本发明涉及一种电子封装用的导热复合材料，组分主要由金刚石和硅组成，导热率高，热膨胀系数小，强度和硬度高，化学稳定性好，可适用于作为集成电路的基板材料。
背景技术：
金刚石/硅复合材料是一种具有高导热，低热膨胀性的新型电子封装材料。事实上，这种复合材料已经受到了越来越多研究者的关注。金刚石/硅复合材料主要由金刚石，硅以及部分碳化硅组成。其中金刚石本身具有高的导热性，低的热膨胀性，电绝缘性和化学稳定性好。以金刚石作导热源制备的复合材料，其导热性能优异，而以硅作为基体，金刚石/硅复合材料就可以与硅、砷相匹配，是良好的电子封装材料，同时，由于金刚石和硅都属于陶瓷材料，化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，耐候性好，因此，这种材料制备的产品可用于多种复杂的环境条件。
目前，金刚石/硅复合材料的制备方法主要有两种，一种是高温高压法。这种方法主要采用金刚石、硅以及烧结助剂为原料，通过高温高压使硅粉熔化，进而填充金刚石之间的间隙，从而实现金刚石与硅的致密化，由这种方法制备的金刚石/硅的复合材料具有很高的致密性和导热性。有研究显示这种方法得到的金刚石/硅复合材料可达到600W/(m·K)，此外，这种方法制备的复合材料，各项物理性能都有良好的表现，对于电子封装而言是一种很好的选择，但是由这种方法制备的金刚石/硅复合材料也存在着一些难以克服的缺陷。首先，为了提高材料的致密性，这种方法只能通过提高压力的方式实现。通常这种压力可达到5G以上，这就导致制备的复合材料具有较高的工艺和设备成本，很难在工业生产中推广开来，同时这种高温高压的制作方式使材料的成型和致密化过程合成一体，简化了工艺步骤，但又使其适用范围受到了限制，尤其是对于一些具有大曲率、尖角等复杂形状的工件，效果往往不佳，因此必须进行进一步的优化。另外一种制备金刚石/硅复合材料的方式是熔渗法，即先在较低的温度下预压成型复合材料的多孔预制坯，然后在高温条件下通过熔融态液体浸渗填充多孔预制坯，以实现材料致密化的行为制备金刚石/硅的复合材料。目前采用的浸渗剂主要是熔融态的硅，浸渗温度通常在硅的熔点(1420℃)以上。研究显示，由熔渗法制备的金刚石/硅的复合材料具有以下的便利：
1>，由于金刚石和硅有相似的晶体结构，液体硅与金刚石有着较好的表面润湿性，因此液相硅可以较轻松地渗透到金刚石之间的间隙，可以在较低的压力下形成很高的致密度；
2>，可以制备大尺寸，复杂形状的制品。由于预制坯的成型方法很多，而且烧结过程中无需加压，原则上讲，制品的尺寸仅受烧结炉大小的限制，其形状复杂程度由其成型工艺决定；
3>，样品处理过程中尺寸变化小，且制品完全致密；
4>，制品处理时间短。
这种液体熔渗法，主要是利用液体硅，在毛细管力的作用下，填充预制坯孔道的方式实现致密化，但是在浸渗过程中，液体硅难免会与孔道壁上的碳发生反应生成一定厚度的碳化硅，使得孔道的直径变小，从而阻碍了液体硅的进一步渗透，严重情况下，生成的碳化硅会使得孔道闭合，液体硅难以渗入孔道内部完全填充，从而在材料内部形成细密的内孔隙，这不仅导致材料的致密性下降，同时也会影响材料的强度，硬度等性能。研究显示，目前熔渗法制备的金刚石/硅复合材料的最大熔渗厚度不超过5mm，这对于制备较厚尺寸的材料是不利的。
技术实现要素：
本发明主要是在液相熔渗的基础上采用真空气相渗透的方法来制备金刚石/硅的复合材料。
