在铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔的方法与流程

本发明涉及散热器件加工工艺技术领域，尤其是在铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔的方法,所得的是表面覆盖铜合金层的铝金刚石复合材料所制备的大功率半导体芯片的散热器件。

背景技术：

铝金刚石材料具有热导率高、热膨胀系数可调、质量轻、刚度大、机械强度适中等优点，已成为未来多芯片组件和大电流功率模块最理想的散热基底材料。

多芯片组件和大电流功率模块是航天航空、国防建设、民用交通、输变电系统等的核心部件，目前高端的多芯片组件和大电流功率模块已开始采用铝金刚石复合材料作散热基底材料。铝金刚石复合材料制成的散热基板，通常需要与芯片材料进行焊接封装工作，故对其表面有较高的平整度加工要求和实施镀镍等涂镀加工的要求，而金刚石是一种高硬材料，对其进行切削加工非常困难，目前在铝金刚石复合材料表面也很难直接实现镀镍等涂镀加工，因此需要在铝金刚石表面牢固地形成一层即可进行切削加工又能实现涂镀加工的金属。由于多芯片组件和大电流功率模块对散热基底材料有极高的可靠性要求，因此与铝金刚石材料所连接的金属层必须与基体复合材料牢固结合在一起，而且能在多次的冷热循环中，不发生连接失效，不出现分离剥落、出现鼓包等现象。

技术实现要素：

铜是一种导热性能很好的金属材料，其覆盖的铝金刚石复合材料表面，能充分发挥铝金刚石材料优异的导热性能，但由于铜的热膨胀性能与铝金刚石的差异较大，为了避免这两种材料在结合过程中出现连接失效，不出现分离剥落、出现鼓包等缺陷，本申请人提供一种在铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔的方法，对在压铸过程中覆盖铝金刚石表面的铜箔进行事先的刻痕处理，然后把它包裹在金刚石粉料外侧，使其在金刚石粉料高压压铸渗铝的过程中，很好地与压铸铝产生熔融现象并与复合材料之间形成牢固的连接，保证了对多芯片组件和大电流功率模块的散热基底材料表面的机械加工和涂镀处理需求。

本发明所采用的技术方案如下：

一种在铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔的方法，包括如下操作步骤：

第一步：将待加工厚度为0.1-0.5mm的铜箔放置在真空吸盘上，所述真空吸盘安装于机床工作台上；

第二步：在铜箔的上方，装有两组刀排组件，分别为第一刀排座，所述第一刀排座上平行间隔安装有多个第一刻刀，与第一刀排座平行的第二刀排座，所述第二刀排座上平行间隔安装有多个第二刻刀；

第三步：专用的机床工作台带着铜箔沿着x方向做直线运动，使两组刀排组件在铜箔上形成两组具有朝向不同、彼此相间的倒齿状第一刻痕；铜箔表面切入刻痕的深度为0.05-0.2mm；

第四步：第一刻痕加工完毕后，将专用的机床工作台连同铜箔一起旋转90度，对铜箔表面进行与第三步相同的刻痕加工，将该表面加工出第二刻痕；

第五步：根据压铸散热基板的尺寸要求裁剪铜箔；

第六步：将铜箔的上边部向未刻痕的一侧折弯2-10mm；

第七步：将两片铜箔装入压铸散热基板的成形模具中，铜箔的未刻痕面朝向成形模具外侧，金刚石粉料装入两铜箔间的空腔内，刻痕处理过的铜箔面朝向金刚石粉料，振动压实金刚石粉料，使金刚石粉料嵌入铜箔的刻痕内，装好粉料的成形模具放到预热炉中加热，预热炉的温度设定为450度-750度；

第八步：当装有粉料的成形模具预热好后，将成形模具放入压铸套模，将熔化的铝液注入套模，挤压铝液，使铝溶液渗透入金刚石粉料的间隙中，同时也渗入铜箔刻痕处凹槽中；当铝液凝固以后，铜箔表面与压铸铝就形成了犬牙交错的咬合状态，铝金刚石复合基体材料的表面就形成了一层连接牢固的纯铜合金层。

