一种内嵌铝金刚石高导热块材及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料制备，具体涉及一种内嵌铝金刚石高导热块材及其制备方法。

背景技术：

1、随着微电子技术的快速发展，芯片集成化程度越来越高，电子器件的功率密度也越来越高，对于电子封装材料的散热要求越来越严格，封装材料的导热性能直接影响电子功率器件的稳定性和可靠性。

2、目前，金刚石材料具有较高的导热性，适合作为金属基复合材料的高导热填充材料。铝导热性能较为优良，且成本较低，适合作为复合材料的金属基体。但是，现有制备高导热复合材料的加工工艺复杂，存在热导率不高等问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种内嵌铝金刚石高导热块材及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、在本发明的第一方面，提供了一种内嵌铝金刚石高导热块材。

4、具体地说，所述导热块材包括依次设置的多层铝箔以及设置在相邻铝箔之间的焊片；所述铝箔上设置有凹槽；所述凹槽中填充有铝/金刚石复合颗粒；相邻铝箔上的凹槽交错设置。

5、进一步的，所述导热块材采用导热块材工装制备而成；

6、所述导热块材工装包括两端开口的石墨盒、设置在所述石墨盒一端开口处的第一石墨盖板以及设置在所述石墨盒另一端开口处的第二石墨盖板；

7、所述导热块材设置在所述第一石墨盖板与所述第二石墨盖板之间且位于所述石墨盒内。

8、进一步的，所述导热块材工装还包括不锈钢壳体；

9、所述不锈钢壳体包括第一不锈钢块、第二不锈钢块、第一不锈钢盖板和第二不锈钢盖板；

10、所述第一不锈钢块上设置有与所述第一石墨盖板相对应的第一凹槽；

11、所述第二不锈钢块上设置有与所述第二石墨盖板相对应的第二凹槽；

12、所述第一不锈钢块和所述第二不锈钢块围成一不锈钢腔体。

13、进一步的，所述第一不锈钢盖板通过螺栓及螺母与所述第二不锈钢盖板相连，用于使第一不锈钢块与第二不锈钢块连接为一体。

14、进一步的，所述第一石墨盒盖板、所述石墨盒以及所述第二石墨盒盖板围成一个石墨腔体，用于放置所述导热块材；

15、所述石墨腔体放置在所述不锈钢腔体中。

16、进一步的，所述第一石墨盖板和第二石墨盖板的外形尺寸与石墨盒的内腔尺寸对应设置。

17、进一步的，所述焊片的厚度为0.07～0.1mm。

18、在本发明的第二方面，提供了一种上述内嵌铝金刚石高导热块材的制备方法，该方法包括：

19、s1、制备高导热金刚石颗粒

20、选取60～100目的金刚石颗粒，对金刚石颗粒表面进行镀镍处理，得到高导热金刚石颗粒；

21、s2、制备铝箔与铝粉

22、s21、铝箔的制备，取一定厚度的铝箔，将铝箔裁剪为所需要的形状大小，并在铝箔中间开出所需尺寸的凹槽，由此制备第一铝箔；采用同样的方法制备第二铝箔，第一铝箔与第二铝箔的大小形状一致，但是开槽位置错开；制备多个第一铝箔和第二铝箔备用；

23、s22、铝粉的选取，选用粒径分布为20～100μm的铝粉；

24、s23、焊片的制做，制做多个与第一铝箔和第二铝箔形状大小一致的焊片；

25、s3、制备铝/金刚石复合颗粒

26、将步骤s1中制备的高导热金刚石颗粒与步骤s2中制备的铝粉按照所需的比例混合在一起，得到铝/金刚石复合颗粒；

27、s4、清洗铝箔

28、将步骤s1中制备的第一铝箔和第二铝箔先放入稀酸稀碱溶液中清洗，再放入清水中清洗，清洗完毕后烘干备用；

29、s5、铝箔与铝/金刚石复合颗粒的组装

30、s51、将第二石墨盖板放入石墨盒底部，取一片第一铝箔放入石墨盒中，平铺在第二石墨盖板上，在第一铝箔的凹槽中放入铝/金刚石复合颗粒，使凹槽中铝/金刚石复合颗粒的上表面与第一铝箔的上表面平齐，再在第一铝箔的上方铺上一片焊片，将焊片与第一铝箔压紧；

