金刚石组件制造技术

一种结合的金刚石组件和形成该组件的方法。该组件包括最大线性尺寸在25mm和200mm之间的多晶金刚石晶片、基底和结合层，结合层位于金刚石与基底之间并将它们结合在一起。当使用运用50μm的分辨率、为检查结合层而选择的焦距以及100MHz和30MHz的频率的超声波做检查时，该结合层包括低数量的横跨结合层的厚度延伸的空隙和低数量的不横跨结合层的厚度延伸的空隙。的空隙。的空隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金刚石组件


[0001]本专利技术涉及由结合到基底上的金刚石制造的金刚石组件、用于制造这种组件的方法以及用于制造这种组件的设备。

技术介绍

[0002]金刚石以其广泛而极端的性质而闻名。例如，其出色的热导率使其适合在热应用中用作散热器。通过用硼掺杂金刚石，它可以被制成电导体。另一方面，未掺杂的金刚石是一种电介质，并且可以潜在地在电容器应用中使用。许多这些类型的金刚石应用需要将其结合到基底，例如金属基底，以允许进行电连接。
[0003]为了更详细地讨论硼掺杂的金刚石(BDD)，这种材料由于其化学惰性和宽电势窗而在氧化物种的电化学生成中是有用的。固体和涂覆的BDD电极在电化学系统中的使用已在例如EP0659691和US5399247中描述。这些专利描述了导电金刚石电极在电化学电池中的使用。
[0004]多晶金刚石通常使用化学气相沉积(CVD)过程制造。金刚石的CVD制造需要相当大的资本支出和与被涂覆面积成比例的电力消耗。因此，与较薄的层相比，较厚的层生产成本成比例地更高。因此，在商业上可行的过程中，确保后生长程序(诸如将金刚石结合到基底)不会损坏金刚石是至关重要的。对于电化学电池应用，要求成本有效的BDD电极电化学电池最大化BDD相对于其体积的工作表面积。
[0005]CVD金刚石可以直接生长在难熔金属基底上，但是在生长期间，由于金刚石与金属基底的热膨胀系数失配，应力可能会累积。这些应力可能会导致金刚石在生长过程期间分层，这破坏了生长进程并浪费了已经生长的材料。这可以通过限制金刚石层厚度、更慢地生长或以更低的功率密度来在一定程度上减轻，但是随后该过程变得商业上不那么有吸引力。此外，基底通常相对较厚(mm量级)，这导致用于BDD电极的基底的显著的成本。
[0006]因此，需要将大面积多晶金刚石结合到大接触基底。然而，结合区的面积越大，空隙和可能会降低电极性能的其他缺陷的可能性就越大。空隙可能是由结合材料的不均匀施加、结合材料的不良粘合剂流动以及金刚石与基底之间的平整度失配造成的。当使用诸如粘性导电环氧树脂糊剂等结合材料时，这是有问题的。
[0007]多晶金刚石与基底之间的结合层中的空隙可能会导致金刚石开裂和从基底分层。此外，金刚石与基底之间的空隙可能降低组合的金刚石/基底在用作电极时可以保持的功率密度。
[0008]此外，背衬基底和金刚石晶片横跨其最大面积可能具有某种程度的弯曲，这也可能是不良结合和空隙的来源。面积越大，弯曲导致金刚石与基底之间不良结合的可能性就越大。
[0009]在电极应用中，已知通过使用没有基底的独立式BDD来解决这些问题中的一些，因为它们不容易由于BDD层的分层或侵蚀以及基底的氧化而失效。然而，尽管独立式BDD电极适用于阳极与阴极之间的双极性电极。本文中使用的术语“双极性电极”是指当放置在施加
了电势的阳极与阴极之间时将既充当阳极又充当阴极的电极。因此，双极性电极具有与电解质接触的两个主要工作表面。此外，双极性电极不需要单独的电连接，尽管例如可以提供一个或多个单独的电连接用于监测目的。然而，阳极和阴极仍然需要单独的电连接，并且实现这一点最方便的方式是将金刚石电极附连到导电基底。
[0010]对于非电极应用，应该注意的是，非导电金刚石可以结合到基底，例如在诸如散热器的用途中。在金刚石与基底之间没有直接热接触的情况下，空隙也具有有害的影响，并且引起由金刚石与基底之间的热失配导致的应力问题。

