表明通過該制造方法，獲得了致密的復合材料并且在銅中未形成氧化物。然而，該復合材料僅具有彼此接觸而不是彼此接合的金剛石和銅，并且當將其用作散熱部件時，其經歷反復的冷熱循環，可能在金剛石和銅的界面處產生間隙并損害熱特性。此外，該制造方法需要能夠產生和控制超高壓力的設備，因此在復合材料的生產率方面較差。因此，需要一種這樣的制造金剛石復合材料的方法，其為更方便的制造方法，并且還可以減少和除去可能引起導熱性降低的氧化物。

因此，本發明的一個目的是提供一種導熱性優異且致密的金剛石復合材料和散熱部件。此外，本發明的另一目的是提供一種制造金剛石復合材料的方法，該方法可以有效地制造金剛石和金屬之間的潤濕性優異的致密金剛石復合材料。

解決問題的方案

根據本發明的一種方式的金剛石復合材料包含：被覆金剛石顆粒，其包括金剛石顆粒、和覆蓋所述金剛石顆粒的表面并且包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層；以及與所述被覆金剛石顆粒結合在一起的銀或銀合金，其中所述金剛石復合材料的氧含量為0.1質量％以下。

作為上述金剛石復合材料的制造方法，(例如)可以列舉以下制造方法。金剛石復合材料的制造方法包括以下準備步驟、填充步驟和浸滲步驟。

(準備步驟)準備以下原料的步驟：金剛石粉末；選自包含元素周期表中的第4族元素的硫化物、氮化物、氫化物和硼化物中的一種或多種第4族化合物的粉末；以及包括銀或銀合金的金屬材料。

(填充步驟)將上述金剛石粉末、上述第4族化合物的粉末和上述金屬材料填充到模具中的步驟。