一种银基复合材料的制备方法技术

一种银基复合材料的制备方法，制备装置的结构如下：包括呈一体式结构的加热炉上腔和加热炉下腔，加热炉上腔和加热炉下腔上均设置有各自的炉门，加热炉上腔和加热炉下腔之间设置有流通小孔，加热炉上腔内放置有融银坩埚，融银坩埚内放置银块，锥形堵块从加热炉上腔顶部穿入融银坩埚底部与流通小孔对应；加热炉下腔内设置有钢制坩埚，钢制坩埚内部放置成形模具，成形模具内装有金刚石颗粒，成形模具的顶面设置有多孔陶瓷，多孔陶瓷上方安装定位销；加热炉上腔和加热炉下腔的一侧壁均通过管路连接氮气罐，加热炉上腔和加热炉下腔的另一侧壁均通过管路连接真空泵；方便的形成具有高致密度、高导热的银基陶瓷复合材料，其加工方便、性能可靠。性能可靠。性能可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种银基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电子封装的散热材料制备
，尤其是一种银基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着当今信息科学技术的高速发展，各种传感器、探测仪等信息处理器运载量和集成度逐渐加大，尤其在军事通讯、航空航天领域。同时，电子设备也在向微型化、轻量化和高功率密度方向发展。电子元器件尺寸减小，单位面积内的热量增加，其热流密度变大。高热流密度会给电子设备带来严重的散热负担，若不将热量及时的导出，将会导致电子器件的局部过热而影响到电子设备的可靠性。传统的散热材料成分单一且导热性不足，无法满足大功率芯片的散热需要。因此，开发具备高导热的散热复合材料是电子封装发展需求的必然趋势。
[0003]银基陶瓷复合材料是目前大功率集成电路模块封装的理想散热材料。陶瓷如金刚石作为散热复合材料的增强相，其热导可达2000W/m
·
K。随着科学技术的发展，人工合成金刚石的技术越来越成熟，使得金刚石材料的成本下降，金刚石作为复合材料的增强相也逐渐被人们接受。
[0004]在与陶瓷材料相复合的金属基的选择中，其中铝、铜、银较为常见，但银优于铝和铜有以下三点原因：
[0005]①
银作为贵金属，其相对于铝和铜，成本虽然较高，但银具有更高的导热性能，纯银的热导是429W/m
·
K，约为铝的热导(237W/m
·
K)的两倍。通过金属基复合材料的热导理论计算，银基金刚石复合材料的热导可以达到950W/m
·
K以上，明显高于铝金刚石和铜金刚石复合材料的热导性能。
②
另一方面，陶瓷材料在与金属基结合的过程中都有一定的界面反应，而铜与金刚石的浸润性较差，不利于界面反应，并且铜的熔点更高，制备工艺过程和对设备的要求更加复杂，制造成本更高，且其制备的复合材料导热性能不如银基陶瓷复合材料；
③
银基陶瓷复合材料的可焊温度较高。在电子封装的焊接中，银具有更好的耐热性和导电性，传统的铝基复合材料因焊点较低，在熔焊温度大于580℃时，金属铝会融化变形，破坏铝基金刚石的表面和性能。而可用于低温焊的金锡焊料，其成本昂贵，价格较高。因此，银基陶瓷复合材料具有更高的导热性能和焊接适用性，能够满足高精密散热元器件的导热需求，在精密电子元器件封装领域具有良好的发展潜力和应用前景，是未来电子封装发展的理想材料。
[0006]国内外对银基陶瓷复合材料的研究尚处于初步探索阶段。目前已知的银基陶瓷复合材料的生产工艺有放电等离子体烧结法、真空液相烧结法、化学气相沉淀法等。但在以上制备过程中仍然存在许多问题。
[0007]陶瓷材料的高温不稳定性。通过电镜观察高温烧灼后的金刚石颗粒发现，高温环境会对金刚石颗粒的外形结构造成破坏，影响金刚石的导热性能。在经高温烧灼的金刚石颗粒表面会形成大小不一的凹坑，这些凹坑是由于金刚石在高温烧灼后产生裂解形成的。
凹坑的存在是金刚石质量损失的直接反映，降低了金刚石的体积比，进而影响了复合材料的热导。所以，在金刚石/银复合材料的制备过程中如何避免高温环境对金刚石颗粒的破坏是亟待解决的问题。同理，石墨烯材料在高温下会发生氧化失重现象。
[0008]复合材料致密度较低。现有制备银基陶瓷复合材料的工艺技术多采用自发浸渗或气压浸渗。由于陶瓷颗粒具有一定的形状和不同的粒径，并且气压浸渗的压强有一定局限性，其制成的复合材料致密度较低，复合材料中间的空隙会增大复合材料的热阻，降低复合材料的热导。

