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鄒小姐：13326633089 -
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根據復合(he)材料的(de)影響因(yin)素，選擇好(hao)了基體材料與金剛石顆(ke)粒增強相后，界面(mian)的(de)設計與優化是(shi)決定復合(he)材料是(shi)否獲得優良熱性能的(de)關鍵因(yin)素。
金剛石與銅不(bu)潤濕、不(bu)反應，直接復合(he)難以實現(xian)兩(liang)者(zhe)良好的界面結合(he)，除(chu)了高溫(wen)高壓法外(wai)，金剛石與金屬基體(ti)直接復合(he)表現(xian)出(chu)的互不潤濕，界(jie)面結合差等(deng)問題嚴重影(ying)響了金剛石/銅復合的實際導熱性能表現，因此需要對復合材料界面進行設計。本文一起來探討一下，目前金剛石/銅復合材料的界面結合技術。
微金屬注射(she)成型(μMIM)生產的銅和金剛石復(fu)合材(cai)料
用(yong)于超級計算機散熱器熱沉
除了兩者(zhe)浸潤(run)能力(li)差外(wai)，金剛石(shi)（2.3×10-6/K）與銅（16.5×10-6/K）熱膨脹系數的(de)巨大差異會在(zai)復合材料界面處引入熱應力(li)，該應力在冷(leng)卻(que)過(guo)程(cheng)中表現為拉應力，若界(jie)面(mian)結合強度不足，將會增(zeng)加復合材料(liao)制(zhi)備(bei)和服役過(guo)程(cheng)中發生界(jie)面(mian)脫(tuo)粘(zhan)的風險，直接威(wei)脅(xie)復合材料(liao)的性能(neng)可靠性。
為(wei)獲得致(zhi)密度高、性能穩(wen)定可靠的金剛石/銅基復合材料，必須進行有效的界面改性。最簡單直接的辦法就是在復合材料界面處介入一些易碳化元素作為緩沖層，如常見的Cr、Mo、W、Si、B、Ti、Zr等。目前主要采用基體合金化、金剛石表面金屬化及一些特殊手段等來解決復合材料界面問題，以減少界面缺陷。
尺寸為100-110μm的典型金剛(gang)石顆(ke)粒的SEM顯微照片
一、金剛石表(biao)面金屬化
金(jin)剛石顆(ke)粒表面(mian)(mian)金(jin)屬(shu)(shu)化(hua)是指采用(yong)物(wu)(wu)理(li)(li)法或(huo)(huo)化(hua)學法的(de)處(chu)理(li)(li)方式(shi)在(zai)(zai)金(jin)剛石顆(ke)粒表面(mian)(mian)形成均勻(yun)的(de)金(jin)屬(shu)(shu)或(huo)(huo)金(jin)屬(shu)(shu)碳(tan)化(hua)物(wu)(wu)層(ceng)，從而(er)使金(jin)剛石顆(ke)粒表面(mian)(mian)具有金(jin)屬(shu)(shu)或(huo)(huo)類金(jin)屬(shu)(shu)的(de)性能。經(jing)表面(mian)(mian)金(jin)屬(shu)(shu)化(hua)處(chu)理(li)(li)的(de)金(jin)剛石顆(ke)粒在(zai)(zai)其復(fu)合材料的(de)制備過程中可(ke)以將銅(tong)基體(ti)對(dui)金(jin)剛石的(de)直接(jie)接(jie)觸轉變為對(dui)金(jin)屬(shu)(shu)或(huo)(huo)金(jin)屬(shu)(shu)碳(tan)化(hua)物(wu)(wu)層(ceng)的(de)接(jie)觸，從而(er)實(shi)現界(jie)面(mian)(mian)的(de)緊密結合狀(zhuang)態，提高其復(fu)合材料的(de)熱導率。金(jin)剛石表面(mian)(mian)金(jin)屬(shu)(shu)化(hua)的(de)主要方法有物(wu)(wu)理(li)(li)氣(qi)相(xiang)沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、真空微蒸發鍍、化學鍍法、鹽浴鍍法、粉末覆蓋燒結法等。
金剛(gang)石表面金屬化的(de)常見(jian)方法
