高导热金刚石/铜电子封装材料:制备技术、性能影响因素、界面结合改善方法

来源期刊：材料导报2018年第11期

论文作者：赵龙 宋平新 张迎九 杨涛

文章页码：1842 - 1851

关键词：金刚石/铜复合材料;热导率;热膨胀系数;电子封装;

摘    要：随着电子行业的不断发展,第二代热沉材料如钨/铜封装材料、钼/铜封装材料、碳化硅/铝封装材料等已不能满足该领域日益增长的需求。金刚石的热导率为2 300 W/(m·K),是已知热导率最高的物质;铜的热导率为401 W/(m·K),在众多金属中仅次于Ag。金刚石/铜复合材料具有诸多优点:(1)热导率高、强度大;(2)热膨胀系数能够通过改变金刚石与铜的体积分数加以调控,以实现与硅、锗等半导体材料的匹配;(3)具有比金刚石/银复合材料更低的成本以及比金刚石/铝、钨/铜、钼/铜等材料更高的热导率。因此,金刚石/铜复合材料是一种理想的电子封装候选材料。金刚石/铜复合材料的制备技术多种多样,其中粉末冶金、放电等离子体烧结、液相渗透是最适合该复合材料特性也是研究最广泛的技术。液相渗透法又分为无压熔渗法和压力辅助熔渗法,与粉末冶金法和放电等离子体烧结法相比,该法成本低、操作性强,成为近年研究的重点方向。目前,国际上已制备出热导率高达900 W/(m·K)的金刚石/铜复合材料。另一方面,金刚石与铜界面润湿度较差,导致复合材料致密度不高且热导率不易提升。解决金刚石与铜界面润湿度较差的问题成为制备金刚石/铜复合材料的关键,也促使国内外研究者不断尝试在制备工艺环节引入改进措施。目前已探索出两种较为可行的方法:(1)在复合材料制备过程中添加少量B、Cr等活性元素,使这些活性元素与铜形成合金;(2)在制备金刚石/铜复合材料之前,采用化学镀、扩散烧结、盐浴、磁控溅射等手段预先在金刚石表面包覆一层均匀的碳化物。本文总结了金刚石/铜复合材料的国内外最新研究进展及主流制备技术,论述了影响复合材料的热膨胀系数及热导率的主要因素。文章还介绍了改善金刚石与铜的界面润湿度的方法,最后对金刚石/铜复合材料的发展进行了展望。