含有双相陶瓷颗粒的Al热沉及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含有双相陶瓷颗粒的Al热沉及其制备方法，属于半导体激光器芯片封装技术领域。解决了现有技术中的复合热沉陶瓷颗粒与金属基体界面结合不干净，制备方法能耗大、成本高的问题。该Al热沉由10–90vol.％的Al和10–90vol.％的双相陶瓷颗粒组成，其中，双相陶瓷颗粒为过渡族金属元素的碳化物和该过渡族金属元素的硼化物的混合物。该Al热沉热膨胀系数较低且具有较好的导热性能，能够满足半导体激光器芯片封装和散热的要求；另外，该Al热沉的制备方法采用廉价的B4C粉代替昂贵的B粉制备硼化物陶瓷颗粒，显著的降低了成本，且制备工艺简便、能耗低，易于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，属于半导体激光器芯片封装
。解决了现有技术中的复合热沉陶瓷颗粒与金属基体界面结合不干净，制备方法能耗大、成本高的问题。该Al热沉由10–90vol.％的Al和10–90vol.％的双相陶瓷颗粒组成，其中，双相陶瓷颗粒为过渡族金属元素的碳化物和该过渡族金属元素的硼化物的混合物。该Al热沉热膨胀系数较低且具有较好的导热性能，能够满足半导体激光器芯片封装和散热的要求；另外，该Al热沉的制备方法采用廉价的B4C粉代替昂贵的B粉制备硼化物陶瓷颗粒，显著的降低了成本，且制备工艺简便、能耗低，易于推广应用。【专利说明】 含有双相陶瓷颗粒的AI热沉及其制备方法
本专利技术属于半导体激光器芯片封装
，具体涉及一种含有双相陶瓷颗粒的A1热沉及其制备方法。
技术介绍
半导体激光器芯片散热用的热沉主要有金属和陶瓷两大类。金属热沉如Cu和A1等具有良好的导热能力，然而其热膨胀系数较大，与半导体激光器芯片的热膨胀系数不匹配，在使用过程中易产生应力集中，降低激光器的使用寿命。而陶瓷热沉虽然热膨胀系数较低，但是其导热系数通常较差，不利于激光器散热，同样会降低半导体激光器的使用寿命。 如果将陶瓷颗粒加入金属热沉中，使热沉同时具有金属与陶瓷的特性，即:具有高导热、低膨胀的特点，就可以满足半导体激光器芯片封装与散热的需求。现有技术中，已有研宄者将Sic和金刚石等陶瓷颗粒加入金属中制备热沉。但是制备这种热沉的方法通常为外加法，即将金刚石颗粒或SiC颗粒加入熔融的金属中搅拌，所以制备的热沉中的陶瓷颗粒与金属基体界面结合不干净，不利于其导热系数的提高。另外，外加法制备这种热沉的温度通常需要高于金属的熔点，能耗大，制备成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中的复合热沉陶瓷颗粒与金属基体界面结合不干净，制备方法能耗大、成本高的技术问题，提供一种含有双相陶瓷颗粒的A1热沉及其制备方法。 本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下。 含有双相陶瓷颗粒的A1热沉，由10 - 90vol.%的A1和10 - 90vol.%的双相陶瓷颗粒组成，所述双相陶瓷颗粒为过渡族金属元素的碳化物和该过渡族金属元素的硼化物的混合物。 优选的是，所述过渡族金属元素为T1、Zr、Nb或者Ta。 含有双相陶瓷颗粒的A1热沉的制备方法，包括以下步骤: 步骤一、将10 - 90vol.%的A1粉与10 - 90vol.%的混合粉料加入混料机中，混合均匀后，加入模具中，压制成型，得到压坯； 所述混合粉料为过渡族金属元素粉与b4c粉的混合粉料，混合粉料中过渡族金属元素粉与B4c粉的物质的量比为3:1，过渡族金属元素粉料的粒度小于等于25 ym，B4C粉的粒度小于等于5 μπι ; 所述Α1粉的粒度小于等于50 μπι ; 步骤二、将步骤一得到的压坯放置在烧结炉中的石墨模具中，对烧结炉抽真空后，将烧结炉加热到200°C保温20min以上； 步骤三、将烧结炉继续加热至580°C，保温至压坯中的粉料发生反应； 步骤四、对反应后的压坯施加30MPa_60MPa的压力，保压10s以上，得到含有双相陶瓷颗粒的A1热沉。 优选的是，所述步骤一中，所述过渡族金属元素为T1、Zr、Nb或者Ta。 优选的是，所述步骤一的混合时间为6h以上，混料机的转速为10-60r/min。 优选的是，所述步骤一的混合时间为6_8h。 优选的是，所述步骤二中，保温20-30min。 