31、s52、取一片第二铝箔放入石墨盒中并平铺在步骤s51中的焊片上面，第二铝箔上的凹槽与第一铝箔上的凹槽错开放置；在第二铝箔的凹槽中放入铝/金刚石复合颗粒，使凹槽中铝/金刚石复合颗粒的上表面与第一铝箔的上表面平齐，再在第二铝箔的上方铺上一层焊片，将焊片与第二铝箔压紧；

32、s53、重复上述操作，直至石墨盒内的填充有铝/金刚石复合颗粒的铝箔及焊片达到预定厚度，再将第一石墨盖板放入石墨盒上方；

33、s6、安装

34、s61、将第一不锈钢块安装在第一石墨盖板上，第一不锈钢块的凹槽与第一石墨盖板相适应；将第二不锈钢块安装在第二石墨盖板上，第二不锈钢块的凹槽与第二石墨盖板相适应；

35、s62、将第一不锈钢盖板安装在第一不锈钢块上，第一不锈钢盖板的凹槽与第一不锈钢块完全配合；将第二不锈钢盖板安装在第二不锈钢块上，第二不锈钢盖板的凹槽与第二不锈钢块完全配合；

36、s63、将多个螺栓穿过第一不锈钢盖板和第二不锈钢盖板，使用多个螺母分别安装在相应的螺栓上，通过拧紧螺母将第一不锈钢盖板与第二不锈钢盖板压紧；

37、s7、热压及块材取出

38、将步骤s6中安装好的工装放置在高温炉中，通过热压方式将导热块材中的金刚石颗粒、铝粉与铝箔压紧，得到高导热铝金刚石块材，待炉中的温度降至常温以后将高导热铝金刚石块材与工装一并取出，并将工装(不锈钢块、不锈钢盖板、石墨盒、石墨盒盖板)拆卸备用，得到高导热铝金刚石块材，内嵌铝金刚石高导热块材制备完成。

39、和现有技术相比，本发明的优点为：

40、本发明采用金刚石和铝材料，使用热压扩散焊接的方式将金刚石颗粒与铝箔压制成型，在散热组件高热流密度芯片热沉区域，用内嵌的高导热金刚石块材制备热沉，替代传统的铝和铜材料热沉，实现快速扩散。

技术特征：

1.一种内嵌铝金刚石高导热块材，其特征在于，该导热块材包括依次设置的多层铝箔以及设置在相邻铝箔之间的焊片；所述铝箔上设置有凹槽；所述凹槽中填充有铝/金刚石复合颗粒；相邻铝箔上的凹槽交错设置。

2.根据权利要求1所述的一种内嵌铝金刚石高导热块材，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的内嵌铝金刚石高导热块材，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的内嵌铝金刚石高导热块材，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的内嵌铝金刚石高导热块材，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的内嵌铝金刚石高导热块材，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的内嵌铝金刚石高导热块材，其特征在于，

8.一种根据权利要求2～7任意一项所述的内嵌铝金刚石高导热块材的制备方法，其特征在于，该方法包括：

技术总结
本发明涉及一种内嵌铝金刚石高导热块材及其制备方法。该块材包括导热块材，所述导热块材包括依次设置的多层铝箔以及设置在相邻铝箔之间的焊片；所述铝箔上设置有凹槽；所述凹槽中填充有铝/金刚石复合颗粒；相邻铝箔上的凹槽交错设置。本发明采用金刚石和铝材料，使用热压扩散焊接的方式将金刚石与铝压制成型，在散热组件高热流密度芯片热沉区域，用内嵌的高导热金刚石块材制备热沉，替代传统的铝和铜材料热沉，实现快速扩散。

技术研发人员：陈宇鹏,何世安,占化斌,陈建辉,张亮,郝奇,卢仕兵,管鑫鑫
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十六研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15