[發明專利]一種金剛石顆粒增強金屬基復合材料的金屬化方法及結構

有效

• 申請號: 201710372483.1
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN106995896B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 史長明;劉興勝
• 申請（專利權）人: 西安炬光科技股份有限公司
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種金剛石顆粒增強金屬基復合材料的表面金屬化方法及結構，在金剛石顆粒增強金屬基復合材料表面上依次制備有第一金屬層以及第二金屬層，其中，前述金剛石顆粒增強金屬基復合材料表面裸露的金剛石顆粒表面與第一金屬層之間制備有碳化物層。第二金屬層可完整包覆復合材料中伸出的金剛石顆粒，可大幅降低復合材料表面的粗糙度，提高了復合材料的加工精度。

技術領域

本發明屬于金剛石復合材料領域，具體為金剛石顆粒增強金屬基復合材料的表面金屬化層結構。

背景技術

金剛石顆粒增強金屬基復合材料具有高導熱的優點，可用于高功率半導體激光器的熱沉/襯底材料、功率放大器件、大功率微波器件、大功率雷達器件的封裝材料。在半導體器件封裝領域，金剛石顆粒增強金屬基復合材料的熱膨脹系數(CTE)與半導體芯片匹配，解決了半導體芯片封裝中熱應力的問題，可以直接作為半導體芯片的封裝材料，但是金剛石顆粒增強金屬基復合材料在封裝應用中存在以下2個技術難題：

1.表面金屬化薄膜與裸露金剛石顆粒之間的界面結合問題：金剛石顆粒增強金屬基復合材料中的金剛石與焊料的浸潤性很差，難以直接與半導體芯片或器件進行鍵合，傳統的化學鍍Ni電鍍Au方式也不能在裸露的金剛石表面形成有效的冶金結合界面。

2.金剛石顆粒增強金屬基復合材料難以加工，表面質量差：金剛石顆粒具有極高的硬度，一般的機械加工方法難以保證金剛石顆粒增強金屬基復合材料的表面粗糙度和尺寸精度。

中國專利201410407949.3公開了一種金剛石銅復合材料表面鍍金的方法，工藝流程復雜，在產業化推廣中存在困難。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種金剛石顆粒增強金屬基復合材料的表面金屬化方法及結構。

一種金剛石顆粒增強金屬基復合材料的金屬化結構，具體為：金剛石顆粒增強金屬基復合材料表面上依次制備有第一金屬層以及第二金屬層，其中，前述金剛石顆粒增強金屬基復合材料表面裸露的金剛石顆粒表面與第一金屬層之間制備有碳化物層。所述第二金屬層的厚度大于前述復合材料表面裸露的金剛石顆粒的高度，使得第二金屬層完整包覆前述復合材料表面的金剛石顆粒。第二金屬層表面相對于前述復合材料包含有裸露的金剛石顆粒的表面而言，可以理解為是一個平面，在后續拋光處理后得到預期的粗糙度，用于半導體芯片的鍵合可得到更優的鍵合效果。

所述碳化物層具體為Cr₃C₇、Cr₂₃C₇、Cr₃C₂、Ni₃C、TiC、WC中的一種或多種。

所述第一金屬層具體為Ti、Pt、Au、Ni、Ni–P、Ni-Cr-P、W的一種或多種。

所述第二金屬層具體為Cu、Ti、Al、Cr、Ni、Ni-P、Ni-Cr-P、W中的一種或多種。

所述第一金屬層和/或第二金屬層為多種金屬的層狀結構，或者多種金屬的合金。

所述金剛石顆粒增強金屬基復合材料的金屬基材具體為Cu、Al、Ag、Mg、Ni、Co、Mo、Fe、Mn、Cr、Zr、B、Ti、Ta、Nb、Au、W、Zn在內的一種金屬材料或多種金屬組成的合金。

一種金剛石顆粒增強金屬基復合材料的金屬化方法，用于制備上述金剛石顆粒增強金屬基復合材料的金屬化結構，包括以下步驟：

步驟1) 在金剛石顆粒增強金屬基復合材料表面制備第一金屬層；

步驟2）在第一金屬層上制備出第二金屬層，第二金屬層的厚度大于前述復合材料表面裸露的金剛石顆粒的高度，使得第二金屬層完整包覆前述復合材料表面的金剛石顆粒；

步驟3）第二金屬層表面進行拋光和/或研磨處理。