铜-石墨烯接合体及其制造方法以及铜-石墨烯接合结构技术

该铜

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜
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石墨烯接合体及其制造方法以及铜
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石墨烯接合结构


[0001]本专利技术涉及一种通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和含有石墨烯聚集体的含石墨烯的碳质部件而成的结构的铜
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石墨烯接合体及其制造方法以及铜
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石墨烯接合结构。
[0002]本申请基于2020年1月24日于日本申请的专利申请2020
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009691号、及2021年1月20日于日本申请的专利申请2021
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007345号主张优先权，并将其内容援用于此。

技术介绍

[0003]由于含有石墨烯聚集体的含石墨烯的碳质部件的导热性优异，因此尤其适合作为构成散热部件及导热部件等的部件。
[0004]例如，通过在上述含有石墨烯聚集体的含石墨烯的碳质部件的表面形成由陶瓷等构成的绝缘层，能够将其用作绝缘基板。
[0005]在此，例如在专利文献1中公开了一种各向异性导热元件，其具有：沿着第一方向层叠有石墨烯片的结构体；及在与第一方向交叉的第二方向上接合于上述结构体的端面的中间部件(铜板)，该中间部件通过至少包含钛的嵌入件加压接合于上述端面。
[0006]专利文献1：日本特开2012
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238733号公报
[0007]然而，对于上述绝缘基板而言，在使用环境下有时会负荷冷热循环。尤其，最近有时在发动机室等恶劣的环境下被使用，因此有时会负荷温差大的严苛条件的冷热循环。
[0008]在此，在上述专利文献1中，通过含钛的嵌入件接合由铜构成的中间体和石墨烯的结构体，但根据接合条件，有时无法牢固地接合由铜构成的中间体和石墨烯的结构体，当负荷有严苛条件的冷热循环时有可能会发生剥离。