一种金刚石/硅复合材料的制备方法，其特征在于采用硅作为浸渗剂，在真空条件下，将硅粉加热到1420℃以上。本发明的主要操作过程是：将粘结剂用有机溶剂加热溶解，再将硅粉加入其中并搅拌均匀，接着加入金刚石粉搅拌至糊状，然后将混合物放入球磨罐中，加入磨球，在混料机上搅拌均匀。经过搅拌后的混合粉料用有机溶剂清洗，并经过烘干、破碎、过筛的工艺，得到颗粒均匀的混合原料。然后取适量的混合原料装入模具中，在压机上压制得到多孔预制坯，然后将预制坯在管式炉中进行脱脂，使粘结剂完全分解，得到脱脂坯。然后将真空熔渗炉的石墨容器中装入硅粉，将脱脂坯悬挂固定在硅粉的上方，最后对熔渗炉抽真空，并升高温度，进行硅蒸汽气相渗透。渗透过程完成后试样随炉冷却，最后取出样品，得到致密的金刚石/硅复合材料，其中金刚石粉，硅粉和粘结剂的重量百分数为：10％～80％，10％～70％，10％～40％。
进一步的，本发明所采用的金刚石为单晶，聚晶或者是金刚石破碎粉料，粒径10～500μm。金刚石在使用前需要用有机溶剂进行清洗，以除去表面的杂质。此外，为了增加金刚石与硅的结合性，可以对金刚石粉进行表面腐蚀，或者必要的表面改性，增加金刚石的表面粗糙度。
进一步的，作为基体的硅粉可以选用纯度在99.99％以上的金属硅粉，高纯硅，或者是相应的硅合金，比如Si-Mo，Si-Ti，Si-Tn，Si-Al，Si-Cu等。
进一步的，本发明采用的有机粘结剂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯、硬脂酸、聚苯乙烯等其中的一种或几种。
进一步的，有机溶剂可以选用无水乙醇或丙酮。
混料时转速800r/min～1500r/min，混料时间4～24h，球料比10～20:1。烘干温度50～120℃，筛网60～3000目。
进一步的，预压成型时压力35～100MPa，温度80～150℃。
进一步的，脱脂时采用氩气等惰性气氛或者真空条件，升温速度2～10℃/min，脱脂温度1000～1200℃，保温时间1～2.5h，然后随炉冷却至室温。
进一步的，本发明所采用的主要设备为真空熔渗炉。熔渗时的真空度在15Pa以下，升温速率5～10℃/min，保温温度1420～2000℃，保温时间15～90min。
采用硅作为浸渗剂，在真空条件下，将硅粉加热到1420℃以上。此时封闭容器内的硅气压迅速升高，大量的硅蒸汽会渗入多孔预制坯的孔道中，当温度下降时，硅蒸汽会沉积并填满孔道内部，从而实现预制坯的致密化过程。相比于传统的液体熔渗，硅蒸汽的扩散速度更快，渗透厚度更大，尤其是对于一些小孔隙有较好的渗透效果，有利于实现材料的完全致密。本发明是在大量实验的基础上，对气相渗透的原料组成和工艺参数进行了优化设计，可以在较短的时间内实现产品的快速致密化，有利于工业化的生产应用。在气相渗透的过程中，随着温度的升高，硅粉逐渐熔化并释放硅蒸汽，真空条件下，硅蒸汽在容器内四处扩散。大量的硅蒸汽进入脱脂坯料的孔隙中，并且逐渐渗透到内部深处的连通孔隙中去。在真空条件，封闭容器内的硅蒸汽浓度高，扩散快，坯体内的微小缝隙也会被其填充。随后这些硅蒸汽会吸附到孔道壁上，当孔道内温度开始下降的时候，硅蒸汽逐渐沉积，然后温度继续下降，硅蒸汽先是形成液相，最后冷凝形成硅晶体，从而填满坯料的孔隙，实现多孔脱脂坯体的完全致密化，因此可以说，脱脂坯体的致密化过程是硅蒸汽“蒸发-渗透-沉积-冷凝”的过程。
本发明的有益效果在于，将成型与致密化过程分开，可一次渗透制备多种复杂形状的产品，工艺操作简单，效率高。同时，由本发明方法得到的复合材料，致密度达到99％以上，热导率为200～500W/(m·K)，热膨胀系数为1.5～4.5×10-6，产品的强度硬度高，有利于实现金刚石/硅复合材料的产业化。
