一种金属基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种金属基复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的金属基复合材料，该金属基复合材料中，增强体颗粒在金属基体中呈梯度分布，具有优异的综合性能，包括较高的导热系数，可调的热膨胀系数，较高的硬度和较低的密度，良好而长期稳定的性能，是理想的散热封装材料。本发明专利技术的金属基复合材料，该金属基复合材料中，增强体颗粒在金属基体中呈梯度分布，使用梯度材料在高温低温环境循环变化下能够缓解材料内部热应力，可以解决电子元器件因热问题的失效。如高体积分数比的碳化硅铝基复合材料(SiCp/Al)具有优异的综合性能，包括较高的导热系数、可调的热膨胀系数、较高的硬度和较低的密度，是电子封装领域的理想材料。是电子封装领域的理想材料。是电子封装领域的理想材料。

【技术实现步骤摘要】
一种金属基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于金属复合材料
，具体涉及一种金属基复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在电子和光子系统中，有效的热管理一直是产品尺寸小型化、性能优良化、功能多样化及可靠性有效增强的关键技术。半导体的技术走势表明近几十年来电子设备热量耗散持续增加，而且在可以预见的将来，散热问题会成为高端电子设备制造的限制因素。如果不能有效散热，将导致电子设备过热，温度升高，甚至失效。随着芯片技术的发展，电子器件的集成度以每年40％～50％的速度提高。在电子器件中，相当一部分功率损耗转化为热的形式。20世纪80年代，集成电路热密度约为10W/cm2，90年代则增加到20～30W/cm2，2008年已接近100W/cm2，2019年芯片级热流密度已经超过1000W/cm2，而局部热点的热密流甚至能够达到30000kW/cm2。如果温度上升超过某一上限，就会出现设备烧毁或者着火的情况。即便没有着火，也会由于高温导致设备失效。
[0003]高集成高效率的电子器件模块的散热性能受封装工艺决定，而封装材料是封装工艺的核心。电子器件的散热是必须要解决的重要问题。而且随着大功率电子器件封装容量的增大，对散热材料也提出了更高的要求。先进的电子器件模块封装材料必须具有良好而长期稳定的性能。随着集成电路的功率和集成度的提高，芯片单位面积的发热量也在不断增大，电子器件散热基板的性能、质量和制造工艺等因素很大程度受到基板材料的影响，传统金属基板、玻璃基板已经难以满足其散热性能要求。目前市场上主要使用的大功率电子器件基板有陶瓷基板(含陶瓷覆铜基板)、铝碳化硅基板等类别，仅有极少部分中小功率电子器件还使用金属基板。国内外采用浸渗法制造铝基碳化硅散热底板或其它类金属基陶瓷基板，可以发现利用该工艺制造的产品还存在以下问题，以铝基碳化硅复合材料为例说明：(1)浸渗法制备的封装材料表面为铝合金，内部为SiC/Al复合材料。当模块工作升温时，这两种具有不同热膨胀系数的材料以不同的速率变形，而组件停工降温冷却时也会产生不均衡的收缩。这种不均匀的热膨胀系数的分布会在组件中产生热致机械应力，会导致全部组件的整体弯曲，以及界面上焊点焊球的顶部和底部之间的相对水平位移。一旦这种整体应力或变形集中在模块内局部一点，并在热循环中不断积累，必然导致工作过程中器件过早失效。同时，在内应力影响和热循环工况下，板体逐渐产生蠕变变形，对模块稳定工作与使用寿命极为不利；而且铝合金较低的热导率拉低了整个基板的热导率，影响了整体散热效率。(2)浸渗法制备的封装模块散热基板上存在安装用沉孔和通孔。为了在机械打孔过程中基板不发生开裂，往往使用铝合金制备这一部位，但不可避免的是，留下的铝合金必然与复合材料存在界面，这个位置应力大、面积小，最容易发生断裂。这也是目前基板故障最多的地方，只有采用通体是由SiCp/Al复合材料制成的净成形工艺才能避免，但铝碳化硅采用机械加工方式钻孔难度又较高。另外，非净成形技术生产出来的产品，表面还存在几十到几百微米厚的铝层，形成很大的内应力，且无法用热处理方式去除。
[0004]因此，仍需开发一种新的散热材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种金属基复合材料，该金属基复合材料中，增强体颗粒在金属基体中呈梯度分布，具有优异的综合性能，包括较高的导热系数、可调的热膨胀系数、较高的硬度和较低的密度，是理想的散热材料。
[0006]本专利技术还提供了上述金属基复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了上述金属基复合材料的应用。
[0008]本专利技术的第一方面提供了一种金属基复合材料，包括金属基体以及分散于所述金属基体中的增强体颗粒，所述增强体颗粒在所述金属基体中呈梯度分布。
[0009]本专利技术关于金属基复合材料中的一些技术方案，至少具有以下有益效果：
[0010]本专利技术的金属基复合材料，该金属基复合材料中，增强体颗粒在金属基体中呈梯度分布，具有优异的综合性能，包括较高的导热系数，可调的热膨胀系数，较高的硬度和较低的密度，良好而长期稳定的性能，是理想的散热材料。
