[發明專利]一種制備高性能鋁基復合材料散熱基板的方法

有效

• 申請號: 202210188318.1
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114582730B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 傅蔡安;傅菂;李成力
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;C22C1/10;C22C1/02;B22D7/00;B22D19/00;B22D27/11;B22D27/20;C22C21/00;C22C26/00;B22D21/04
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 嚴梅芳

一種制備高性能鋁基復合材料散熱基板的方法，包括加工設備，加工設備的具體結構為：包括真空加熱爐，所述真空加熱爐內放置鋼制坩堝，所述鋼制坩堝內底面設置有強氧化劑，所述強氧化劑和鋼制坩堝的上表面同時放置成形模具，成形模具上表面放置鋁塊，所述真空加熱爐一端通過管路連接真空泵，另一端通過管路連接氮氣罐；采用壓力浸滲法，形成了具有更高致密度的鋁基陶瓷復合材料，鋁基陶瓷復合材料由一種金屬基體和非金屬增強相構成，其中鋁為金屬基體，非金屬增強相可為金剛石、石墨烯等，以金剛石為例，本工藝通過高壓浸滲，使鋁液填充在金剛石顆粒的空隙間。

技術領域

本發明涉及散熱期間加工技術領域，尤其是一種制備高性能鋁基復合材料散熱基板的方法。

背景技術

鋁基導熱復合材料具有高熱導率、與封裝芯片相匹配的熱膨脹系數、質量輕、剛度大等特點，是目前理想的大功率集成電路模塊封裝散熱材料。多芯片組件和大電流功率模塊是航天航空、國防建設、民用交通、輸變電系統等的核心部件，目前常見的金屬基復合散熱材料有鋁石墨烯、鋁金剛石和鋁碳化硅等。

金剛石是自然界中最硬的物質，其熱導能達到2000W/m·K，隨著技術的進步，人工金剛石粉料的價格逐漸在下降，但金剛石在高溫下會發生高溫裂解。石墨烯的熱導高達3500W/m·K。但石墨烯在550℃以上易氧化，與空氣中的氧氣反應生成二氧化碳，產生“失重”現象。碳化硅其本身的熱導較低，所制備的復合材料熱導并不理想。因此，如果能夠解決陶瓷材料的高溫裂解和失重問題，鋁金剛石和鋁石墨烯復合材料將成為導熱復合材料的最佳選擇之一。

發明內容

本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種制備高性能鋁基復合材料散熱基板的方法，從而采用壓力浸滲法，形成了具有更高致密度的鋁基陶瓷復合材料，鋁基陶瓷復合材料由一種金屬基體和非金屬增強相構成，其中鋁為金屬基體，非金屬增強相可為金剛石、石墨烯等，以金剛石為例，本工藝通過高壓浸滲，使鋁液填充在金剛石顆粒的空隙間。

本發明所采用的技術方案如下：

一種制備高性能鋁基復合材料散熱基板的方法，包括加工設備，加工設備的具體結構為：包括真空加熱爐，所述真空加熱爐內放置鋼制坩堝，所述鋼制坩堝內底面設置有強氧化劑，所述強氧化劑和鋼制坩堝的上表面同時放置成形模具，成形模具上表面放置鋁塊，所述真空加熱爐一端通過管路連接真空泵，另一端通過管路連接氮氣罐；

操作過程如下：

第一步：準備陶瓷顆粒，將陶瓷顆粒進行配比，通過振動和壓實工作，將陶瓷顆粒壓制成粉料塊；

第二步：通過模具鋼隔板、鋁箔支撐成形模具，將第一步中得到的石粉料塊裝入成形模具的兩鋁箔之間的凹槽內；

第三步：在鋼制坩堝內部凹槽內鋪上一層強氧化劑；

第四步：將成形模具放入鋼制坩堝內部，將計算好體積的鋁塊放置在成形模具上，同鋼制坩堝一起放入真空加熱爐中；

第五步：真空泵工作，開始抽真空，真空度達到10Pa-10^-2Pa，停止抽真空；

第六步：真空加熱爐開始進行加熱，加熱溫度設定650-800℃，加熱時間30-120分鐘,保溫60-240分鐘；隨著加熱的開始，真空加熱爐內殘留的氧氣與強氧化劑會發生反應，進一步去氧。

第七步：將鋁錠放入融鋁爐中，設置加熱溫度為650℃-850℃，打開加熱開關，使鋁錠熔化，制備精煉的鋁液，為后面鋁液的澆鑄和擠壓做準備；

第八步：打開壓力機壓槽的加熱開關，對壓力機壓槽進行預熱，設定溫度為400℃-500℃；

第九步：待加熱爐中鋁塊完全融化并覆蓋成型模具后，氮氣罐工作，開始充入氮氣，待真空加熱爐的爐內、外壓強平衡后，停止充入氮氣；