具体实施方式
实例1，
将0.351g的酚醛树脂与5ml的无水乙醇混合并加热，搅拌，使酚醛树脂完全溶解。将0.403g的50μm硅粉加入到混合液中，搅拌均匀，最后加入2.5g200μm单晶金刚石粉，搅拌至糊状，接着将混合物放入球磨罐中，加入磨球，在混料机上混料10小时，混料机转速800r/min。混料完成，用无水乙醇清洗球磨罐，并在60℃的烘箱中烘干，然后用1000目的筛网对混合物进行筛分，得到粒径均匀的混合粉料。然后将混合粉料装入Φ30mm的模具中，加热到120℃，并在45MPa的压力机上压制，得到复合材料的多孔预制坯。将预制坯在氩气气氛的管式炉中进行脱脂处理，脱脂温度1100℃，升温速度5℃/min，保温时间90min。然后将真空熔渗炉的石墨容器中填入硅粉，将经过脱脂的预制坯固定在硅粉上方5mm处，再将石墨容器密封，然后对熔渗炉抽真空。当真空度在10Pa下时，开始升温。升温速率5℃/min，当温度达到1550℃后，保温45min，然后样品随炉冷却至室温。打开熔渗炉中，取出试样，清洗干净，得到致密的金刚石/硅复合材料。
实例2
将酚醛树脂和丙酮溶液混合，并加热使其完全溶解，然后将硅粉和50μm金刚石，200μm金刚石混合，并搅拌至糊状。其中酚醛树脂，硅粉，50μm金刚石，200μm金刚石的重量百分数分别为15％，20％，15％，50％。然后将混合物放入球磨罐中，在1000r/min的混料机上混料5小时。混料完成，用丙酮清洗球磨罐，将得到的混合物在80℃烘箱中烘干，然后用1000目的筛网进行筛分。随后将混合物粉料装入10mm×40mm的模具中，将模具加热到120℃，加压60MPa，得到固定形状的多孔预制坯。将多孔预制坯在真空管式炉中进行脱脂，其中保温温度1000℃，保温时间90min，升温速度5℃/min。然后将脱脂的预制坯放于装填了硅粉的真空熔渗炉，其中预制坯置于硅粉上方8mm处。然后密封，抽真空。当真空度达到15Pa以下时，开始升温，升温速率5℃/min。当温度达到1700℃后，保温30min，然后样品随炉冷却。打开真空熔渗炉，取出样品，清洗之后，得到金刚石/硅复合材料。
实例3
将聚丙烯与无水乙醇混合，并加热使其溶解，然后将50μm金刚石，粒径50μm纯度99.99％的高纯硅加入混合液中，并加热搅拌至糊状，其中聚丙烯、金刚石、硅粉的重量百分比为15％、60％,、25％，。然后将混合物放入球磨罐中，加入磨球，在转速800r/min的混料机上进行混料。混料结束，用无水乙醇清洗球磨罐，并将得到的混合物在100℃烘箱中烘干，再用1000目的筛网进行细分。接着将细分后的混合混料装入Φ30mm的模具中，在120℃50MPa的压力下进行预压成型，得到多孔预制坯。将预制坯放入氩气气氛的管式炉中进行脱脂，脱脂温度1000℃，脱脂时间90min，升温速率5℃/min。脱脂完成，将真空熔渗炉中装入硅粉，将预制坯悬挂固定在硅粉正上方10mm处，然后将真空熔渗炉密封，并抽真空。当真空度小于15Pa时，开始升温，升温速率10℃/min，最终渗透温度分别设为1550℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃，保温时间45min。保温结束，试样随炉冷却。打开真空熔渗炉，取出样品，清洗之后，得到金刚石/硅复合材料。分别对不同熔渗温度下的试样进行成分分析，发现，当温度高于1700℃，金刚石发生明显的石墨化。