一种导热金刚石复合材料基板及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种导热金刚石复合材料基板及其制备方法和应用。所述方法包括：以金刚石铜复合材料和/或金刚石铝复合材料作为导热基板；通过高频脉冲磁控溅射方法在导热基板上依次制备第一金属过渡层和第二金属过渡层；第一金属过渡层采用的材料为钼和/或铬；第二金属过渡层采用的材料为钛、镍、铁、钨或钽中的一种或多种；通过磁控溅射方法在第二金属过渡层上制备焊接层种子层；通过酸性电镀方法在焊接层种子层上制备焊接层，制得导热金刚石复合材料基板。本发明专利技术制得的导热金刚石复合材料基板能够实现芯片对芯片基板的高导热性要求，可以满足500W/(m

【技术实现步骤摘要】
一种导热金刚石复合材料基板及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电子封装材料
，尤其涉及一种导热金刚石复合材料基板及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属基板以其优异的散热性能、机械加工性能、电磁屏蔽性能、尺寸稳定性能、磁力性能及多功能性能，在各领域中得到了越来越多的应用，特别是作为芯片基板得到广泛的应用；但随着信息存储、数据运行速度和数量的提升，对芯片散热要求越来越高，特别是军用半导体器件，要求超高计算速度，处理数据，对芯片散热要求特别高。因此，对芯片基板的导热性能提出了更高的要求，即针对当前有些器件使用温度高，要求芯片基板能承受超高热流密度、具备高导热率。
[0003]综上，非常有必要提供一种导热金刚石复合材料基板及其制备方法和应用。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种导热金刚石复合材料基板及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术在第一方面提供了一种导热金刚石复合材料基板的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0006](1)以金刚石铜复合材料和/或金刚石铝复合材料作为导热基板；
[0007](2)通过高频脉冲磁控溅射方法在所述导热基板上依次制备第一金属过渡层和第二金属过渡层；所述第一金属过渡层采用的材料为钼和/或铬；所述第二金属过渡层采用的材料为钛、镍、铁、钨或钽中的一种或多种；
[0008](3)通过磁控溅射方法在所述第二金属过渡层上制备焊接层种子层；
[0009](4)通过酸性电镀方法在所述焊接层种子层上制备焊接层，制得导热金刚石复合材料基板。
[0010]优选地，通过高频脉冲磁控溅射方法制备所述第一金属过渡层的工艺条件为：工作气压为0.05～2Pa，溅射温度为30～250℃，高频脉冲磁控溅射峰值功率密度为2000～3000W/cm2；和/或通过高频脉冲磁控溅射方法制备所述第二金属过渡层的工艺条件为：工作气压为0.05～2Pa，溅射温度为30～250℃，高频脉冲磁控溅射峰值功率密度为1000～1500W/cm2。
[0011]优选地，通过磁控溅射方法制备所述焊接层种子层的工艺条件为：工作气压为0.05～2Pa，溅射温度为30～250℃，磁控溅射功率密度为2～10W/cm2；和/或通过酸性电镀方法制备所述焊接层的工艺条件为：AuSO4浓度为60～90g/L，H2SO4浓度为170～210g/L，氯离子浓度为30～70ppm，温度为20～80℃。
[0012]优选地，在通过高频脉冲磁控溅射方法在所述导热基板上制备所述第一金属过渡层之前，先通过磁控溅射方法在所述导热基板上制备氮化铝绝缘层；优选的是，所述氮化铝
绝缘层的厚度为0.5～100μm。
[0013]优选地，在进行步骤(2)之前，先通过磁控溅射方法在所述导热基板上制备氮化硼层。
[0014]优选地，通过磁控溅射方法制备所述氮化硼层的工艺条件为：氮气的流量为10～200sccm，氩气的流量为50～1000sccm，磁控溅射功率密度为1～20W/cm2，工作气压为0.05～2Pa，溅射温度为25～100℃；和/或所述氮化硼层的厚度为500nm～1μm。
[0015]优选地，所述金刚石铜复合材料和/或所述金刚石铝复合材料中含有金刚石的体积百分含量为50～85％；所述焊接层种子层采用的材料为金、银或锡金合金中的一种或多种；所述焊接层采用的材料为金、银或锡金合金中的一种或多种；所述导热基板的厚度为0.2～2mm；所述第一金属过渡层的厚度为50～300nm；所述第二金属过渡层的厚度为50～300nm；所述焊接层种子层的厚度为50～200nm；和/或所述焊接层的厚度为0.5～30μm。
[0016]本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的导热金刚石复合材料基板，所述导热金刚石复合材料基板依次包括导热基板、第一金属过渡层、第二金属过渡层、焊接层种子层和焊接层。
[0017]优选地，从所述导热基板至所述焊接层的方向，所述第一金属过渡层、所述第二金属过渡层和所述焊接层种子层各层的膨胀系数依次增大；和/或所述导热金刚石复合材料基板的室温热导率不小于500W/(m
·
K)。