优选的是，所述步骤三中，保温时间为5-10min。 优选的是，所述步骤二和步骤三中，压坯的温度通过钨铼热电偶监控。 优选的是，所述步骤四中，保压10-20s。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果: 1、本专利技术含有双相陶瓷颗粒的A1热沉中生成的双相陶瓷颗粒和A1基体为冶金结合，界面干净，结合良好，具有低膨胀、高导热的性能，其热膨胀系数可以达到9.37 X 10_6/K，导热系数可以达到163W.πΓ1.Γ1，满足大功率半导体激光器芯片封装与散热需求，能够用于大功率半导体激光器芯片封装与散热； 2、本专利技术含有双相陶瓷颗粒的Α1热沉内的陶瓷颗粒(碳化物和硼化物)采用原位内生制备，热沉的制备过程中，廉价的B4c粉代替昂贵的Β粉作为Β源，制备出具有高导热、低膨胀的含有双相陶瓷颗粒的A1热沉，显著的降低了成本； 3、本专利技术含有双相陶瓷颗粒的A1热沉的制备方法中，由于加热过程中，在较低温度下(580°C )A1粉与过渡族金属元素(Ti/Zr/Nb/Ta)粉会发生固固反应，反应过程中释放出的热量会进一步瞬间引燃整个反应体系，所以本方法制备A1热沉的制备温度为580°C，制备温度低，降低能耗，节约成本，且一次成型，制备工艺简单。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术实施例1制备的含有50vol.% TiC-TiBj^ A1热沉的X-射线衍射图谱； 图2为从本专利技术实施例1制备的Α1热沉中萃取的双相陶瓷颗粒在场发射电镜下的形貌。 【具体实施方式】 为了进一步了解本专利技术，下面结合【具体实施方式】对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术权利要求的限制。 含有双相陶瓷颗粒的Α1热沉，由10 - 90vol.%的A1和10 - 90vol.%的双相陶瓷颗粒组成，其中，双相陶瓷颗粒为过渡族金属元素的碳化物和该过渡族金属元素的硼化物的混合物。过渡族金属元素优选为T1、Zr、Nb或者Ta，即双相陶瓷颗粒为TiBjP TiC的混合物、ZrB# ZrC的混合物、NbB 2和NbC的混合物、TaB 2和TaC的混合物中的一种。该含有双相陶瓷颗粒的A1热沉的热膨胀系数可以达到9.37X 10_6/K，导热系数可以达到163W.πΓ1.Κ' 上述含有双相陶瓷颗粒的Α1热沉的制备方法，主要包括压坯制备和烧结制备热沉两个阶段，烧结制备热沉分为预热、反应和致密化三个过程，具体包括以下步骤: 步骤一、压坯制备: 将10 - 90vol.%的A1粉与10 - 90vol.%的混合粉料加入混料机中，混合均匀后，加入不锈钢模具中，压制成型，得到压坯； 其中，混合粉料为过渡族金属元素(Me)粉与B4C粉的混合粉料，由反应方程式:3Me+B4C = 2MeB2+MeC可知，混合粉料中过渡族金属元素粉料与B4C粉的物质的量比为3:1，生成的硼化物与碳化物陶瓷颗粒的摩尔比为2:1 ;过渡族金属元素粉料的粒度小于等于25 ym，B4C粉的粒度小于等于5 μπι，Α1粉的粒度小于等于50 μ m，粒度越小粉料的扩散速度越快，越容易发生反应，反应越完全，如果粉料粒度大于上述尺寸，由于固固扩散速率较低，会导致后期加热过程中粉料之间反应不完全，也就无法制备本专利技术的热沉;A1粉、过渡族金属元素粉料(Ti粉、Zr粉、Nb粉、Ta粉等)和B4C粉的纯度皆大于99%，没有其他特殊限制，可通过本领域技术人员公知方式获得； 混料均匀一般需要6h以上，其中混料机的转速为10-60r/min，考虑生产成本和生产效率，一般混合6-8h，混料时间如果低于6h，将混料不均匀，制备的热沉的不同位置的热膨胀系数和导热系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有双相陶瓷颗粒的Al热沉，其特征在于，由10–90vol.％的Al和10–90vol.％的双相陶瓷颗粒组成，所述双相陶瓷颗粒为过渡族金属元素的碳化物和该过渡族金属元素的硼化物的混合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：舒世立，佟存柱，汪丽杰，田思聪，宁永强，王立军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22