一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法技术

一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，它属于电子封装材料制备技术领域。它要解决现有大功率芯片热沉用金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型后存在变形的问题。方法：通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片打磨并清洗，与模具交替排列后放入真空压力设备；抽真空，升温保温，双向约束挤压，保压冷却，开炉取样。本发明专利技术采用双向约束真空热处理，实现了金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型后变形的预防及矫正，能显著提高复合材料薄片的平面度和热导率，简单易操作，适用于大批量生产，有助于金刚石/铝复合材料推广应用，更好地发挥材料的优异性能。本发明专利技术适用于大功率芯片热沉用超高导热复合材料的热处理。

A heat treatment method of super high thermal conductivity composite for high power chip heat sink

【技术实现步骤摘要】
一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法
本专利技术属于电子封装材料制备
，具体涉及一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法。
技术介绍
金刚石/铝复合材料具有高导热、与GaN芯片匹配的热膨胀系数以及低密度等优异特性，成为当前大功率芯片热沉的重要候选材料。现有的技术路径是先采用近净成型技术制备出复合材料大尺寸薄片，然后采用激光切割出热沉外形。然而，由于制备过程金刚石与铝的热错配应力大、脱模时引入外加应力，复合材料自身刚度又低，存放过程中铝基体发生应力释放，薄片极易发生翘曲变形。
技术实现思路
本专利技术目的是解决现有大功率芯片热沉用金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型后存在变形的问题，而提供一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法。一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，按以下步骤实现：一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；二、抽真空至0.1～10Pa，升温至500～600℃并保温10～20min，给以0.1～2MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5～10℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以≤2℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用双向约束真空热处理，实现了金刚石/铝复合材料大尺寸薄片近净成型后变形的预防及矫正，能显著提高复合材料薄片的平面度和热导率，简单易操作，适用于大批量生产，有助于推动金刚石/铝复合材料推广应用，更好地发挥材料的优异性能。2、本专利技术中一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，对金刚石/铝复合材料的热导率提高了4％～9％，热处理后放置30天薄片平面度保持不变。本专利技术适用于大功率芯片热沉用超高导热复合材料的热处理。附图说明图1为本专利技术中材料在真空压力设备中热处理过程的示意图，其中1表示模具，2表示金刚石/铝复合材料大尺寸薄片。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，按以下步骤实现：一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；二、抽真空至0.1～10Pa，升温至500～600℃并保温10～20min，给以0.1～2MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5～10℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以≤2℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。本实施方式步骤一中所述细砂纸打磨的目的是除去薄片表面的杂质。本实施方式步骤一中所述无水乙醇清洗的目的是除去薄片表面的残留物。本实施方式中材料在真空压力设备中热处理过程如图1所示。本实施方式中为了防止晶界出现过热或者过烧，纯铝的热处理温度一般＜500℃，本专利技术中将热处理温度设定为500～600℃的原因在于：热处理对象为金刚石/铝复合材料，金刚石与铝的界面结构决定复合材料最终的性能，当铝基体出现晶界“过热”，晶粒变得粗大，电子传热阻力变小，铝基体的热导率提高，进而复合材料的热导率提高；采用真空热处理环境，尽可能减少高温时氧化性气体渗入晶界，避免过烧；纯铝在500～600℃时近乎柔性，铝基体通过位错运动、晶界移动可实现缓慢塑性变形，释放应力，此时施加的0.1～2MPa双向约束配合高尺寸精度模具起到固型作用，该过程还可以显著提高复合材料的致密度，降低孔隙、裂纹等缺陷，从而有效提高复合材料的热导率。热处理温度设定低于600℃的原因在于避免有害界面反应的发生。热处理温度设定高于500℃的原因在于提高铝基体的协调变形能力，防止金刚石/铝界面在双向约束力作用下开裂。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述金刚石/铝复合材料大尺寸薄片的厚度为0.2mm～2mm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，步骤一中所述金刚石/铝复合材料的基体合金为纯铝。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，步骤一中所述细砂纸为2000#。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，步骤一中所述模具的平面度±0.01，粗糙度≤1.6，规格大于金刚石/铝复合材料大尺寸薄片。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，步骤二中抽真空至3Pa，升温至520℃并保温18min。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，步骤二中抽真空至6Pa，升温至550℃并保温12min。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是，步骤二中给以1MPa的双向约束挤压。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是，步骤二中在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度8℃/min。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是，步骤二中冷却至温度低于400℃时，卸压，再以1℃/min的速度冷却至100℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。采用以下实施例验证本专利技术的有益效果：实施例1：本实施例一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，按以下步骤实现：一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；二、抽真空至0.6Pa，升温至550℃并保温20min，给以1MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以12℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。本实施例步骤一中所述金刚石/铝复合材料的基体合金为纯铝。本实施例步骤一中所述模具的平面度±0.01，粗糙度≤1.6，规格大于金刚石/铝复合材料大尺寸薄片。本实施例中热处理对象为85mm×75mm×0.3mm金刚石/铝复合材料薄片，热处理后薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于它按以下步骤实现：/n一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；/n二、抽真空至0.1～10Pa，升温至500～600℃并保温10～20min，给以0.1～2MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5～10℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以≤2℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于它按以下步骤实现：
一、将通过压力浸渗方法制备并脱模的金刚石/铝复合材料大尺寸薄片用细砂纸打磨掉表面杂质，然后用无水乙醇清洗干净，再与模具交替排列，并一起放入真空压力设备内；
二、抽真空至0.1～10Pa，升温至500～600℃并保温10～20min，给以0.1～2MPa的双向约束挤压，在温度高于400℃时开始保压冷却，冷却速度5～10℃/min，冷却至温度低于400℃时，卸压，再以≤2℃/min的速度冷却至100℃，开炉取样，即完成大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理。


2.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤一中所述金刚石/铝复合材料大尺寸薄片的厚度为0.2mm～2mm。


3.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤一中所述金刚石/铝复合材料的基体合金为纯铝。


4.根据权利要求1所述的一种大功率芯片热沉用超高导热复合材料热处理方法，其特征在于步骤一中所述细砂纸为2000#。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平平，陈国钦，芶华松，王刚，
申请(专利权)人：齐齐哈尔翔科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23