作为上述技术方案的进一步改进：

第二步中，第一刻刀与铜箔表面的夹角为45°-75°，第二刻刀与铜箔表面的夹角为105°-135°。

第七步中，铜箔的外部为成形模具，成形模具的外部设置有压铸套模，还包括压头，所述压头压向铝液。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过采用经过刻痕处理的铜箔包裹在金刚石粉料外侧，在压铸过程中铜箔与铝金刚石复合材料基体产生融合，实现牢固的连接。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为图2的侧视图。

图4为图2的俯视图。

图5为本发明铜箔旋转90度后的加工示意图。

图6为本发明铜箔刻痕完毕后的结构示意图。

图7为本发明第七步的加工示意图。

图8为本发明第八步的加工示意图。

其中：1、第一刀排座；2、铜箔；3、第一刻痕；4、第二刻痕；5、金刚石粉料；6、成形模具；7、压头；8、铝液；9、压铸套模；10、第一刻刀；11、第二刀排座；12、第二刻刀；13、真空吸盘。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图8所示，本实施例的在铝金刚石复合材料表面覆盖铜箔的方法，包括如下操作步骤：

第一步：将待加工厚度为0.1-0.5mm的铜箔2放置在真空吸盘13上，真空吸盘13安装于机床工作台上；(或用压板将铜箔固定在工作台上)；

第二步：在铜箔2的上方，装有两组刀排组件，分别为第一刀排座1，第一刀排座1上平行间隔安装有多个第一刻刀10，与第一刀排座1平行的第二刀排座11，第二刀排座11上平行间隔安装有多个第二刻刀12；

第三步：专用的机床工作台带着铜箔2沿着x方向做直线运动，使两组刀排组件在铜箔2上形成两组具有朝向不同、彼此相间的倒齿状第一刻痕3；铜箔2表面切入0.05-0.15mm的深度；

第四步：第一刻痕3加工完毕后，将专用的机床工作台连同铜箔2一起旋转90度，对铜箔2表面进行与第三步相同的刻痕加工，将该表面加工出第二刻痕4；

第五步：根据压铸散热基板的尺寸要求裁剪铜箔2；

第六步：将铜箔2的上边部向未刻痕的一侧折弯2-10mm；

第七步：将两片铜箔2装入压铸散热基板的成形模具6中，铜箔2的未刻痕面朝向成形模具外侧，金刚石粉料5装入两铜箔2间的空腔内，刻痕处理过的铜箔2面朝向金刚石粉料5，振动压实金刚石粉料5，使金刚石粉料5嵌入铜箔2的刻痕内，装好粉料的成形模具放到预热炉中加热，预热炉的温度设定为450度-750度；

第八步：当装有粉料的成形模具预热好后，将成形模具放入压铸套模9，将熔化的铝液8注入套模，挤压铝液8，使铝溶液渗透入金刚石粉料5的间隙中，同时也渗入铜箔2刻痕处凹槽中；当铝液8凝固以后，铜箔表面与压铸铝就形成了犬牙交错的咬合状态，铝金刚石复合基体材料的表面就形成了一层连接牢固的纯铜合金层。

第二步中，第一刻刀10与铜箔2表面的夹角为45°-75°，第二刻刀12与铜箔2表面的夹角为105°-135°。

第七步中，铜箔2的外部为成形模具6，成形模具6的外部设置有压铸套模9，还包括压头7，压头7压向铝液8。

由于铜箔2表面具有交叉的和不同方向的刀具刻出来的凹痕，当金刚石粉料5镶嵌入凹痕内，并在熔化的铝液压铸渗透到凹痕处，融化的铝液会在铜箔2凸起部分产生微溶现象，并深入凹痕与铜箔形2成互相咬合的状态，使铜箔2、熔铝和金刚石粉料5牢牢地融为一体，在铝金刚石表面形成可以加工的均匀的铜层。如图所示。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。