技术实现思路

[0009]本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种铜
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石墨烯接合体及其制造方法，所述铜
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石墨烯接合体中，由铜或铜合金构成的铜部件与含有石墨烯聚集体的含石墨烯的碳质部件被牢固地接合，即使在冷热循环负荷时也不会发生剥离，冷热循环可靠性优异。
[0010]为了解决这种课题而达到上述目的，本专利技术的铜
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石墨烯接合体为通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和含有石墨烯聚集体的含石墨烯的碳质部件而成的结构，其特征在于，在所述铜部件与所述含石墨烯的碳质部件之间，在所述含石墨烯的碳质部件侧形成有活性金属碳化物层，所述活性金属碳化物层包含选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属的碳化物，在该活性金属碳化物层与所述铜部件之间形成有Mg固溶层，所述Mg固溶层在Cu的母相中固溶有Mg。
[0011]在这种构成的铜
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石墨烯接合体中，在铜部件与含石墨烯的碳质部件的接合界面处，在含石墨烯的碳质部件的接合面形成有活性金属碳化物层，在铜部件的接合面侧形成有Mg固溶层，该Mg固溶层在Cu的母相中固溶有Mg。由此，Mg固溶层中的Mg与活性金属碳化物层中的活性金属充分反应，铜部件通过该活性金属碳化物层与含石墨烯的碳质部件牢固地
接合，因此在冷热循环负荷时，能够抑制在接合界面产生裂纹和剥离。此外，由于这种构成的铜
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石墨烯接合体包含铜作为构成材料，因此具有在过渡期间作为散热器有效地进行散热的功能。因此，这种构成的铜
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石墨烯接合体能够抑制伴随冷热循环而在接合界面处发生剥离，并且能够维持稳定的散热特性，从而能够实现较高的可靠性。
[0012]并且，本专利技术的铜
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石墨烯接合体中，优选在所述Mg固溶层中存在由含有Cu和Mg的金属间化合物构成的Cu
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Mg金属间化合物相。
[0013]在这种情况下，Cu
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Mg金属间化合物相分布在与活性金属碳化物层的接合面侧，并密切参与了接合，因此能够提高与活性金属碳化物层的接合强度。
[0014]当在所述Mg固溶层内，将从所述活性金属碳化层与所述Mg固溶层的边界起朝向铜部件侧距离50μm的范围内的区域的面积设为A、将所述Cu
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Mg金属间化合物相的面积设为B时，面积比B/A优选为0.3以下。
[0015]并且，本专利技术的铜
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石墨烯接合体中，优选在所述Mg固溶层中存在由含有Cu和所述活性金属的金属间化合物构成的活性金属化合物相。
[0016]在这种情况下，活性金属化合物相分布在与活性金属碳化物层的接合面侧，并密切参与了接合，因此能够提高与活性金属碳化物层的接合强度。
[0017]此外，本专利技术的铜
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石墨烯接合体中，优选所述含石墨烯的碳质部件被设为如下结构：包含由单层或多层的石墨烯堆积而成的石墨烯聚集体及扁平状的石墨颗粒，且扁平状的所述石墨颗粒以其基底面叠摞的方式，将所述石墨烯聚集体作为粘合剂而层叠，扁平状的所述石墨颗粒的基底面朝向一方向取向。
[0018]在这种情况下，能够进一步提高含石墨烯的碳质部件的导热特性。
[0019]本专利技术的铜
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石墨烯接合体的制造方法的特征在于，该制造方法为制造上述的铜
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石墨烯接合体的铜
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石墨烯接合体的制造方法，包括：活性金属及Mg配置工序，在所述铜部件与所述含石墨烯的碳质部件之间，配置选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属及Mg；层叠工序，通过活性金属及Mg层叠所述铜部件和所述含石墨烯的碳质部件；及接合工序，将通过所述活性金属及Mg层叠而成的所述铜部件和所述含石墨烯的碳质部件在层叠方向上加压的状态下，在真空气氛下进行加热处理而接合，在所述活性金属及Mg配置工序中，将活性金属量设在0.4μmol/cm2以上且47.0μmol/cm2以下的范围内，将Mg量设在14μmol/cm2以上且180μmol/cm2以下的范围内。
[0020]根据这种构成的铜
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石墨烯接合体的制造方法，在活性金属及Mg配置工序中，将活性金属量设在0.4μmol/cm2以上且47.0μmol/cm2以下的范围内，将Mg量设在14μmol/cm2以上且180μmol/cm2以下的范围内，因此能够充分获得界面反应所需的液相。因此，能够可靠地接合铜部件和含石墨烯的碳质部件。
[0021]在此，本专利技术的铜
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石墨烯接合体的制造方法中，优选所述接合工序中的加压荷载在0.049MPa以上且1.96MPa以下的范围内，所述接合工序中的加热温度在700℃以上且950℃以下的范围内。
[0022]在这种情况下，在接合工序中，加压荷载在0.049MPa以上且1.96MPa以下的范围内，并且加热温度在700℃以上且950℃以下的范围内，因此能够保持界面反应所需的液相，能够促进均匀的界面反应。
[0023]本专利技术的铜
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石墨烯接合结构为通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和含有石墨
烯聚集体的含石墨烯的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铜
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石墨烯接合体，该铜
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石墨烯接合体为通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和含有石墨烯聚集体的含石墨烯的碳质部件而成的结构，其特征在于，在所述铜部件与所述含石墨烯的碳质部件之间，在所述含石墨烯的碳质部件侧形成有活性金属碳化物层，所述活性金属碳化物层包含选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属的碳化物，在该活性金属碳化物层与所述铜部件之间形成有Mg固溶层，所述Mg固溶层在Cu的母相中固溶有Mg。2.根据权利要求1所述的铜
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石墨烯接合体，其特征在于，在所述Mg固溶层中存在由含有Cu和Mg的金属间化合物构成的Cu
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Mg金属间化合物相。3.根据权利要求2所述的陶瓷/铜
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石墨烯接合体，其特征在于，当在所述Mg固溶层内，将从所述活性金属碳化层与所述Mg固溶层的边界起朝向铜部件侧距离50μm的范围内的区域的面积设为A、将所述Cu
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Mg金属间化合物相的面积设为B时，面积比B/A为0.3以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的铜
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石墨烯接合体，其特征在于，在所述Mg固溶层中存在由含有Cu和所述活性金属的金属间化合物构成的活性金属化合物相。5.根据权利要求1至4中任一项所述的铜
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石墨烯接合体，其特征在于，所述含石墨烯的碳质部件被设为如下结构：包含由单层或多层的石墨烯堆积而成的石墨烯聚集体及扁平状的石墨颗粒，且扁平状的所述石墨颗粒以其基底面叠摞的方式，将所述石墨烯聚集体作为粘合剂而层叠，扁平状的所述石墨颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺崎伸幸，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：