自20世紀80年代以來，電子元器件的集成度以每年1.5倍以上的速度持續(xù)增長。隨著集成電路集成度的不斷提高，芯片工作過程中產(chǎn)生的熱量急劇增加。如果不能及時散熱，將導致元器件熱失效并顯著縮短使用壽命。因此，開發(fā)具有優(yōu)異導熱性能的新型電子封裝材料成為當務之急。

 

金剛石/銅復合材料


 

01 金剛石與銅的完美結(jié)合
 

傳統(tǒng)電子封裝材料主要包括三大類：陶瓷材料（如BeO、AlN）、塑料材料以及金屬材料（Cu、Ag、Al等）及其合金。這些材料各有優(yōu)劣：陶瓷材料熱膨脹系數(shù)匹配性好但加工困難；塑料材料成本低但導熱性能差；金屬材料導熱性好但熱膨脹系數(shù)過高。這些局限性促使研究人員尋求更優(yōu)的解決方案。

 

各種增強體性能指標


 

金剛石作為自然界已知最堅硬的材料（莫氏硬度10），同時具備極高的導熱系數(shù)（200-2200W/(m·K)）。銅作為傳統(tǒng)導熱材料，不僅導熱性能優(yōu)異（401W/(m·K)），而且價格相對低廉。將二者的優(yōu)勢相結(jié)合，金剛石/銅復合材料應運而生，被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ母邔犭娮臃庋b材料。

 

金剛石微粉


 

02 關(guān)鍵制備工藝詳解
 

目前金剛石/銅復合材料的主要制備方法包括：
 

（1）粉末冶金法

該方法通過將金剛石顆粒與銅粉均勻混合，經(jīng)壓制成型后燒結(jié)而成。雖然工藝簡單、成本較低，但存在致密度不高、組織不均勻等問題。
 

燒結(jié)設備


 

（2）高溫高壓法

利用六面頂壓機提供的高溫高壓環(huán)境，使銅處于熔融狀態(tài)并充分填充金剛石網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。該方法制品性能優(yōu)異，但對設備要求極高，難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

六面頂壓機


 

（3）熔體浸滲法

分為壓力浸滲和無壓浸滲兩種方式。通過熔融銅滲入金剛石顆粒間隙，可獲得熱導率超過446W/(m·K)的高性能復合材料。
 

（4）放電等離子燒結(jié)法（SPS）

采用脈沖電流快速加熱，同時施加壓力實現(xiàn)快速燒結(jié)。該方法效率高，但對金剛石體積分數(shù)有嚴格要求。

 

（5）冷噴涂法

通過金屬熔融霧化后噴射沉積制備復合材料。該技術(shù)尚處于研究階段，在表面控制和導熱性能方面仍需突破。

03 界面改性的重要性
 

要實現(xiàn)復合材料的最佳性能，界面改性至關(guān)重要。目前主要采用兩種方法：
 

（1）金剛石表面改性

通過在金剛石表面鍍覆Mo、Ti、W、Cr等活性元素，形成碳化物過渡層，顯著改善界面結(jié)合狀態(tài)。
 

（2）銅基體合金化

在銅基體中添加適量活性元素，既能降低潤濕角，又能在界面形成強化相，有效提升導熱性能。

改性示意圖：(a)金剛石表面直接鍍覆；(b)基體合金化

 

04 發(fā)展前景展望
 

隨著電子器件功率密度的持續(xù)提升，傳統(tǒng)封裝材料已難以滿足散熱需求。金剛石/銅復合材料憑借其超高導熱性和可調(diào)控的熱膨脹系數(shù)，展現(xiàn)出巨大的應用潛力。未來研究將重點解決制備工藝優(yōu)化、成本控制和性能提升等關(guān)鍵問題，推動該材料在電子封裝領(lǐng)域的廣泛應用。


結(jié)語
 

上海知明科技是國內(nèi)領(lǐng)先的金剛石/銅復合材料研發(fā)制造商，專注于為高端電子封裝領(lǐng)域提供創(chuàng)新的熱管理解決方案。公司擁有完整的金剛石/銅復合材料產(chǎn)品體系，可提供從基礎材料到精密加工的全流程服務。我們采用國際先進的熔滲工藝和表面改性技術(shù)，確保復合材料具有優(yōu)異的熱導性能（450-600W/(m·K)）和可調(diào)控的熱膨脹系數(shù)（4.5-8.5×10??/K），能夠滿足不同應用場景的散熱需求。

 

知明 金剛石銅復合材料



知明 金剛石覆銅板復合材料


 

在產(chǎn)品供應方面，上海知明科技可提供厚度0.5-10mm、最大尺寸達500×500mm的標準規(guī)格金剛石/銅復合材料，同時支持客戶特殊尺寸和性能要求的定制開發(fā)。公司配備高精度加工設備，可提供包括精密切割（公差±0.05mm）、表面拋光（Ra≤0.1μm）、鍍膜處理（Ni/Au等）以及特殊形狀加工在內(nèi)的全套加工服務。針對不同應用需求，我們開發(fā)了金剛石含量30%-70%的多規(guī)格產(chǎn)品系列，包括單晶/多晶金剛石復合材料，以及可激光加工型號、高絕緣型號等特殊功能型產(chǎn)品。

 

知明鎢銅合金復合材料