高导热金刚石/铜电子封装材料:制备技术、性能影响因素、界面结合改善方法

• 作者: 宋平新 张迎九 杨涛 赵龙
• 来源期刊: 材料导报
• 学科: 工学
• 关键词: 金刚石/铜复合材料 热导率 热膨胀系数 电子封装
• 年，卷（期）: 2018,（11）
• 所属期刊栏目: 材料综述
• 页码范围: 1842-1851
• 页数: 10页
• 分类号: TB331
• 字数: 10496字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11896/j.issn.1005-023X.2018.11.011

摘要

随着电子行业的不断发展,第二代热沉材料如钨/铜封装材料、钼/铜封装材料、碳化硅/铝封装材料等已不能满足该领域日益增长的需求.金刚石的热导率为 2 300 W/(m·K),是已知热导率最高的物质;铜的热导率为 401 W/(m·K),在众多金属中仅次于 Ag.金刚石/铜复合材料具有诸多优点:(1)热导率高、强度大;(2)热膨胀系数能够通过改变金刚石与铜的体积分数加以调控,以实现与硅、锗等半导体材料的匹配;(3)具有比金刚石/银复合材料更低的成本以及比金刚石/铝、钨/铜、钼/铜等材料更高的热导率.因此,金刚石/铜复合材料是一种理想的电子封装候选材料.金刚石/铜复合材料的制备技术多种多样,其中粉末冶金、放电等离子体烧结、液相渗透是最适合该复合材料特性也是研究最广泛的技术.液相渗透法又分为无压熔渗法和压力辅助熔渗法,与粉末冶金法和放电等离子体烧结法相比,该法成本低、操作性强,成为近年研究的重点方向.目前,国际上已制备出热导率高达 900 W/(m·K)的金刚石/铜复合材料.另一方面,金刚石与铜界面润湿度较差,导致复合材料致密度不高且热导率不易提升.解决金刚石与铜界面润湿度较差的问题成为制备金刚石/铜复合材料的关键,也促使国内外研究者不断尝试在制备工艺环节引入改进措施.目前已探索出两种较为可行的方法:(1)在复合材料制备过程中添加少量B、Cr等活性元素,使这些活性元素与铜形成合金;(2)在制备金刚石/铜复合材料之前,采用化学镀、扩散烧结、盐浴、磁控溅射等手段预先在金刚石表面包覆一层均匀的碳化物.本文总结了金刚石/铜复合材料的国内外最新研究进展及主流制备技术,论述了影响复合材料的热膨胀系数及热导率的主要因素.文章还介绍了改善金刚石与铜的界面润湿度的方法,最后对金刚石/铜复合材料的发展进行了展望.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	杨涛	郑州大学材料物理教育部重点实验室	22	44	4.0	5.0
2	赵龙	郑州大学材料物理教育部重点实验室	5	19	2.0	4.0
3	张迎九	郑州大学材料物理教育部重点实验室	25	97	6.0	8.0
4	宋平新	郑州大学材料物理教育部重点实验室	12	21	2.0	4.0