[0018]本专利技术在第三方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的导热金刚石复合材料基板作为芯片基板的应用。
[0019]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0020](1)本专利技术采用高频脉冲磁控溅射方法制备第一金属过渡层，高频脉冲电源瞬间在金属靶表面产生高电流，峰值电流可以达到1000A以上，可以有效提高金属原子离化和提高能量，使其到达导热基板表面时，形成离子状态，并有大于100ev的能量，可以和导热基板表面C悬挂键形成碳化物，使得第一金属过渡层和导热基板表面形成化学键和化合物过渡层，从而有效的提高第一金属过渡层与导热基板的附着力；本专利技术采用高频脉冲磁控溅射制备第二金属过渡层，高频脉冲电源瞬间在金属靶表面产生高电流，峰值电流达到500A以上，可以有效提高金属原子离化和提高能量，使其到达第一金属过渡层表面时，形成离子状态，并有大于50ev的能量，可以和第一金属过渡层表面形成合金，使得第一金属过渡层和第二金属过渡层表面形成合金过渡层，从而有效的提高过渡层的附着力。
[0021](2)本专利技术方法为提高所述焊接层与所述第二金属过渡层之间的附着力，本专利技术采用磁控溅射方法在第二金属过渡层表面制备了一层焊接层种子层，所述焊接层种子层例如可以为金界面层，在金属过渡层表面形成一层致密的金薄膜，形成良好的附着力，为后续酸性电镀方法制备焊接层提供好的界面结合力；本专利技术先通过磁控溅射方法制备一层焊接层种子层，再通过酸性电镀方法制备一层焊接层，通过不同工艺形成所述焊接层种子层和所述焊接层，可以兼具各层之间附着力和焊接层长晶效果的考虑，从而有利于保证制得高导热的所述导热金刚石复合材料基板。
[0022](3)本专利技术对各层材料选择时，根据导热基板与焊接层的热膨胀系数，优选为使得从所述导热基板至所述焊接层的方向，所述第一金属过渡层、所述第二金属过渡层和所述焊接层种子层各层的膨胀系数依次增大，采用这种梯度热膨胀系数设计，可以满足导热基
板和焊接层的热膨胀系数要求，有利于得到热膨胀匹配效果好且附着力强的所述导热金刚石复合材料基板，同时采用高脉冲电源磁控溅射来提高过渡层之间的附着力，进而可以保证制得导热系数高的导热金刚石复合材料基板。
[0023](4)本专利技术中的所述导热基板、所述第一金属过渡层、所述第二金属过渡层以及所述焊接层种子层之间的附着力的提升可以减少接触阻力和界面热阻，从而提高整体的导热性能，并且好的附着力可以防止各结构层与导热基板之间出现剥离、开裂、空隙或脱膜等问题，从而提高整体的导热性能，各层之间附着力的提高可以增强各层之间的连接强度，确保导热金刚石复合材料基板的结构热稳定性和可靠性。
[0024](5)本专利技术制得的导热金刚石复合材料基板能够实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导热金刚石复合材料基板的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)以金刚石铜复合材料和/或金刚石铝复合材料作为导热基板；(2)通过高频脉冲磁控溅射方法在所述导热基板上依次制备第一金属过渡层和第二金属过渡层；所述第一金属过渡层采用的材料为钼和/或铬；所述第二金属过渡层采用的材料为钛、镍、铁、钨或钽中的一种或多种；(3)通过磁控溅射方法在所述第二金属过渡层上制备焊接层种子层；(4)通过酸性电镀方法在所述焊接层种子层上制备焊接层，制得导热金刚石复合材料基板。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过高频脉冲磁控溅射方法制备所述第一金属过渡层的工艺条件为：工作气压为0.05～2Pa，溅射温度为30～250℃，高频脉冲磁控溅射峰值功率密度为2000～3000W/cm2；和/或通过高频脉冲磁控溅射方法制备所述第二金属过渡层的工艺条件为：工作气压为0.05～2Pa，溅射温度为30～250℃，高频脉冲磁控溅射峰值功率密度为1000～1500W/cm2。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过磁控溅射方法制备所述焊接层种子层的工艺条件为：工作气压为0.05～2Pa，溅射温度为30～250℃，磁控溅射功率密度为2～10W/cm2；和/或通过酸性电镀方法制备所述焊接层的工艺条件为：AuSO4浓度为60～90g/L，H2SO4浓度为170～210g/L，氯离子浓度为30～70ppm，温度为20～80℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在通过高频脉冲磁控溅射方法在所述导热基板上制备所述第一金属过渡层之前，先通过磁控溅射方法在所述导热基板上制备氮化铝绝缘层；优选的是，所述氮化铝绝缘层的厚度为0.5～100μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旺寿，郭悦，
申请(专利权)人：深圳市博源碳晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：