[0011]本专利技术的金属基复合材料，该金属基复合材料中，增强体颗粒在金属基体中呈梯度分布，使用梯度材料在高温低温环境循环变化下能够缓解材料内部热应力，可以解决电子元器件因热问题的失效。如高体积分数比的碳化硅铝基复合材料(SiCp/Al)具有优异的综合性能，包括较高的导热系数、可调的热膨胀系数、较高的硬度和较低的密度，是电子封装领域的理想材料。
[0012]本专利技术的金属基复合材料，该金属基复合材料中，增强体颗粒在金属基体中呈梯度分布，可以改善电子器件在工作中因温度梯度而导致的热变形问题。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒在所述金属基体中沿纵向厚度方向呈梯度分布。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述金属基体包括单一金属基体或合金基体。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述单一金属基体为铝基体。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述单一金属基体为铝合金基体。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述单一金属基体为铜基体。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述单一金属基体为铜合金基体。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒在所述金属基复合材料中的体积分数为10％～70％。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒在所述金属基复合材料中的体积分数为10％～50％。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒包括碳化硅颗粒、金刚石颗粒、碳化硼颗粒和石墨烯颗粒中的至少一种。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒的粒径为10μm～500μm。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒的粒径为10μm～150μm。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒的粒径为10μm～100μm。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒的粒径为20μm～50μm。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒的粒径为10μm～40μm。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒的粒径为20μm～40μm。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述增强体颗粒的粒径为30μm～40μm。
[0029]本专利技术的第二方面提供了一种制备上述金属基复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0030]S1：将金属基复合材料坯体置于挤压装置中，所述挤压装置的顶部设有挤压板，所述挤压装置的底部设有过滤板；
[0031]S2：将所述金属基复合材料坯体加热熔化后，向所述挤压板施加压力，通过所述挤压板的移动，使熔化的部分金属基体材料从所述挤压装置的底部流出。
[0032]本专利技术关于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属基复合材料，其特征在于，包括金属基体以及分散于所述金属基体中的增强体颗粒，所述增强体颗粒在所述金属基体中呈梯度分布。2.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料，其特征在于，所述增强体颗粒在所述金属基体中沿纵向厚度方向呈梯度分布。3.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料，其特征在于，所述金属基体包括单一金属基体或合金基体。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种金属基复合材料，其特征在于，所述增强体颗粒在所述金属基复合材料中的体积分数为10％～70％。5.根据权利要求1至3任一项所述的一种金属基复合材料，其特征在于，所述增强体颗粒包括碳化硅颗粒、金刚石颗粒、碳化硼颗粒和石墨烯颗粒中的至少一种。6.根据权利要求1至3任一项所述的一种金属基复合材料，其特征在于，所述增强体颗粒的粒径为10μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军峰，李丘林，王靓，
申请(专利权)人：深圳市知行新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：