[發明專利]導熱復合材料及其制備方法、散熱件

有效

• 申請號: 201811316523.1
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109371303B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 曾凡坤;馬洪兵;薛晨;江南;童幸生;何強
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00;C22C1/05;C22C1/10;H01L23/373
• 代理公司: 杭州華進聯浙知識產權代理有限公司 33250
• 代理人: 李麗華

本發明涉及導熱復合材料及其制備方法、散熱件。所述導熱復合材料由金剛石復合顆粒、石墨復合片和鋁粉熱壓燒結而成，其中，所述金剛石復合顆粒包括金剛石顆粒和依次包覆金剛石顆粒的第一碳化物層和鋁層，所述石墨復合片沿水平方向分布，所述金剛石復合顆粒分布于所述導熱復合材料中，并填充于相鄰的兩個石墨復合片之間而在垂直方向形成導熱通道。本發明導熱復合材料具有熱導率高、熱膨脹系數可控和力學性能優異的特點，可作為熱沉材料應用于高功率密度、高熱流密度的電子設備等對散熱能力有高要求的散熱件中，從而保障器件的穩定運行。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，特別是涉及導熱復合材料及其制備方法、散熱件。

背景技術

隨著電子產業的快速發展，功率器件的單位熱密度越來越高，因而對熱沉材料的要求也越來越高。

傳統的熱沉材料中，金屬電子封裝材料(如銅和鋁)具有良好的加工性能和導熱性能，但其熱膨脹系數(17×10^-6～23×10^-6/K)較高，導致其難以和電子芯片的熱膨脹系數相匹配。碳化硅/鋁基復合材料具有較高的強度，但熱導率低，只有150W/m·K～300W/m·K，不能滿足電子元件對熱沉材料散熱性能的要求。金剛石-鋁復合材料熱導率雖然可以達到450W/m·K～560W/m·K，但高質量分數的超高硬度金剛石使得復合材料難以加工，不具備大規模商業應用價值。雖然石墨-鋁基復合材料具有熱導率高、熱膨脹系數可控、質輕等優點，在熱工管理方面受到越來越多的關注。但是，由于石墨導熱性能的各向異性，使得制備出的石墨-鋁基復合材料的導熱能力也具有方向性，如高性能的石墨-鋁基復合材料平行于片層方向的熱導率可達500W/m·K～800W/m·K，而垂直于石墨片層方向的熱導率只有30W/m·K～50W/m·K。同時，石墨與鋁的潤濕角大，界面反應會生成易水解的Al₄C₃相，Al₄C₃相的存在會降低復合材料的強度，從而限制它的應用范圍。

發明內容

基于此，有必要針對上述熱沉材料的問題，提供一種導熱復合材料及其制備方法、散熱件；該導熱復合材料的熱導率高、熱膨脹系數可控、機械性能和加工性能優異，可用于散熱件中。

一種導熱復合材料，所述導熱復合材料由金剛石復合顆粒、石墨復合片和鋁粉熱壓燒結而成，其中，所述金剛石復合顆粒包括金剛石顆粒和依次包覆金剛石顆粒的第一碳化物層和鋁層，所述石墨復合片沿水平方向分布，所述金剛石復合顆粒分布于所述導熱復合材料中，并填充于相鄰的兩個石墨復合片之間而在垂直方向形成導熱通道。

在其中一個實施例中，所述導熱復合材料中，所述金剛石復合顆粒的質量分數為5％～40％，所述石墨復合片的質量分數為30％～65％，所述鋁粉的質量分數為30％～65％。

在其中一個實施例中，所述金剛石顆粒的粒徑為0.1μm～200μm，所述第一碳化物層的厚度為1nm～3000nm。

在其中一個實施例中，在所述第一碳化物層和所述鋁層之間還包括有第一單質層。

在其中一個實施例中，所述第一單質層的厚度為1nm～5000nm。

在其中一個實施例中，所述石墨復合片包括石墨片和包覆石墨片的第二碳化物層；或者

所述石墨復合片包括石墨片和依次包覆石墨片的第二碳化物層和第二單質層。

在其中一個實施例中，所述石墨片的片徑為10μm～800μm，所述石墨片的厚度為1μm～100μm，所述第二碳化物層的厚度為1nm～3000nm，所述第二單質層的厚度為1nm～5000nm。