技术实现思路

[0011]一个目的是提供一种改进的金刚石组件，其允许更大面积的金刚石结合到基底，具有低热障电阻和低电阻率，同时在结合层中保持可接受量的空隙和微粒杂质。
[0012]根据第一方面，提供了一种结合的金刚石组件，其包括最大线性尺寸在25mm与200mm之间的多晶金刚石晶片、基底和结合层，结合层位于金刚石与基底之间并将它们结合在一起。当使用运用50μm的分辨率、为检查结合层而选择的焦距以及100MHz和30MHz的频率的超声波做检查时，结合层包括以下任意项：
[0013]不存在包括多于100个最大线性尺寸小于100μm、横跨结合层的厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；
[0014]不存在包括多于5个最大线性尺寸在100μm与1mm之间、横跨结合层的厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；
[0015]不存在包括多于1个最大线性尺寸大于5mm、横跨结合层的厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；
[0016]不存在包括多于200个最大线性尺寸小于100μm的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨结合层的厚度延伸；
[0017]不存在包括多于10个最大线性尺寸在100μm与2mm之间的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨结合层的厚度延伸；以及
[0018]不存在包括多于2个最大线性尺寸大于2mm的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨结合层的厚度延伸。
[0019]作为一种选择，结合层包括以下任意项：
[0020]不存在包括多于50个、40个或10个最大线性尺寸小于100μm、横跨结合层的厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；
[0021]不存在包括多于3个最大线性尺寸在100μm与1mm之间、横跨结合层的厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；
[0022]不存在包括多于100个，50个或20个最大线性尺寸小于100μm的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨结合层的厚度延伸；
[0023]不存在包括多于5个最大线性尺寸在100μm与2mm之间的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨结合层的厚度延伸；以及
[0024]不存在包括多于1个最大线性尺寸大于2mm的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨结合层的厚度延伸。
[0025]结合的金刚石组件任选地能够保持选自200Am
‑2至40,000Am
‑2、1000Am
‑2至30,
000Am
‑2、10,000至20,000Am
‑2中任一者的电流密度。
[0026]当使用运用50μm的分辨率、为检查结合层而选择的焦距以及100MHz和30MHz的频率的超声波做检查时，结合层包括以下任意项：
[0027]不存在包括多于100个最大线性尺寸小于100μm的微粒杂质的10mm
×
10mm的区域；
[0028]不存在包括多于5个最大线性尺寸在100μm与1mm之间的微粒杂质的10mm
×
10mm的区域；以及
[0029]不存在包括多于1个最大线性尺寸在1mm与5mm之间的微粒杂质的10mm<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】1.一种结合的金刚石组件，包括：多晶金刚石晶片，所述多晶金刚石晶片具有在25mm与200mm之间的最大线性尺寸；基底；结合层，所述结合层位于所述金刚石与所述基底之间并将它们结合在一起；其中当使用运用50μm的分辨率、为检查所述结合层而选择的焦距以及100MHz和30MHz的频率的超声波做检查时，所述结合层包括以下任意项：不存在包括多于100个最大线性尺寸小于100μm、横跨所述结合层的厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；不存在包括多于5个最大线性尺寸在100μm与1mm之间、横跨所述结合层的所述厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；不存在包括多于1个最大线性尺寸大于5mm、横跨所述结合层的所述厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；不存在包括多于200个最大线性尺寸小于100μm的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨所述结合层的所述厚度延伸；不存在包括多于10个最大线性尺寸在100μm与2mm之间的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨所述结合层的所述厚度延伸；以及不存在包括多于2个最大线性尺寸大于2mm的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨所述结合层的所述厚度延伸。2.根据权利要求1所述的结合的金刚石组件，其中所述结合层包括以下任意项：不存在包括多于50个、40个或10个最大线性尺寸小于100μm、横跨所述结合层的所述厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；不存在包括多于3个最大线性尺寸在100μm与1mm之间、横跨所述结合层的所述厚度延伸的空隙的10mm
×
10mm的区域；不存在包括多于100个，50个或20个最大线性尺寸小于100μm的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨所述结合层的厚度延伸；不存在包括多于5个最大线性尺寸在100μm与2mm之间的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨所述结合层的所述厚度延伸；以及不存在包括多于1个最大线性尺寸大于2mm的空隙的10mm
×
10mm的区域，其中所述空隙不横跨所述结合层的所述厚度延伸。3.根据权利要求1或2所述的结合的金刚石组件，其中所述金刚石组件能够保持选自200Am
‑2至40,000Am
‑2、1000Am
‑2至30,000Am
‑2、10,000Am
‑2至20,000Am
‑2中任一者的电流密度。4.根据权利要求1、2或3所述的结合的金刚石组件，其中当使用运用50μm的分辨率、为检查所述结合层而选择的焦距以及100MHz和30MHz的频率的超声波做检查时，所述结合层包括以下任意项：不存在包括多于100个最大线性尺寸小于100μm的微粒杂质的10mm
×
10mm的区域；不存在包括多于5个最大线性尺寸在100μm与1mm之间的微粒杂质的10mm
×
10mm的区域；以及不存在包括多于1个最大线性尺寸在1mm与5mm之间的微粒杂质的10mm
×
10mm的区域。
5.根据权利要求1、2或3所述的结合的金刚石组件，其中所述多晶金刚石晶片的表面的平均平整度选自不超过40μm、不超过30μm、不超过20μm和不超过10μm中的任一者。6.根据权利要求1至5中任一项所述的结合的金刚石组件，其中所述结合的金刚石组件能够承受至少5巴的机械载荷而不使所述多晶金刚石晶片开裂。7.根据权利要求1至6中任一项所述的结合的金刚石组件，其中：所述多晶金刚石晶片是导电的；所述基底是导电的；以及所述结合层是导电的。8.根据权利要求7所述的金刚石组件，其中所述多晶金刚石晶片包括硼掺杂的金刚石。9.根据权利要求7或8所述的金刚石组件，其中导电的粘合剂层是导电环氧树脂。10.根据权利要求9所述的金刚石组件，其中所述导电环氧树脂由两部分式环氧树脂和预成型环氧树脂片中的任何一种形成。11.根据权利要求7至10中任一项所述的金刚石组件，其中所述金刚石组件被配置成在选自大于20℃、大于40℃和大于80℃中任一者的温度下使用。12.根据权利要求1至11中任一项所述的金刚石组件，其中所述多晶金刚石晶片具有选自200μm至2mm、300μm至1.5mm和500μm至1mm中任一者的平均厚度。13.根据权利要求1至14中任一项所述的金刚石组件，其中所述结合层具有选自10μm至250μm、15μm至150μm和20μm至100μm中任一者的平均厚度。14.根据权利要求1至13中任一项所述的金刚石组件，其中所述多晶金刚石晶片具有选自至少40mm、至少44mm、至少50mm、至少75mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：六号元素技术有限公司，
类型：发明
国别省市：