二(er)、銅基體合金化
銅基(ji)(ji)體(ti)合金(jin)化是指在(zai)金(jin)屬(shu)銅基(ji)(ji)體(ti)中添加微量的Ti、Cr、W、Mo、Zr等強碳化物形成元素，此類元素可以在金剛石/銅復合材料的制備過程中向金剛石表面聚集并與其表層的碳原子反應生成對應的金屬碳化物層，在界面生成的碳化物層可以有效改善兩相界面的結合狀態，提高該復合材料的熱導率。
在對銅進(jin)行(xing)基(ji)(ji)體(ti)(ti)合(he)金化(hua)的同時，要特別注(zhu)意碳化(hua)物元素(su)的添加量(liang)，基(ji)(ji)體(ti)(ti)銅殘留的元素(su)過多(duo)時會極大程(cheng)度(du)降低銅基(ji)(ji)體(ti)(ti)的本征熱導率，進(jin)而(er)導致金剛石/銅復合材料的熱導率急劇下降。
三、增加(jia)金剛石與(yu)基體(ti)接觸(chu)面積(ji)
當(dang)金剛石粒度相同時，晶型越完整，其比表面(mian)(mian)積就越小(xiao)。破(po)碎(sui)料金剛石晶面(mian)(mian)較不(bu)穩(wen)定，為多(duo)層臺階結構(gou)，這種(zhong)晶面(mian)(mian)結構(gou)更易與基(ji)體發生反應，制(zhi)備的(de)復(fu)合材料結合度更強。
張習敏等使用冷沖(chong)擊100μm破碎料金剛石制備復合材料，通過與100μm六八面體單晶金剛石進行對比，認為品級較差的破碎料依然可以制備出高性能金剛石/銅復合材料（詳見：張習敏，郭宏，尹法章，等.金剛石/銅復合材料界面結合狀態的改善方法[J].稀有金屬，2013，37(2):335）。金剛石表面形態能夠影響金剛石與銅基表面接觸面積進而影響金剛石與銅基界面結合度。通過酸洗或刻蝕使金剛石表面粗化，也可以增加金剛石與基體接觸面積，進而增大界面結合度。
粗(cu)化滴金剛石粉體(ti)
小結
在電(dian)子器件熱(re)管(guan)理中，除合理的散熱(re)結構及散熱(re)方式外(wai)，熱(re)管(guan)理材料的選用同樣(yang)扮演(yan)著重要的角色，理想的熱(re)管(guan)理材料應具(ju)有較高的熱(re)導率、與半(ban)導體材料（如Si、GaAs等）相匹配的熱膨脹系數，傳統的熱管理材(cai)料如Al、Cu等純金屬、Kovar、W-Cu、Mo-Cu、Al-Si等合金及Al2O3、AlN、BeO等陶瓷材料，無法同時兼顧高導熱和低膨脹的要求，難以(yi)滿足當前電(dian)子封裝對結構功能(neng)一體(ti)化、更小封裝(zhuang)尺寸、高(gao)效散熱及綠色環(huan)保的(de)發(fa)展(zhan)要求(qiu)，成為電子技(ji)術快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)的(de)瓶頸之(zhi)一。
金(jin)剛石(shi)/銅復合材料（表(biao)面鍍銅）及其(qi)斷面
因此(ci)，開發兼備更高(gao)導(dao)熱、熱膨脹(zhang)可調的新(xin)型(xing)熱管(guan)理(li)材料勢在(zai)必(bi)行，尤其(qi)是(shi)在(zai)以(yi)高(gao)功率(lv)IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、微波、電磁、光電等器件為典型應用的高科技技術領域和以相控陣雷達、高能固體激光器等為典型應用的國防技術領域需求十分迫切。金剛石/銅基復合材料由于其耐熱、耐蝕、高導熱、熱膨脹系數可調等優勢已成為封裝材料領域的研究熱點。得于制備技術的不斷深(shen)入研究，目前(qian)高(gao)導(dao)熱的金剛(gang)石(shi)/Cu金屬基復合材料熱導率已達700W/(m·K)以上。除了解決材料復合的熱導率(lv)問題，金剛(gang)石(shi)/銅復合材料的硬度極高，常規的機械加工比較困難，其進一步加工技術手段也需要深入研究。鑒于重重難題，目前這個材料還是存在量產的困難滴，當然如果有應用驅動，相信難題就會被各界高手攻破。
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