技术实现思路

[0009]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种银基复合材料的制备方法，从而可以方便的形成具有高致密度、高导热的银基陶瓷复合材料，加工方便、可靠。
[0010]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0011]一种银基复合材料的制备方法，制备装置的结构如下：包括呈一体式结构的加热炉上腔和加热炉下腔，所述加热炉上腔和加热炉下腔上均设置有各自的炉门，所述加热炉上腔和加热炉下腔之间设置有流通小孔，所述加热炉上腔内放置有融银坩埚，所述融银坩埚内放置银块，锥形堵块从加热炉上腔顶部穿入融银坩埚底部与流通小孔对应；所述加热炉下腔内设置有钢制坩埚，所述钢制坩埚内部放置成形模具，成形模具内装有金刚石颗粒，成形模具的顶面设置有多孔陶瓷，多孔陶瓷上方安装定位销；加热炉上腔和加热炉下腔的一侧壁均通过管路连接氮气罐，加热炉上腔和加热炉下腔的另一侧壁均通过管路连接真空泵；
[0012]操作步骤如下：
[0013]第一步：打开加热炉上腔的炉门，在加热炉上腔的融银坩埚中放入待融化的银块；
[0014]第二步：将金刚石颗粒装入成形模具中，在成形模具上方放置一片多孔陶瓷片，并用定位销固定；
[0015]第三步：打开加热炉下腔的炉门，将由耐热钢制成的坩埚放入加热炉下腔中，将第二步中准备好的成形模具放入坩埚内部；
[0016]第四步：塞上堵块，关闭加热炉上腔和加热炉下腔之间用于连通的流液小孔，关闭加热炉上腔和加热炉下腔的炉门；
[0017]第五步：启动真空泵，对加热炉上腔和加热炉下腔同时进行抽真空；
[0018]第六步：设定加热炉上腔的温度为980℃
‑
1350℃，加热炉下腔的温度设定为800℃
‑
980℃，当炉内的真空度降至后10Pa
‑
10
‑2Pa，加热炉上腔和加热炉下腔启动加热工作；
[0019]第七步：当加热炉上腔和加热炉下腔的温度分别达到设定温度后，保温30
‑
180分钟，等银液充分融化后，提起锥形堵块，打开连通的通道，使加热炉上腔的银液自上而下流入加热炉下腔；
[0020]第八步：当银液浇入下腔体钢制坩埚中，完全覆盖下层的成形模具后，氮气罐工作，对加热炉上腔和加热炉下腔内部充入氮气保护气体，随着氮气的充入，成形模具上方的银液缓慢渗进处于负压状态的金刚石粉料中；
[0021]第九步：当炉内气压达到大气压时，停止充入气体；
[0022]第十步：打开加热炉下腔的炉门，取出有银液覆盖的装有成形模具和坩埚；
[0023]第十一步：将被银液包裹的成形模具与坩埚一同放入压力机的压槽，进行高压渗银压铸；
[0024]第十二步：开启压力机，使压机压头缓慢下降，将成形模具上层的银液再次压入成形模具中的金刚石颗粒的缝隙中；
[0025]第十三步：当压力达到预设值后，预设值为50Mpa
‑
150Mpa，保压10分钟
‑
50分钟；
[0026]第十四步：撤出上压头，开启顶杆油缸，将压铸好的成形模具从压槽中顶出，进行冷却；
[0027]第十五步：通过切割工艺，拆解成形模具，取出压铸好的银基复合材料。
[0028]其进一步技术方案在于：
[0029]多孔陶瓷外部尺寸与钢制坩埚的内部尺寸匹配。
[0030]所述钢制坩埚为碗状结构。
[0031]所述钢制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种银基复合材料的制备方法，其特征在于：制备装置的结构如下：包括呈一体式结构的加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)，所述加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)上均设置有各自的炉门，所述加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)之间设置有流通小孔(4)，所述加热炉上腔(10)内放置有融银坩埚(3)，所述融银坩埚(3)内放置银块(2)，锥形堵块(1)从加热炉上腔(10)顶部穿入融银坩埚(3)底部与流通小孔(4)对应；所述加热炉下腔(12)内设置有钢制坩埚(6)，所述钢制坩埚(6)内部放置成形模具(8)，成形模具(8)内装有金刚石颗粒(7)，成形模具(8)的顶面设置有多孔陶瓷(14)，多孔陶瓷(14)上方安装定位销(13)；加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)的一侧壁均通过管路连接氮气罐(5)，加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)的另一侧壁均通过管路连接真空泵(15)；操作步骤如下：第一步：打开加热炉上腔(10)的炉门，在加热炉上腔(10)的融银坩埚(3)中放入待融化的银块(2)；第二步：将金刚石颗粒(7)装入成形模具(8)中，在成形模具(8)上方放置一片多孔陶瓷片(14)，并用定位销(13)固定；第三步：打开加热炉下腔(12)的炉门，将由耐热钢制成的坩埚(6)放入加热炉下腔(12)中，将第二步中准备好的成形模具(8)放入坩埚(6)内部；第四步：塞上堵块，关闭加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)之间用于连通的流液小孔(4)，关闭加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)的炉门；第五步：启动真空泵(15)，对加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)同时进行抽真空；第六步：设定加热炉上腔(10)的温度为980℃
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1350℃，加热炉下腔(12)的温度设定为800℃
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980℃，当炉内的压强下降至10Pa
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10
‑2Pa，加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)启动加热工作；第七步：当加热炉上腔(10)和加热炉下腔(12)的温度分别达到设定温度后，保温30
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180分钟，等银液(16)充分融化后，提起锥形堵块(1)，打开连通的通道，使加热炉上腔(10)的银液(16)自上而下流入加...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅蔡安，傅菂，李成力，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：